在压水堆（PWR）核电站中，蒸汽发生器（SG）是一回路和二回路系统的连接枢纽，作为热交换设备，其主要功能是把一回路的热能传递给二回路给水并产生饱和蒸汽供给二回路动力装置，因此SG既负荷着高温、高压、高流速的一回路水，又承载着气液两相流的二回路高温水，其工作环境十分恶劣。

由于SG的特殊结构，在PWR核电站运行过程中二回路系统产生的腐蚀产物或杂质极易迁移至SG内发生二次侧沉积，尤其是传热管、管板、支撑板表面及支撑板与传热管缝隙处易发生沉积结垢。这些污垢若未能及时清除，则会造成传热管材腐蚀、蒸汽压力下降及运行不稳定等问题，严重危害SG的安全高效运行。

据统计，核电厂功率损失中有80%是由SG损坏引起的。因此，解决SG二次侧污泥沉积问题对核电站的安全运行至关重要。

针对SG二次侧污垢沉积的问题，国内外核电业界采用的做法主要有：

① 在大修期间对运行时间较长并已经形成污垢沉积的SG进行清洗，包括水力清洗、化学清洗、鼓泡清洗等；

② 在运行期间对二回路进行严格的水化学控制，包括严格控制给水水质（添加投运凝结水精处理装置等）、添加除氧剂（如联氨）、添加pH调节剂（氨、乙醇胺或吗啉等）控制pH碱性范围等；

③ 停堆保养、加装磁铁过滤器等其他方法。

在实际运行过程中，即使够较好地控制了SG二次侧大空间水质，给水中含铁或铜的腐蚀产物还是不可避免由于蒸发而滞留在二次侧，导致泥渣沉积与结垢。

虽然大修期间定期的水力清洗能够较好地清除SG二次侧的泥渣沉积，但由于辐照剂量高、现场作业空间狭小等，水力清洗存在不可达区域，且水力清洗只能在大修停堆期间实施，而运行期间大量泥渣沉积带来的腐蚀问题可能已经发生并正在危及SG运行安全。

值得关注的是，国外一些核电站正在逐渐推广一项新技术，即在SG运行期间通过分散剂的在线微量加入改变SG二次侧腐蚀产物的沉积与结垢特性，通过定期/不定期排污快速直接排出这些沉积于污垢，达到污垢最小化的目的。近年来，这项技术也引起了国内核电专业学者的普遍关注，被视为控制结垢的一种可行方式。

国外核用分散剂的应用现状

国外关于核用分散剂的研究较早，且逐渐证实分散剂在减少SG结垢和提高传热效率方面是有价值的，这也促使国外越来越多的核电站采用分散剂来促进SG中污垢的排出。

20世纪末，加拿大原子能有限公司（AECL）专家评估了分散剂应用于核电机组SG的可行性。指出聚丙烯酸（PAA）和羟基乙叉二膦酸（HEDP）这两种聚合物分散剂在磁铁矿悬浮液高温沉降试验中表现出较高的分散能力，是最有效的聚合物分散剂，但由于HEDP中的磷酸可能存在腐蚀问题，不适用于核蒸汽发生器。报告还指出，PAA分散剂对单相强制对流下的颗粒沉积速率没有影响，但在沸腾流动状态下，添加PAA分散剂可降低颗粒沉积速率。此外，初步腐蚀试验表明，在PAA存在下SG管材的点蚀或一般腐蚀可忽略不计。

他们还研究了三种分散剂（聚膦酸分散剂PIPPA、聚甲基丙烯酸PMA和羟乙基丙烯酸甲酯HEME）在SG工作条件下对磁铁矿悬浮液的沉积效果。试验表明，这些分散剂将腐蚀产物控制在较小的尺寸范围且使其呈双峰分布。当分散剂质量浓度为10 mg/kg时，PMA、PIPPA和HEME存在条件下的腐蚀产物沉积量显著降低。其中，PIPPA是最利于铁排出的分散剂。在Fe59示踪剂沉积回路试验中，只有PIPPA和HEME能有效降低流动沸腾条件下的颗粒沉积速率；在单相强迫对流条件下，分散剂对沉积没有影响。

21世纪初，Betz Dearborn公司制备了一种符合核用标准的高分子量PAA分散剂。经过美国电力研究协会（EPRI）严格鉴定后，分散剂被批准首先应用于阿肯色州核电站一单元二号机组（简称ANO-2）进行了为期3个月的短期试验，随后应用于McGuire核电站的2号机组（简称McGuire-2）进行了为期14个月的长期试验。

ANO-2短期试验结果表明：PAA的注入导致SG排污流中的腐蚀产物浓度快速且持续地增加，排污中铁浓度也显著增加。即使PAA注入量较低（<6 μg/L）时，排污除铁效率也从试验前的1%~2％显著增加到20%~60％。在给水中注入0.5~12 μg/L PAA，对二回路水化学系统及其总有机碳、阳离子电导率均没有影响。

McGuire-2长期试验结果也指出，添加2~4 μg/L PAA可使腐蚀产物的去除效率从5%提高至45%~50%，而且并未发现其对二回路化学系统产生不利影响。

为减少铁基颗粒引起的结垢，EPRI最初开发并认证了分散剂PAA在PWR二回路系统中的使用。国外核用分散剂在核电厂的应用形式主要包括功率运行阶段长期在线添加（LTU）、启机期间二回路循环冲洗（LPR）、大修停运期间SG湿保养（WLU）和泥渣冲洗（SL）等。

