核电站核岛设备冷却水系统是保障反应堆安全、稳定运行的关键辅助系统之一。其功能在于将核岛内各种设备（如主泵、蒸汽发生器、稳压器等）运行时产生的热量有效导出，防止设备过热损坏。该系统运行的安全性与经济性，高度依赖于其内部的化学处理方式以及流量、压力等关键参数的精确测量与控制。本文旨在对核岛设备冷却水系统的化学处理方式，以及核心测量元件——流量计与节流装置的研发与应用现状进行综述，并对未来技术发展方向进行展望。

一、 核岛设备冷却水系统化学处理方式综述

核岛设备冷却水系统（通常为RRI/SEC系统）的介质多为除盐水或含硼水，在封闭回路中循环。其化学处理的核心目标在于：

1. 防腐缓蚀：防止碳钢、不锈钢等管道与设备材质在高温、含氧（或有辐射分解产氧）水环境中发生均匀腐蚀或局部腐蚀（如点蚀、应力腐蚀开裂）。
2. 结垢控制：防止水中微量钙、镁等成垢离子在传热表面沉积，影响换热效率。
3. 微生物抑制：控制系统中微生物（如细菌、藻类）的滋生，避免形成生物粘泥，造成腐蚀或堵塞。

目前主流的化学处理方式包括：

• 碱性运行（高pH值处理）：通过添加氢氧化锂、氨或吗啉等挥发性碱，将冷却水的pH值（在25°C下）提升至9.5-10.5的高碱性范围。这能显著降低碳钢的腐蚀速率，并促进不锈钢表面形成稳定、致密的钝化膜（主要为Fe₃O₄）。该方式成熟可靠，是多数压水堆核电站的标准选择。
• 还原性全挥发处理（AVT(R)）：在碱性基础上，向水中添加联氨等还原剂，彻底清除水中的溶解氧，并维持一个强还原性环境。这能进一步抑制腐蚀，尤其适用于二回路给水系统，在部分核岛冷却水系统中也有应用。
• 氧化性处理：借鉴火电和核电站二回路的经验，以过氧化氢或微量氧为代表的氧化性处理方式开始受到关注。其原理是在严格控制水质纯度（极低氯离子、硫酸根离子）的前提下，促使不锈钢表面形成更稳定、保护性更强的Fe₂O₃型氧化膜（富铬氧化层）。这种方式对材料抗腐蚀性要求更高，但能进一步降低腐蚀产物（主要是铁离子）的迁移和沉积。
• 缓蚀剂与分散剂应用：根据水质和材料具体情况，可能会辅助使用特定有机缓蚀剂（如膦酸盐、唑类）来增强保护效果，或使用聚合物分散剂来防止颗粒物沉积。

这些化学处理方式的选择与优化，需综合考虑系统材料、运行温度、水质指标、辐射场强度以及与其他系统的相互影响，是一个精细化的化学控制过程。

二、 流量计与节流装置在系统中的应用与研发

精确测量冷却水流量对于监控系统运行状态、评估换热效率、保证设备冷却需求至关重要。核岛内环境具有放射性、高温、高压、空间受限等特点，对测量仪表提出了极高要求。

1. 传统节流装置：如孔板、文丘里管、喷嘴等，基于伯努利原理，通过测量压差来推算流量。其结构简单、可靠性高、无需外部电源，在核电站中有长期成功应用的历史。研发重点在于：优化设计以减少永久压力损失、提高测量精度和量程比；采用更耐腐蚀、抗辐照的材料（如特种不锈钢、哈氏合金）；开发更精确的在线校验或状态监测技术。

1. 新型流量计：为克服节流装置压损大、安装要求高等缺点，多种新型流量计正在被研发和推广应用于核级场合：

• 超声波流量计：特别是外夹式或插入式，其最大优点是不接触流体、无压损、安装维护方便。研发方向集中于提高在复杂流动条件（如管径大、直管段不足）下的测量精度和稳定性；增强信号处理能力以克服管道振动、气泡等干扰；提升探头材料的耐辐照和耐温性能。

• 电磁流量计：适用于导电液体（除盐水导电性较弱，需评估），无阻流件，测量范围宽。核级应用的挑战在于解决电极在高温高压放射性环境下的绝缘、密封和耐久性问题，以及开发更可靠的励磁技术和抗干扰电路。

• 涡街流量计：适用于中高速流体，结构相对简单。研发需聚焦于提高传感器（如压电晶体、电容探头）在高温和辐照下的长期稳定性，以及增强其抗管道振动干扰的能力。

• 科里奥利质量流量计：能直接测量质量流量，精度高，不受流体物性影响。但其结构复杂、成本高，且对安装应力敏感。研发致力于优化振管设计以降低压力损失、提高抗震性和对两相流的适应性，同时进行严格的核环境鉴定。

三、 未来展望

1. 化学处理的精细化与智能化：未来化学处理将更加注重系统化、模型化。通过在线水质监测仪表（如pH、电导率、溶解氧、腐蚀电位、颗粒计数等）实时反馈，结合腐蚀预测模型和人工智能算法，实现化学药剂的动态、优化添加，从“定期加药”迈向“按需精准加药”，在保证防腐效果的最大限度降低化学废物产生和运行成本。氧化性处理等新工艺的适用性边界与长期效果有待更多运行数据验证。

1. 测量技术的融合与智能化：流量测量技术将呈现以下趋势：

• 多参数融合测量：单一仪表不仅测量流量，还可能集成温度、压力甚至水质（如导电率）测量功能，提供更全面的诊断信息。

• 状态监测与预测性维护：通过在流量计内部或管道上集成振动、声学、温度等传感器，实时监测仪表健康状态和流动异常（如空化、堵塞），实现预测性维护，提高系统可用性。

• 数字校准与验证：利用仿真技术（CFD模拟）和数字孪生，结合少量基准数据，实现对现场流量计的远程、在线校准和性能验证，减少停堆检查需求。

• 无线与耐辐照技术：适用于高辐射区域的无线传感器网络和具有更强耐辐照性能（如针对半导体元件的抗辐射加固设计）的电子部件将是研发重点。

1. 系统协同设计与全寿期管理：化学处理方案与设备选型（包括测量仪表）的协同设计将更受重视。在电站设计初期就考虑化学-材料-仪表的兼容性与长期运行策略，并建立覆盖电站全寿期的化学与设备性能数据库，为延寿运行决策提供支持。

结论：核岛设备冷却水系统的化学处理与流量测量是保障核安全与运行效率的重要技术环节。当前技术已相当成熟，但面对更高安全性、经济性和长周期运行的要求，仍需在精细化、智能化、可靠性与融合创新方面持续研发。通过化学工艺的优化与先进测量技术的应用相结合，必将为下一代核电站的安全、高效、智慧运行奠定坚实基础。