凝結(jié)水精處理系統(tǒng)優(yōu)化運行

孫立忠，劉建民

(1.江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042;2.遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)優(yōu)化運行

孫立忠1，劉建民2

(1.江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042;2.遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

介紹了田灣核電站一期機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)備特點，對系統(tǒng)調(diào)試及初運行中出現(xiàn)的問題進行了具體分析，根據(jù)分析結(jié)果，在現(xiàn)場允許的條件下實施了增加廢水儲存中和排放系統(tǒng)、變更混床樹脂導(dǎo)出時的進水方式、確定凝結(jié)水部分旁路運行、增加系統(tǒng)在線電導(dǎo)表以及海水泄漏的連鎖保護等措施，優(yōu)化凝結(jié)水系統(tǒng)，提高運行床的制水周期，為機組安全穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)，并取得了一定的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

凝結(jié)水精處理;陽床;混床;樹脂;氨化;旁路;優(yōu)化

田灣核電站一期工程為俄羅斯圣彼得堡設(shè)計院設(shè)計、供貨的2臺NPP91/VVER-1000機組，總額定功率為2×1 060 MW，機組設(shè)計壽命40年，每臺機組有2組凝汽器，每組2臺串聯(lián)，每臺有2個獨立管束，換熱管為鈦合金管，每臺機組配置1套凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng) (LD)采用低壓串聯(lián)運行，進入系統(tǒng)的凝結(jié)水設(shè)計壓力為1.6 MPa，系統(tǒng)設(shè)有2個有閥旁路，大旁路的管徑為DN800，小旁路的管徑為DN360，各設(shè)有一個電動截止閥。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)采用的是前置陽床 (LDB)加混床(LDF)的模式，陽床和混床都是母管制。系統(tǒng)設(shè)計上滿足任何功率下的凝結(jié)水100%處理的運行方式，前置陽床和混床分別為5個，機組滿功率運行時4列運行1列備用，每列過濾器額定流量為250 kg/s，每套系統(tǒng)最大流量為3 600 m3/h，氨化運行，給水采用加氨和聯(lián)胺調(diào)節(jié)，水質(zhì)PH控制在9.4～9.6，系統(tǒng)運行采用西門子的全數(shù)字化儀控。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的陽床和混床再生均采用體外再生的方式，每套凝結(jié)水精處理系統(tǒng)配置了一套再生系統(tǒng) (LDP)和廢水收集、排放系統(tǒng) (LDL)。

1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)概述

1.1 特點

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)與主凝結(jié)水系統(tǒng)串聯(lián)在一級凝泵和二級凝泵之間，有閥門連大旁路，屬于低壓水處理系統(tǒng);該系統(tǒng)由前置陽床加混床組成，混床后設(shè)有臥式樹脂捕捉器，系統(tǒng)采用母管制，體外再生;再生系統(tǒng)除專用的再生罐和樹脂分離罐以及廢水收集水箱外其它再生用設(shè)備均與化學(xué)除鹽水系統(tǒng)的再生設(shè)備公用，混床樹脂再生分離罐為中間抽脂式;壓空系統(tǒng)由全廠壓空系統(tǒng)集中供給;陽床和混床為直徑3.4 m的柱罐 (目前國內(nèi)核電機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中直徑最大的柱型罐)，陽床和混床脂層高均為1.6 m(14.5 m3)，混床內(nèi)陰陽樹脂比例為2∶1;每臺陽床和混床凝結(jié)水管入口都有電動調(diào)節(jié)閥。

