本發(fā)明涉及核電領(lǐng)域，尤其涉及一種通過回路內(nèi)鈍化而保護(hù)液態(tài)金屬冷卻快反應(yīng)堆鋼結(jié)構(gòu)表面的方法。

背景技術(shù)：
當(dāng)液態(tài)金屬冷卻快反應(yīng)堆運行時，一回路內(nèi)表面會發(fā)生動態(tài)腐蝕，所述動態(tài)腐蝕是由于回路的不同溫度區(qū)域之間冷卻劑的循環(huán)而產(chǎn)生和發(fā)展的。在回路的高溫區(qū)，液態(tài)金屬冷卻劑會溶解制作回路壁的合金的成分，并且溶解的金屬會沿著回路移動。在回路冷的部分，溶液的成分會沉淀，這種沉積物會破壞熱交換條件并會堵塞冷卻劑的通道。為了防止與液態(tài)重金屬冷卻劑接觸的反應(yīng)堆一回路內(nèi)表面的腐蝕，要對其進(jìn)行鈍化，在其表面生成具有可接受厚度、密實度、成分及強(qiáng)度的氧化膜。目前，存在各種核反應(yīng)堆鋼結(jié)構(gòu)表面的鈍化方法。已知一種用于減緩放射性材料制品表面上的沉積的核反應(yīng)堆不銹鋼管道表面的鈍化方法(參見專利US4636266，國際分類號C23C08/10,，C23C08/14，公布日期13.01.1987)。按照這種方法用氣態(tài)氧源，例如，溫度為150-450℃(優(yōu)選為250-350℃)的含有少量水蒸氣的空氣將預(yù)先拋光管道表面處理至少5小時。在安裝到核反應(yīng)堆之前用該方法對管道制品的表面進(jìn)行預(yù)處理。已知一種通過在含鉻的鎳合金制品的表面形成氧化鉻膜而高溫鈍化奧氏體合金的方法(參見專利US6488783，國際分類號C23C8/02，C23C8/10，C23C8/16,公布日期03.12.2002)。該方法包括將待處理的管道制品加熱到能氧化鉻的溫度(約為1100℃)，并將制品的表面在這個溫度下以及在水蒸汽和惰性氣體混合物介質(zhì)中保持3-5分鐘。混合物中水蒸汽的含量為0.08％-40m％。使用氫氣、氬氣、氦氣或其混合物作為所述惰性氣體。用這種方式處理過表面的管道制品用在水冷反應(yīng)堆一回路中。該方法需要使用高的溫度來加熱制品，并且還需要相當(dāng)昂貴的氣體。已知一種通過使用含肼的化學(xué)試劑溶液在表面生成氧化膜來鈍化由珠光體鋼制成的動力設(shè)備的方法(參見專利RU2195514，國際分類號C23C22/00，C23F11/00，公布日期27.12.2002)。在80-100℃的溫度下使用含0.01-0.03g/l肼并添加pH為3.0-4.5的硝酸的溶液處理1-5小時。已知一種鋼管的鈍化和清洗方法(參見專利，RU2000130144，國際分類號C23G5/00，C23F11/02，F(xiàn)28G13/00，公布日期，27.12.2002)，其包括使用含氧試劑對管道的內(nèi)表面進(jìn)行處理，使用添加有濃度不超過1.2g/l的氧氣或氮氣的空氣作為所述含氧試劑，在試劑流的速度為50-200m/s及300-500℃的溫度下處理0.5-50分鐘。該方法用于鋼管內(nèi)表面事先的回路外鈍化。已知一種珠光體鋼動力設(shè)備的無廢料鈍化及防腐方法(參見專利RU2182193，國際分類號C23F11/02，公布日期10.05.2002)。該方法包括通過在95-140℃的溫度下在水或蒸汽介質(zhì)中用氮酸銨處理1.5-3小時使表面形成氧化膜，氮酸銨在水或蒸汽中的濃度為60-150mg/kg。該方法能夠提高設(shè)備防腐蝕的效果，并能完全消除廢料的生成，這是因為當(dāng)動力裝置以額定狀態(tài)輸出時氮酸銨被分解成了氮和水。