聚丙烯酸的合成及其在模拟压水堆核电站二回路水介质中的阻垢性能研究

摘要

压水堆核电站（PWR）的二回路水化学对核电站蒸汽发生器（SG）十分重要，二回路水质关系到SG在核电站运行寿期内是否能安全运行。在核电站二回路整个系统部件中，SG最易发生腐蚀结垢等问题，从而导致核电站停机进行检修清洗或更换SG传热管。目前国内PWR核电站通过在二回路给水中添加乙醇胺（ETA）、吗啉等缓蚀剂得了理想的缓蚀效果，但对二回路中抑制腐蚀产物（主要成分是氧化铁）在管道上沉积结垢的问题没有过多的关注。在核电站二回路水化学中添加合适的阻垢剂抑制腐蚀产物沉积结垢，不仅可以减少SG传热管堵塞问题，还可以抑制垢下腐蚀的发生。
　　本文通过改变反应条件制备了不同分子量的聚丙烯酸（PAA）阻垢剂，并通过阻氧化铁垢试验对其进行筛选，确定了优选PAA的合成工艺。选择阻氧化铁垢效果最佳的PAA，用高压釜分段模拟PWR核电站二回路中高温高压的环境评定了PAA的阻垢效果。再将PAA与多种阻垢剂复配以提高其阻垢效果，最后通过挂片、XRD、SEM等方法，研究阻垢剂在高温高压条件下是否有缓蚀效果以及聚丙烯酸阻垢剂在高温高压下的阻垢原理。研究结果表明，制备所得分子量为459的PAA在低温（50℃）常压的条件下，阻氧化铁垢率可达到100%；在高温高压条件下（283℃、6.7MPa）， PAA的阻氧化铁垢率可达到80%。在各种条件下得到了PAA的最佳使用浓度，并在该浓度下评价了PAA对CaCO3的阻垢效果，结果表明高温下PAA对CaCO3没有阻垢效果。将PAA与多种耐高温阻垢剂（主要运用于火电厂锅炉中）进行复配后，均没有好的复配效果。PAA在高温、高压条件下（283℃，6.7MPa，模拟SG中的环境），没有缓蚀效果，但也不会加速腐蚀。通过XRD、SEM等测试手段对PAA的阻垢机理进行研究，发现PAA的主要阻垢机理是分散作用。

目录

声明

1 绪 论

1.1 前言

1.2 核电站二回路SG的腐蚀与结垢问题

1.2.1 蒸汽发生器腐蚀问题[9,13,14]

1.2.2 蒸汽发生器热降解问题

1.2.3 蒸汽发生器热液压问题

1.3 压水堆核电站二回路水化学发展概况

1.3.1 国外二回路水化学研究进展

1.3.2 国内二回路水化学研究进展

1.4 阻垢剂

1.4.1 二回路水化学中阻垢剂的应用

1.4.2 阻垢剂的分类及其阻垢机理

1.4.3 阻垢剂PAA的应用及合成

1.5 本文主要研究内容

2 实验部分

2.1 实验药品、仪器和材料

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验材料

2.2 实验方法

2.2.1 聚丙烯酸的合成实验

2.2.2 合成产物指标测定

2.2.3 阻垢性能评定

2.2.4 高温高压条件下PAA阻垢性能试验

2.2.5 高温高压条件下阻垢剂复配试验

2.2.6 挂片试验

2.2.7 阻垢机理研究

3 结果与讨论

3.1 聚丙烯酸的合成条件优化

3.1.1 聚合温度的选择

3.1.2 丙烯酸单体量对阻垢性能的影响

3.1.3 引发剂量对阻垢性能的影响

3.1.4 链转移剂量对阻垢性能的影响

3.1.5 聚合时间对阻垢性能的影响

3.1.6 小结

3.2 聚丙烯酸的结构和物性表征

3.2.1 红外光谱分析

3.2.2 聚丙烯酸的分子量

3.2.3 合成产物聚丙烯酸的基本物性

3.2.4 小结

3.3 聚丙烯酸在模拟二回路介质中的阻垢效果

3.3.1 聚丙烯酸的阻垢效果

3.3.2 复配阻垢剂的阻垢效果

3.3.3 小结

3.4 挂片试验

3.4.1 失重腐蚀速率

3.4.2 小结

3.5 阻垢原理

3.5.1 阻氧化铁垢原理分析

3.5.2 阻碳酸钙垢原理分析

3.5.3 小结

4 结论

致谢

参考文献