据EPRI记载，自ANO-2短期试验和McGuire-2长期试验开始，截至2014年，全球21个PWR核电站共计有52次分散剂添加应用（11个机组LTU应用，13个机组共计23次WLU应用，7个机组共计13次LPR应用，4个机组共计5次SL应用）；与没有添加分散剂的机组相比，所有使用分散剂的机组均提高了铁去除效率（平均为7~8倍）；大多数情况下，使用分散剂还改善了SG的传热效率。添加核用分散剂可以减少SG结垢、提高传热效率，这促使国外越来越多的核电站采用分散剂。

国内核用分散剂的研究现状

国内核电产业起步较晚，随着核电站运行时间的延长，SG内腐蚀产物沉积问题也普遍存在。目前国内各核电站一般采用运行时控制给水水质、大修时进行水力冲洗、根据需要不定期进行化学清洗等措施，截至2020年未见采用添加分散剂以加强SG排污这种新型处理方式的相关报道。随着分散剂在其他工业领域的成功应用及国外核电站在线添加分散剂的成功运行，近年来国内逐步开始重视核用分散剂的研究。

曹林园等采用高温高压腐蚀试验研究了分散剂PAA对设备材料A508III和A106Gr.B在模拟压水堆二回路水溶液中腐蚀行为的影响。结果表明：2000小时腐蚀试验后，与无PAA工况相比，A508III和A106Gr.B试样的腐蚀速率分别下降21.58%和8%；在分散剂作用下，A508III试样氧化膜表面颗粒物结晶度下降，氧化膜更薄；PAA分散剂与A106Gr.B试样有较好的相容性，对A508III试样有一定的缓蚀作用。

吴小婷等在实验室模拟研究了聚丙烯酸分散剂对PWR核电站二回路水介质阻垢性能的影响。结果表明：PAA黏均分子量为500~5000，PAA对氧化铁的阻垢率随分子量的降低而升高。在50 ℃、常压条件和高温、高压条件下，PAA对氧化铁的阻垢率分别达到100%和80%。制备的聚丙烯酸在高温高压（283 ℃、6.7 MPa，模拟SG运行工况）条件下几乎没有缓蚀作用，但也不会加速腐蚀，不会影响SG管系统中金属的腐蚀行为。

分散剂的合成工艺

依据国外核电站在线添加分散剂的运行现状，核用分散剂主要集中于聚丙烯酸聚合物。

首先，商业上可获得的非核级PAA产品中存在一些杂质（如硫酸盐、钠等），虽然浓度很低，但他们在核电厂中是不可接受的。因此很有必要合成一些纯度较高的PAA聚合物产品。

其次，PAA聚合程度决定了分子量及其分布状态，其用途因分子量大小和分布状态而不同。通常，低分子量聚合物主要起分散作用、中等分子量聚合物主要起增稠作用、高分子量聚合物主要起絮凝作用。因此，找到一种满足核用PAA分散剂的制备方法至关重要。

聚合物PAA的合成方法可分为水溶液法、反向悬浮法、反向乳液法以及新型方法如微波法等，各种聚合方法的特点如下：

综合比较，水溶液法制备的最终产物的分子量较低，分子量分布相对较窄，杂质含量低；反应溶液易于分散均匀，反应过程易于控制，工艺简单，比较适合用于核用分散剂的制备。

结论和建议

(1) 筛选出一种成熟稳定的分散剂，往往需要对多种分散剂进行大量基础试验，国内核用分散剂的研究仅局限于PAA均聚物，建议多点研究并扩展到其他类型的分散剂（如丙烯酸与其他单体的共聚物等）。

(2) 国内核用PAA分散剂的报道，多集中于对设备的腐蚀行为或金属类腐蚀产物（如氧化铁）的排放等，较少涉及分散剂加入后的反应过程（如颗粒沉积速率、传热速率）及分散剂分解产物分析（如PAA分解产物对缝隙化学和材料的影响）等方面的研究。对分散剂的作用机理研究也处于机理推测阶段，缺乏深入的验证分析试验。建议系统剖析分散剂在核电应用工况下的反应过程及作用机理。

(3) 国内市售PAA产品中往往存在一些杂质（如硫、钠等），不能满足核电相关要求；典型的PAA水溶液聚合法在合成过程中，或多或少会留下一些无机杂质；建议选用合成过程中杂质控制较好的有机引发剂如过氧化氢、过氧化琥珀酸等。此外，聚合物分子量的分布状态对分散效果影响较大，如何合成高纯度、分子量分布较窄的PAA聚合物并满足核电厂使用要求成为关键。

(4) 国内核电站中分散剂的应用尚处于摸索阶段,，持谨慎保守态度。例如，相较于机组满功率运行期间分散剂的在线添加应用，国内机组更偏向于比较安全保守的应用方式（如机组降功率运行阶段分散剂的添加）；此外，建议在评估分析方面除了SG除铁效率外，需综合分析分散剂的应用对水化学常规指标（如电导率、pH）的影响。