1.2 運行方式

機組正常工作時，系統(tǒng)設(shè)計上滿足任何功率下的凝結(jié)水100%處理的運行方式，陽床和混床運行方式為氨化運行，給水PH控制在9.4～9.6，機組滿功率運行時，陽床和混床均為4用1備，每個過濾器的最大流量900 m3/h，系統(tǒng)運行最大流量為3 600 m3/h，系統(tǒng)的入口工作壓力1.6 MPa，每臺陽床和混床投切以及運行過程中的進水量均衡由凝結(jié)水管入口的電動調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，一級凝結(jié)水泵將凝汽器中的水送入陽床中，去除懸浮狀和溶解于水中的腐蝕產(chǎn)物和部分除鹽。經(jīng)過除鐵和部分除鹽的凝結(jié)水被送到混床，進行深度除鹽?；齑仓蟮臉渲蹲狡饔脕聿蹲綇幕齑猜┏龅乃闃渲?。經(jīng)過精處理系統(tǒng)凝結(jié)水指標(biāo)為:電導(dǎo)率小于0.15 μs/cm，鈉離子含量小于1 μg/L，樹脂捕捉器的壓差是0.3 MPa。當(dāng)陽床和混床的運行參數(shù)超過指標(biāo)，或者陽床的壓差大于 0.28 MPa、混床的壓差大于 0.25 MPa時，過濾器內(nèi)的樹脂將輸送到再生系統(tǒng)內(nèi)進行再生［1］。

1.3 再生

陽床和混床樹脂的再生均是體外再生。陽床樹脂由專用的再生罐進行反洗、再生;混床樹脂由混脂分離兼陽樹脂再生罐 (LDP31AT001)將混床中的樹脂進行反洗、分層，然后進行中抽式分離，陰樹脂首先被抽送到陰樹脂再生罐 (LDP32AT001)進行再生、沖洗，直到電導(dǎo)率小于10 μs/cm，中間層樹脂抽送到中間層樹脂儲存罐(LDP34AT001)備用 (用于下一個混床樹脂分離)，剩下的陽樹脂在混分離兼陽樹脂再生罐內(nèi)進行再生、沖洗，沖洗到電導(dǎo)率小于10 μs/cm，然后將陰樹脂轉(zhuǎn)入混脂分離兼陽樹脂再生罐進行充分混合后，繼續(xù)沖洗到電導(dǎo)率小于1 μs/cm，將混脂輸送回混床備用。

再生用的HCl、NaOH由除鹽制水系統(tǒng)樹脂再生子系統(tǒng) (GCP)供給，再生廢堿液排入LDL30BB001，廢酸液排入 LDL40BB001，對排放水進行監(jiān)控 (這個系統(tǒng)的設(shè)置是防止一回路向二回路泄漏時環(huán)境受凝結(jié)水精處理交換器的排放水帶來的放射性同位素的危害)，控制這些水是否可以可以進一步使用，并對不合格的水進行處理。如果不含有放射性則輸送到除鹽制水系統(tǒng)廢水中和排放子系統(tǒng) (GCR)進行中和排放。

2 系統(tǒng)調(diào)試、運行初期存在的問題

2.1 混床樹脂分離度達不到設(shè)計要求

混床樹脂在混脂分離兼陽樹脂再生罐內(nèi)是中抽式分離，混床樹脂分層后上層為陰樹脂 (層高1 800 mm)、下層為陽樹脂 (層高900 mm)、中間層為300 mm(陰陽樹脂層高各150 mm)，樹脂壓實后，導(dǎo)出陰樹脂至陰樹脂再生罐內(nèi)，中間層樹脂至中間樹脂儲存罐內(nèi)，陽樹脂則留在分離罐內(nèi)。分離后分別對陽樹脂和陰樹脂進行取樣檢測，陰陽樹脂分離率達不到設(shè)計要求 (參見表1)。

表1 樹脂分離率［5］ %

2.2 系統(tǒng)轉(zhuǎn)入氨化運行時混床出口漏氯

1號機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)投入正常運行后轉(zhuǎn)入氨化運行，出現(xiàn)了蒸汽發(fā)生器排污水的氯離子含量從8～10 μg/L升到80～89 μg/L的情況。在發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器排污水氯離子超標(biāo)時，分別對混床出口水進行了氯離子含量的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)運行的2臺混床 (LDF24AT001、LDF25AT001)出口水的氯離子含量已升高［4］，見表 2。

表2 混床出口水質(zhì)

2.3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)取消氨化運行后，運行周期縮短

為了避免混床出口水的氯離子含量超標(biāo)，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)取消氨化運行后，運行周期縮短、再生頻繁，再生用酸堿及給水加氨量增大，除鹽自用水量增大，廢水排放量增大，中和廢水用的酸堿量增大，再生系統(tǒng)由凝結(jié)水精處理系統(tǒng)和除鹽制水系統(tǒng)公用，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的頻繁再生影響到除鹽制水系統(tǒng)再生，從而影響除鹽水供應(yīng)。

