[摘 要] 本文介紹了乙醇胺熱穩定性的實驗室試驗研究結果及其在核電站二回路系統的實際應用情況。

1 前言

乙醇胺(ETA)是一種有機胺，分子式為 NH2CH2CH2OH，分子量為61.1，25℃的電離常數為3.210-5，堿性比氨(其電離常數為1.810-5)的堿性稍強。有關資料顯示，ETA在25℃、150℃和300℃下的汽水分配系數分別為0.01、0.26和0.66，即在300℃以下，ETA的汽水分配系數均小于1，即在水中的分配比例遠大于在汽相的分配比例。因此，國外曾經對ETA代替氨作為核電站二回路系統堿化劑進行過相關研究與應用。國外研究結果表明， ETA能夠提高汽、水相變部位初凝水的pH值，可降低各抽汽管道的流動加速腐蝕，降低水汽系統腐蝕產物的生成與遷移量。然而，我國尚未進行這方面的研究。核電是牽扯公共安全的大事，必須進行嚴格的試驗后才可使用。首先要弄清ETA高溫條件下熱分解速率有多大，熱分解產物是否會給熱力系統帶來不利影響，這是目前化學工作者們對有機胺的應用過程中比較關注的重點問題，也是影響其推廣應用的關鍵因素之一。本文通過實驗室試驗和現場試驗研究，對ETA熱穩定性及其在核電站二回路系統的應用情況進行了總結與分析。

2 實驗室試驗及結果

2.1 試驗及測試方法

采用高壓釜對ETA進行加熱分解，將一定濃度的ETA溶液(10mg/L)，加入高壓釜釜體中，用高純氮除氧，使溶解氧濃度在10g/l以下，模擬核電PWR二回路系統最高運行參數(約270℃、5.5Mpa)條件，進行高溫高壓熱分解試驗。ETA及其分解產物含量采用ICS-2000離子色譜儀進行檢測。

2.2 試驗結果與討論

將各組空白純水和ETA溶液加熱升溫至270℃后，分別保持一定的恒溫時間，然后空氣冷卻，對溶液進行分析測試，具體試驗結果見表1、表2。

試驗結果顯示，在高壓釜中緩慢升溫至270℃，隨后立即冷卻降溫時(保持恒溫時間0min)，ETA的分解率約為2.90%。隨著恒溫時間的延長，ETA的分解率也增加。

需要指出的是，高壓釜電加熱時，升溫速率比較慢，約需140min～150min左右。而核電站PWR二回路系統中，給水從精處理出口至蒸汽發生器加熱過程中僅需要2min，也就是說，實驗室電加熱升溫時間約為PWR二回路系統循環加熱時間的75倍，因此實驗室高壓釜測得的ETA熱分解率要高于現場實際運行時ETA的熱分解率，如果按熱分解率與時間成正比的關系推算，ETA在二回路給水系統中的熱分解率約為2.9%÷75=0.04%。同樣，在蒸汽發生器(SG)內停留時間(循環1倍)約為2min，推算其熱分解率約為0.5%～0.6%。這樣的熱分解率不會影響其作為核電站二回路堿化劑。

ETA在270℃高溫分解產物含量測試結果見表2所示。分析結果表明，ETA的熱分解產物可測知的主要為NH3和其他低分子有機酸如甲酸、乙酸、乙醇酸等。試驗結果顯示，隨著加熱時間的延長，熱分解產物中氨的含量增加幅度較大，而其他可檢測到的低分子有機酸含量的升高幅度相對較小。在270℃恒溫保持60min條件下，熱分解產物中氨的物質的量濃度約為10mol/L，約是已測有機酸的物質的量濃度總和(約為2mol/L)的5倍。因此推測ETA在270℃度熱分解時，熱分解產物可能還有二氧化碳或其他低分子有機酸。

ETA熱分解產物之一的氨，盡管含量相對較高，但屬于堿化劑，因此對系統不會有任何危害。而國內外相關研究已表明，水汽系統中少量的有機酸對pH值的影響很小，有機酸本身也不會引起汽輪機、SG的腐蝕。因此，從ETA的穩定性及其分解產物來看，是可以滿足核電站二回路系統運行要求的。

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3 核電站二回路系統現場應用及結果

試驗以ETA取代氨作為某核電站二回路系統的堿化劑，分別向凝結水精處理混床出口母管加入不同濃度的ETA，調整二回路水汽系統在不同的pH值水平，以考察ETA的實際熱分解情況及在二回路的應用效果。