由于該方法適用于水冷核反應(yīng)堆管道的處理，所以其應(yīng)用范圍有限。已知一種核反應(yīng)堆管道碳素鋼的鈍化方法(參見專利TWM347407，國際分類號C23C16/44，公布日期21.12.2008)，其包括使用含高濃度溶解氧并具有規(guī)定pH值的水來處理核電站一回路管道內(nèi)表面。所述鈍化方法在核反應(yīng)運行前的測試階段、啟動階段或維護(hù)/維修和關(guān)閉階段使用。需要注意的是，已知這種方法用于水冷核反應(yīng)堆碳素鋼管道的鈍化。而且實施該方法還需要使用額外設(shè)備，例如反應(yīng)堆水的過濾器/除鹽器、用于保存和供應(yīng)維持所規(guī)定pH值的試劑的貯存器、凈化反應(yīng)堆水泵及電化學(xué)顯示器。已知一種核反應(yīng)堆管道表面的鈍化方法(參見專利JPS61199073，國際分類號C23C22/68；C23F14/00；C23F14/02，公布日期03.09.1986)，該方法包括在一回路中添加水，用加熱器將水加熱到超過管道鈍化溫度的溫度，并使水的壓力高于蒸發(fā)壓力，用一回路泵將用加熱器加熱過的水在一回路中循環(huán)起來，從而在管道表面形成鈍化膜。該方法應(yīng)用范圍有限，其不適用液態(tài)金屬冷卻核裝置鋼制元件的鈍化，因為無論是溫度工況，還是在這種反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)中使用的材料都是完全不同的。已知一種防止結(jié)構(gòu)材料在鉛、鉍及鉛鉍合金中腐蝕的方法(參見專利RU93013041，國際分類號C23F11/00，公布日期27.06.1995)。該方法包括通過在具有低分壓Po2-10-17atm.的液態(tài)金屬介質(zhì)中，例如在氧氣在溶液中的熱力學(xué)活度α為α021-10-4的Pb(Bi)-O或其合金中將材料在330-800℃的溫度下處理1-100小時而形成厚度為1-50mkm的Me3O4尖晶石氧化保護(hù)膜。在公布的申請信息中沒有液態(tài)金屬介質(zhì)加熱設(shè)備的說明。實踐表明，對液態(tài)金屬冷卻快核反應(yīng)堆一回路結(jié)構(gòu)鋼表面的預(yù)先處理無法保證其具有足夠的鈍化水平，當(dāng)一回路結(jié)構(gòu)表面與液態(tài)金屬冷卻劑，例如鉛或鉛鉍共晶體相互反應(yīng)時，在這些表面上的氧化過程將會微不足道。因此，對于液態(tài)金屬冷卻核反應(yīng)堆鋼結(jié)構(gòu)來說，除了進(jìn)行回路外(工廠)鈍化，在核反應(yīng)堆運行初期還要進(jìn)行鋼表面的回路內(nèi)鈍化。為了實施“新”堆芯鋼元件在液態(tài)金屬冷卻劑中的鈍化模式，在可接受時間內(nèi)必須將液態(tài)金屬冷卻劑的溫度提高到比將“新”堆芯裝到反應(yīng)堆之前的值要高很多的值。為了將液態(tài)金屬冷卻劑的溫度提高鈍化條件所必需的溫度，通常會使用外部加熱器或者低功率運轉(zhuǎn)核裝置。然而，外部加熱器很難使用，因為使用它們就是在使用相當(dāng)復(fù)雜和昂貴的加熱系統(tǒng)，這會導(dǎo)致大量的額外投資。以特定功率運轉(zhuǎn)反應(yīng)堆裝置可用于提高冷卻劑的溫度，以便進(jìn)一步鈍化。但與液態(tài)重金屬冷卻劑接觸的一回路元件通常由不同品牌的鋼制成：很多時候，對于燃料元件包殼來說，需要較低的氧氣活度來形成其高質(zhì)量的氧化保護(hù)膜，對于其他表面則需要較高的氧氣活度。