核电厂蓄电池阳极柱腐蚀机理分析论文_曾森1,孙冬会2

核电厂蓄电池阳极柱腐蚀机理分析论文_曾森1,孙冬会2

(1.南方电网科学研究院有限责任公司 广州 510663;2.中广核工程有限公司 深圳 518124)

摘要:参与某核电站的核岛蓄电池在调试阶段发现了阳极柱腐蚀情况,因为蓄电池在核电站直流及UPS系统中的重要作用,分析腐蚀原因尤为关键。经过各种可能原因的排查和分析,最终确定了工程阶段存在的设备维护保养问题。通过预防措施的制定和实施,问题得到有效的解决。

关键词:核电站;蓄电池;极柱腐蚀

1.引言

直流及UPS系统是核电厂厂用电系统的组成部分,它能保证在任何故障情况下可靠地向其用电设备提供电源,承担着事故直流油泵、应急柴油机控制盘、核反应堆保护组、停堆断路器和核仪表等重要负荷的供电作用。蓄电池作为直流及UPS系统中最重要的设备,在正常运行期间,承担瞬态尖峰负荷,通过短时放电保持系统输出稳定;在外部电源丧失的情况下,蓄电池能够维持直流及UPS系统最低1个小时的供电,保证重要负荷的持续供电,确保核电厂的安全[1]。

针对某核电站核岛蓄电池出现的阳极极柱腐蚀的现象,为了给机组运行和设备安全提供保证,需要对蓄电池腐蚀的原因进行分析,评估影响并预防问题重发。

2.腐蚀情况概述

现场核岛蓄电池出现的极柱腐蚀现象有以下几个特点:阳极柱表面脱皮严重;发生腐蚀的蓄电池电压和密度均在正常范围内;脱皮只发生在阳极柱,汇流排和极板无明显腐蚀现象。

从该厂家蓄电池在其他领域的使用情况看,用户一般是要求干态出厂,厂家指导充液,使用中未出现腐蚀情况。核电蓄电池是带液出厂,在电站正式运营以后,5年左右也会陆续出现极柱脱皮的现象。蓄电池到厂2年左右,机组仍在调试启动阶段,极柱即出现腐蚀情况并不多见。

3.腐蚀原因分析

3.1 电解液成分鉴定

引起自放电的主要杂质有铁、锰和硝酸根。由于这些杂质的电极电位都低于Pb02的电极电位,都会引起Pb02自放电,自放电产物Fe3+、Mn04-、N03-等溶于硫酸溶液中,它们在正负极之间来回扩散,反复发生反应,引起正极和负极的自放电连续进行。因此,电解液必须净化。所以极柱腐蚀的原因分析从电解液的离子含量开始

Pb02+3H++HS04-+2Fe2+→PbS04+2H20+2Fe3+

Pb+ HS04-+2Fe3+→PbS04+ H++2Fe2+

电解液的成分鉴定通过取样后在试验室进行,以铁含量的测定为例,主要通过二价铁离子与邻菲罗啉在水溶液中反应生成橙色络合物,吸收峰在510nm处,有色溶液的吸光度与二价铁离子的浓度成正比的原理[2]。测得吸光度差值从标准曲线上查出对应的铁质量,利用如下公式计算百分含量。

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式中:m—由标准曲线查出的水样中的铁含量,mg;

V—水样体积,mL。

从现场取得的两份腐蚀电池的电解液样品,根据所得吸光度差值从标准曲线上查出对应的铁质量,试样1 = 0.0000195g;试样2 =0.0000219g;试样质量:试样1 = 1.50124g;试样2 =1.49987g;计算可得铁的百分含量分别是:试样1 =(0.0000195/1.5)*100=0.00130;试样2 =(0.0000219/1.5)*100=0.00146

根据蓄电池用硫酸标准HG/T2692-2007规定,现场样品(铁的质量分数小于等于0.002)符合一等品指标,极柱腐蚀蓄电池的电解液取样指标正常。

3.2 自放电的影响

蓄电池到现场后需经过库房保存,安装等环节,较长周期得不到补充电,自放电使正极铅柱活性物质发生分解形成PbSO4。PbSO4生成的速度慢,但累积效应强,容易生成较大的颗粒。由于PbO/ PbO2 / PbSO4及极柱合金本体Pb在体积上有差异,但极柱表面积是不变的,自放电产生的PbSO4因为体积最大会在极柱表面产生应力。应力加大会破坏分子间的连接,产生缝隙。因为极柱本体的强度足够大,所以形变会向极柱体外发展。当应力大于外表面与极柱体的连接力时,会出现阳极柱脱皮腐蚀现象。从现场蓄电池的极柱腐蚀情况来分析,腐蚀集中在阳极柱,且出现腐蚀的蓄电池从到货、安装到调试充电的时间最长的超过8个月,从理论分析和实际情况对比来看,蓄电池维护保养存在问题,长期未补充电是极柱腐蚀的主要原因。

蓄电池正极柱的极芯是铜,主要作用是减少内阻,使得在充放电过程中有良好的导电性。在现场处理极柱腐蚀问题时,一方面对阳极柱腐蚀的蓄电池进行10h放电,核对自放电对蓄电池容量的影响,并且通过充放电消除自放电产生的硫酸铅[2];另一方面考虑硫酸铅的阻值较大,测量了阳极柱腐蚀蓄电池的内阻,保证导电性良好。通过现场的处理和试验,蓄电池的参数正常,阳极柱腐蚀没有影响蓄电池的性能。

4.预防蓄电池极柱腐蚀的措施

针对蓄电池现场的维护保养问题,现场优化了从设备出厂到调试运行的计划安排,突出了蓄电池维护保养的及时性和有效性。制定了四项措施:通过发函明确蓄电池到货时间,原则上现场电源条件具备后蓄电池再到货、安装;蓄电池出厂前完成一次蓄电池补充电,蓄电池到货后提供出厂前的充电记录;厂家安排人员到现场提供技术支持,配合安装部门利用已有电源或设备进行补充电,保证蓄电池在安装阶段维护保养措施有效;合理安排调试逻辑,利用临时措施保证充电器尽早可用,使蓄电池组在调试阶段直至正式移交有较好的电源保障。通过以上四个措施的实施,现场后续到货安装的蓄电池组没有再发生极柱腐蚀现象。

5.结语

从电化学的角度分析了核电站蓄电池阳极柱腐蚀的原因,确定了蓄电池供货、安装、调试的逻辑关系,加强了工程建设阶段各项维护保养措施。核岛蓄电池组因未及时补充电造成的极柱腐蚀问题得到了有效预防。

参考文献:

[1]陈军;祖友军;曾森等.CPR1000压水堆核电机组电气系统调试理论与实践[M].1版.沈阳:辽宁大学出版社,2013:145-148.

[2]中华人民共和国化工行业.HG/T 2692-2007蓄电池用硫酸[S].北京:化工行业出版社,2007

论文作者:曾森1,孙冬会2

论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期

论文发表时间:2017/3/28

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