3.1 ETA熱分解及其對機組水汽品質的影響

測試結果顯示，核電站二回路系統加ETA后，水汽氫電導率也有所升高，水汽中檢測出不同含量的有機酸根離子(主要包括乙醇酸根離子、甲酸根離子、乙酸根離子)。由于加ETA前，給水以氨作為堿化劑時，水汽中并未出現低分子有機酸。由此可知，這些低分子有機酸根離子主要來源于ETA的熱分解產物，這與實驗室試驗結果是相符的。正如以上所分析的，由于在二回路系統中ETA停留時間較短，因此ETA熱分解產生的有機酸含量均較低，具體現場測試結果見表3。

此外，熱分解產生的少量低分子有機酸(乙醇酸、乙酸、甲酸)造成了二回路系統水汽氫電導率略有升高。但檢測結果表明，正常運行情況下，少量有機酸對氫電導率的影響相對較小。實測數據顯示(見圖1、圖2)，在二回路系統中，汽水分離器疏水乙酸根含量較高，其氫電導率小于0.10S/cm;而SG排污水中乙醇酸根離子是較高的，其氫電導率基本維持在0.09S/cm~0.11S/cm之間。

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3.2 ETA 抑制腐蝕的效果

二回路系統加ETA 之后，MSR 疏水的pH 值明顯提高，MSR 疏水系統的FAC 得到明顯抑制，MSR疏水腐蝕產物鐵含量明顯降低，具體見圖3 所示。

3.3 經濟性及技術性指標的比較

以ETA 替代氨作為PWR 二回路系統堿化劑，二回路系統FAC 得到明顯抑制、腐蝕產物的生成、遷移量明顯下降，其中控制給水pH 在9.4 時，給水的鐵含量降低了60%以上，MSR 疏水鐵含量降低了90%以上。同時由于ETA 的堿性比氨的堿性稍強，因此控制同等水平的pH 值時，需要的ETA 的物質的量少，減輕了精處理混床的負擔，當控制給水pH 在9.4 的水平時，精處理混床氫型運行周期制水量增加了30%以上，延長了混床運行周期，從而能夠減少再生酸堿用量、再生自用水量，減少對環境的污染。

經濟指標比較見表4 所示。需要指出的是，表4 中經濟性指標只考慮了二回路系統加藥情況及精處理再生用酸堿、除鹽水情況，并未考慮使用ETA后，因降低設備腐蝕而減少設備維護、檢修以及延長設備使用壽命所帶來的經濟效益。因此，可以預見ETA代替氨作為二回路系統堿化劑，無論在技術指標上還是經濟指標上都是具有一定優越性的。

4 結論

(1)研究結果表明，ETA在高溫下的分解產物主要為氨和低分子有機酸，其分解程度與溫度、壓力及停留時間等有關。

(2)ETA熱穩定性相對較好，其可測知的分解產物有氨和甲酸、乙酸、乙醇酸，現場實際應用可知，其對二回路系統的汽水品質(氫電導率)影響不大。

(3)現場實際應用中，MSR疏水鐵含量降低了90%以上，減少了腐蝕產物向SG的遷移量。與加氨時相比，控制同等pH水平時，凝結水精處理混床周期制水量增加，減少了再生劑用量和廢液排放量，有利于環境保護。

(4)從技術性、經濟運行角度考慮，有機胺ETA是一種非常合適的核電站二回路堿化劑。

5 展望

ETA在核電站二回路系統的成功應用，源于其自身堿性較強、揮發性較低、穩定性較好等特性。有機胺種類繁多，且具有某些自身特性。因此，有機胺應用于電站系統的某些領域可以取得良好的效果。目前一些科研機構正在對有機胺應用于空冷機組低溫系統、停爐保護等領域進行研究;利用一些有機胺對二氧化碳具有強吸收性，且堿性較弱，不會對設備造成堿性腐蝕的特性，目前國內外也開始進行有機胺應用于二氧化碳捕集技術的研究。可以預見，隨著對不同有機胺特性深入研究，有機胺將會得到進一步應用。

參考文獻

[1] PWR Advanced Amine Application Guidelines Revision 2 [S], EPRI, 1997. TR-102952-R2.

曹松彥 孫本達 黃萬啟 西安熱工研究院有限公司

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