已知一種核反應(yīng)堆鋼表面回路內(nèi)鈍化方法(參見專利RU2456686，國際分類號G21C1/03，公布日期20.07.2012)，該方法在基本特征上與本技術(shù)方案大體一致并將其作為原型。原型方法包括向反應(yīng)堆一回路填充液態(tài)金屬冷卻劑，在所述液態(tài)金屬冷卻劑中加入能與一回路元件材料相互反應(yīng)并形成保護(hù)膜的試劑，將其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑的溫度加熱至能形成保護(hù)膜的狀態(tài)，并將其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑保持在這個溫度下一直到在一回路元件材料表面上形成密實的保護(hù)膜。使用在液態(tài)金屬冷卻劑工作溫度下鉛中的原子分?jǐn)?shù)為10-5-10-4的碳作為與一回路元件材料相互反應(yīng)的試劑。通過低功率運轉(zhuǎn)核反應(yīng)堆將液態(tài)金屬冷卻劑加熱到鈍化所需的溫度。由于在原型方法中必需以鈍化所需的功率水平運轉(zhuǎn)核反應(yīng)堆，這使得鈍化實施起來很復(fù)雜，降低了安全性并使控制鋼表面的鈍化過程的難度更大，這是由于提升功率是有核風(fēng)險的。除此之外，它是一種昂貴的過程，因為它要求在非最佳運行模式下運行整個反應(yīng)堆裝置。此外，已知這種原型方法的應(yīng)用范圍有限，這是由于要求使用包括密封外殼，以及由釩或鈮或基于釩和/或鈮的合金制成的保護(hù)殼的燃料元件，而且要使用鉛作為冷卻劑。而且主要是在燃料元件保護(hù)殼的表面上形成了碳化膜，此時核反應(yīng)堆一回路的其他元件(泵組、蒸汽發(fā)生器表面及其他)的鈍化強(qiáng)度顯然要小一些(在原型方法說明書中沒有指出這些結(jié)構(gòu)的材料是否包含釩、鈮或基于釩和/或鈮的合金)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種能簡化鈍化過程，具有更可靠的鈍化模式，同時提高鈍化的安全性并使鋼表面鈍化過程的控制更簡單的核反應(yīng)堆鋼表面回路內(nèi)鈍化方法。為達(dá)到該目的，本發(fā)明提供了一種核反應(yīng)堆鋼表面回路內(nèi)鈍化方法，該方法包括向反應(yīng)堆一回路填充液態(tài)金屬冷卻劑，在所述液態(tài)金屬冷卻劑中加入能與一回路元件材料相互反應(yīng)并形成保護(hù)膜的試劑，將其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑的溫度加熱至能形成保護(hù)膜的狀態(tài)，并將其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑保持在這個溫度下一直到在一回路元件材料表面上形成密實的保護(hù)膜。通過浸入到加有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑中的葉輪泵的葉片旋轉(zhuǎn)摩擦液態(tài)金屬冷卻劑對其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑進(jìn)行加熱是該方法的創(chuàng)新之處。當(dāng)泵的葉片旋轉(zhuǎn)時，通過摩擦力將其中的一部分能量消散到液態(tài)金屬冷卻劑中，從而提高了溫度。