RO《核电厂水化学》第1部分

授课人：日期：中电投高级培训中心核电厂水化学Ⅰ第1单元纲要压水堆核电厂水化学概述水化学基础知识第一章压水堆核电厂水化学概述1.1水化学的主要作用1.水的主要作用水在压水堆核电站中具有十分重要且不可替代的作用！冷却剂慢化剂水溶液其它喷淋液屏蔽材料水的作用2.水化学的主要作用确保燃料包壳的完整性；确保一回路结构材料的完整性；降低一回路冷却剂系统的辐射剂量率；降低二回路蒸汽发生器换热管的失效率。抑制腐蚀产物的产生；减少活化产物的沉积1.2压水堆核电站水化学管理1.2.1水化学管理概况一回路水化学管理

一般化学管理：防止因水质而引起的系统设备的损伤；

放射化学管理：确保燃料的完整性，抑制或消除放射性物质的产生。二回路水化学管理防止系统设备损伤，提高传热管可利用率。1.2.2一回路冷却剂系统PrimarysystemofPWRincludingsteamgeneratorandconnectiontosecondarysystem1.2.3水化学管理项目在一回路冷却剂中加硼；添加LiOH调节pH；加氢抑制水的辐射分解；净化系统去除裂变产物和CRUD；监测放射性评价包壳材料的完整性；用高纯水补水；补水除盐处理；控制二回路水中Cl、O2及pH值等。1.2.4水化学技术规范的拟定适用对象：各级管理人员和运行人员。拟定目的：尽可能地控制化学杂质，以限制各回路设备的腐蚀，保证各回路系统设备、边界的完整性，确保核电厂安全稳定运行。拟定依据：本厂设计特点，采用的燃料包壳、结构材料特别是蒸汽发生器传热管材料种类和性能等。权威性：工作人员必须遵循！第二章水化学基础知识2.1水的结构与特性2.1.1水的物理性质常压下是一种无色、无味、无臭液体；标准压力下的凝固点和沸点是摄氏温度的0℃和100℃；4℃时的密度为1.0000g/cm3；由于氢键的作用，比热较大，是热的良载体。2.1.2水的化学性质

水的生成焓较大(-285.8KJ/mol)、热稳定性较好

水的化学性质比较活泼：容易与许多金属和非金属的氧化物反应；与许多盐生成结晶水合物；与活泼金属反应生成金属氧化物并释放氢气Zr+2H2O→ZrO2+2H22.1.3水的组成与结构

水是由两个氢原子和一个氧原子化合而成的一种化合物，是具有一定偶极矩和较大介电常数的极性分子。所以，水是离子型化合物的优质溶剂，形成所谓的水合离子或分子（以aq注释）NaCl的溶解与水合离子2.1.4水化学的一些基本概念1.化合物与混合物化合物：由两种或两种以上的元素组成的纯净物。混合物：混合物是由两种或多种物质混合而成的物质。混合物没有化学式。无固定组成和性质，组成混合物的各种成分之间没有发生化学反应，他们保持着原来的性质。混合物可以用物理方法将所含物质加以分离。2.1.4水化学的一些基本概念2.水中杂质存在的形式(1)粗分散杂质（悬浮物）

粒径在10-4mm以上（0.1m），分为漂浮的，悬浮的，沉淀的三种。形成水的混浊度和色度。(2)胶体物质

粒径在10-6～10-4mm之间。不是分子状态，是许多分子的集合体的个体—胶体。有化合物和一些有机物。(3)真溶解物质

粒径在10-6mm以下（nm以下）的物质,形成真溶液。2.1.4水化学的一些基本概念3.电导率电导率χ即电阻率的倒数，电导率表示棱长为1厘米的1立方厘米液体的电导值。单位：微西门子／厘米(μs/cm)。纯水的电导率是0.04μs/cm，仅仅靠H＋离子和OH－离子在电场中的转移来确定。当水中含有杂质时，电导率的增加与杂质浓度成正比，因此电导率可以表明水中杂质的浓度。现代核电站中，水中自然杂质的浓度已非常小，高纯度凝水的电导率为0.1～0.15μs/cm。2.1.5水的离解与pH值H2O(l)H+(aq)+OH-(aq)（ΔH=55.90KJmol-1,ΔS=-80.44Jmol-1K-1ΔG=ΔH-TΔS=79.89KJmol-1