由于使用了反應(yīng)堆裝置的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所以能簡化鈍化模式，此時沒有必要以所需功率水平運轉(zhuǎn)核反應(yīng)堆，對一回路和燃料元件實施的單獨鈍化也簡化了(先對無堆芯(帶模擬器)的一回路進(jìn)行鈍化，然后再進(jìn)行堆芯的鈍化)。使用一回路主循環(huán)泵作為所述可浸入液態(tài)金屬冷卻劑的葉輪泵。當(dāng)加熱其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑時，應(yīng)該通過關(guān)閉一個或所有熱交換裝置來限制一回路的排熱?？梢詫朔磻?yīng)堆一回路元件進(jìn)行事先的回路外(如工廠)鈍化。為了抑制通常由鉻鋼制成的一回路壁的腐蝕，在鉛鉍合金的冷卻劑中加入氧氣形式的試劑，以通過形成FeO(Cr,Fe)2O3尖晶石的厚膜來鈍化壁的表層。將其中加入有氧氣的鉛鉍合金形式的液態(tài)金屬冷卻劑優(yōu)選在370-500℃溫度下保持2-10晝夜，此時在液態(tài)金屬冷卻劑中氧氣的熱力學(xué)活度α應(yīng)保持在5*10-6-5*10-5的水平上。具體實施方式本發(fā)明的核反應(yīng)堆鋼表面回路內(nèi)鈍化方法的實施方式如下，在核反應(yīng)堆一回路內(nèi)填充如鉛鉍合金的液態(tài)金屬冷卻劑。在所述液態(tài)金屬冷卻劑中加入能與一回路元件材料相互反應(yīng)并形成保護(hù)膜的試劑，例如氧氣。將在液態(tài)金屬冷卻劑中的氧氣熱力學(xué)活度α維持在5*10-6-5*10-5的水平上。通過旋轉(zhuǎn)浸入到液態(tài)金屬冷卻劑中的葉輪泵，例如主循環(huán)泵的葉片，將其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑加熱到優(yōu)選為370-500℃的溫度。將其中加入有試劑的液態(tài)金屬冷卻劑一直保持在這個溫度下并持續(xù)2-10晝夜，一直到在一回路元件材料的表面上形成密實的保護(hù)膜。可以對堆芯和蒸汽發(fā)生器這樣的一回路元件進(jìn)行事先的(回路外，例如工廠)鈍化處理。事先的鈍化處理能將耗氧速率降低到約正常運行時的50％，由于蒸汽發(fā)生器與液態(tài)金屬冷卻劑的接觸面積大，所以在鈍化蒸汽發(fā)生器時能達(dá)到最大效果(約30％)。本發(fā)明方法的顯著優(yōu)點為，在特定條件下能形成細(xì)實耐用的保護(hù)(防腐蝕)氧化膜。為證明本發(fā)明的核反應(yīng)堆鋼表面回路內(nèi)鈍化方法進(jìn)行了大規(guī)模的綜合試驗研究。其中，就在高溫(t＝620-650℃)條件下最主要的一回路元件-燃料元件(ЭП-823型鋼)而言，在具有良好統(tǒng)計數(shù)據(jù)(數(shù)十家公司)的1000-5000小時的基礎(chǔ)上顯示，在熔體中進(jìn)行氧化處理(表面鈍化)能為所有的鋼表面提供可靠的防腐保護(hù)。由于在沒有任何保護(hù)，其中包括在試驗過程中沒有進(jìn)行氧化處理的試樣樣品上發(fā)現(xiàn)點狀腐蝕特征的腐蝕結(jié)節(jié)，所以上面這種情況是很重要的。在鈍化10萬千瓦級的鉛鉍快堆(СВБР-100)一回路結(jié)構(gòu)元件的過程中，對本發(fā)明的核反應(yīng)堆鋼表面回路內(nèi)鈍化方法進(jìn)行試驗驗證。用700千瓦的主循環(huán)泵來加熱液態(tài)金屬冷卻劑。熱量損耗為51千瓦。實驗驗證結(jié)果顯示，使用前沒有在液態(tài)重金屬冷卻劑介質(zhì)中進(jìn)行過任何事先專門處理的一回路鋼元件具有良好的耐腐蝕性。