）

ΔG=－2.303RTlgK水的反应平衡常数K=1.0×10-14

。

pK=pH+pOH=142.1.5水的离解与pH值通常将上述平衡常数称为水的离子积Kw。对于稀溶液来说，其中的水仍可近似按纯水考虑，则水的离子积也近似同别的平衡常数一样，不随平衡组成（组份）而变。例如，若往水中加入少量的H+（酸）或OH-（碱），尽管氢离子和氢氧离子的浓度均发生变化，但达到平衡时，二者的乘积不变，总是一个常数—1.0×10-14。2.1.6无机物在水中的行为1.溶解由于水的强极性作用，许多物质都能在水中发生溶解作用；每单位质量的水在溶解平衡所能溶解某种物质最大的量称为该物质的溶解度，其中：易溶：0.1g/100g水微溶：0.01g/100g水~0.1g/100g水难溶:<0.01g/100g水2.1.6无机物在水中的行为2.离解

电解质在水中会发生全部或部分的理解现象；活度:实际测得的离子浓度，通常用α表示。活度系数：离子活度与初始浓度的比。2.1.6无机物在水中的行为3.水解

强酸弱碱或强碱弱酸形成的盐，在水中易发生中和反应的逆反应，称为盐的水解反应。

AB+H-OHHB+AOH

H++B-A++OH-2.2水的利用2.2.1天然水和人工水

天然水是一种混合物，含有多种盐类、矿物质、胶体颗粒、微生物等。

人工水是指经过人工处理的水。

硬水和软水：Ca2+、Mg2+离子含量变化

高纯水：含盐量0.1mg/L以下，25℃时电导率小于0.2μS/cm2。

制备纯水的方法有离子交换法、电渗析法和反渗透法等。2.2.2水资源保护1.水资源2.水污染3.水环境保护FuelAssemblyCharacteristicsforBWRandPWRSCCOccursinStainlessSteels!SteamgeneratorwithimportantoperatingparametersonprimaryandsecondarysidesPRIMARYOperatingpressure2235psigOpT~620oF(inlet)~557oF(outlet)Flow:~97,500gpmSECONDARYOperatingpressure

1085psig(0%)985psig(100%)OpT 557oF(0%) 544oF(100%)Flow~3.8x106

pph/SGsteam

氢键

如在HF分子中，由于F的电负性（4.0）很大，共用电子对强烈偏向F原子一边，而H原子核外只有一个电子，其电子云向F原子偏移的结果，使得它几乎要呈质子状态。这个半径很小、无内层电子的带部分正电荷的氢原子，使附近另一个HF分子中含有孤电子对并带部分负电荷的F原子有可能充分靠近它，从而产生静电吸引作用。这个静电吸引作用力就是所谓氢键。例如HF与HF之间。

某些不同种分子之间也可能形成氢键。例如乙醇、NH3与H2O之间，这就是为什么NH3、乙醇等与水可无限互溶的原因。

氢键

每个水分子在正极一方有两个氢核，可与另外2个水分子的氧形成氢键，在负极一方有氧的两对孤对电子，可与另外2个水分子的氢形成氢键。所以每个水分子可以同邻近的4个水分子形成4个氢键。分子间有氢键的物质熔化或气化时，除了要克服纯粹的分子间力外，还必须额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键，所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的熔点、沸点高。标准摩尔生产焓

关于单质和化合物的相对焓值，规定在标准条件下由指定的单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变叫做该物质的标准摩尔生成焓。

标准摩尔生产焓

通常选定温度为298.15K，作为该物质在此条件下的相对焓值。以在此条件下氢气和氧气作用生成液态H2O的反应为例：

H2+1/2O2=H2O(1)+285.8kJH2O(l)的标准生成焓△fHθ(H2O,l,298.15K)为-285.8kJ·mol-1。偶极矩

偶极矩是衡量分子极性大小的物理量。在物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电荷组成的体系称之为偶极子，其电量与距离之积，就是偶极矩（μ）。极性分子就是偶极子，因为对分子中的正负电荷来说，可以设想它们分别集中于一点，叫做正电荷中心和负电荷中心，或者说叫分子的极（正极和负极），极性分子的偶极矩等于正负电荷中心间的距离乘以正电荷中心（或负电荷中心）上的电量。偶极矩

偶极矩是一个矢量，既有数量又有方向，其方向是从正极到负极。因为电子的电量等于1.6×10-19(库仑)，已知偶极矩的数值，可以求出偶极长度，即正负电荷中心间的距离。两个中心间的距离和分子的直径有相同的数量级。介电常数介电常数，