3 原因分析

3.1 混床樹脂分離度達不到設(shè)計要求的原因分析

a. 混脂分離兼陽樹脂再生罐床體高度不夠，僅為6 685 mm，樹脂層的高度3 000 mm，沒有足夠的反洗空間，致使樹脂反洗分層效果不好。

b. 混脂分離兼陽樹脂再生罐布水裝置不合理:陰樹脂和中間層樹指導(dǎo)出時除了頂部進水外，同時在側(cè)面三個方向輔助進水，三個方向側(cè)面進水水平面略低于一個方向?qū)С鰳渲乃矫妫鐖D1所示，中間進水管在罐內(nèi)沒有布水裝置，三方進水水流匯集在中間形成了渦流，中間的樹脂出現(xiàn)了亂層，在陰樹脂導(dǎo)出口的水平界面、中間層樹脂導(dǎo)出口的水平界面，樹脂導(dǎo)出過程中攪動情況嚴重，樹脂不是平穩(wěn)地被導(dǎo)出，而是在罐內(nèi)形成了紊流，致使分離陰樹脂時夾雜陽樹脂，分離中間層樹脂后，陽樹脂中殘留陰樹脂，導(dǎo)致分離后的陰、陽樹脂交叉污染率在5%左右，沒有達到設(shè)計的要求(0.1%)。陽樹脂中的陰樹脂含量超過設(shè)計值，則導(dǎo)致凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)漏氯現(xiàn)象，使蒸發(fā)器排污水中的氯離子濃度超標(biāo)，發(fā)生偏離;陰樹脂中的陽樹脂含量超過設(shè)計值，導(dǎo)致凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)漏鈉現(xiàn)象［2］。

圖1 三側(cè)進水橫截面圖

c. 混脂分離兼陽樹脂再生罐中間層厚度較小，直徑 (內(nèi)徑為2 600 mm)又很大，陰樹脂導(dǎo)出管和中間層樹脂導(dǎo)出管的高度差為300 mm，致使中間層厚與罐直徑相比，厚度偏小，1 cm厚的樹脂體積為 0.053 m3，占中間層樹脂體積的3.3%，占陽樹脂層體積的1.1%，而設(shè)計要求交叉污染小于0.1%，在樹脂實際導(dǎo)出中，1 cm的層高的平穩(wěn)度和誤差都很難控制?？紤]每次反洗時有不同量的樹脂損耗、反洗分層效果不好等因素，難以控制中間層陰陽樹脂比例為1∶1，致使后續(xù)的混床樹脂分層、分離效果受到一定的影響，中間層陰陽樹脂比例的精確性會影響所有混床的再生［3］。

d. 混床樹脂質(zhì)量不好。俄供的精處理混床陰陽樹脂的密度差小，僅為0.15 g/mL，并且不是均粒樹脂，樹脂的粒徑范圍較寬 (0.3～1.2 mm)，這些因素影響樹脂的反洗分離的效果。

3.2 混床漏氯原因分析

依據(jù)設(shè)計文件，1號機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽床采用氨化運行方式，陽床氨飽和后混床入口pH值大于9，給水氨濃度大于700 μg/L，在此工況下繼續(xù)運行混床，氯型陰樹脂上的氯離子被洗脫下來，造成精處理混床出口漏氯。發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器的排污水的氯離子明顯上升后，立刻停運氨化運行陽床，取消陽床的氨化運行方式之后混床出口的氯離子含量小于0.2 μg/L，蒸汽發(fā)生器的排污水的氯離子恢復(fù)正常。

混床氯離子的來源如下。

a. 1號機組運行初期發(fā)生多次凝汽器海水泄漏，含有一定量海水的凝結(jié)水經(jīng)過了精處理系統(tǒng)，樹脂過度失效，再生不徹底 (再生劑用量沒變)。

b. 混床陰陽樹脂分離度達不到要求，交叉污染大于設(shè)計值 (0.1%)。

c. 樹脂導(dǎo)出時底部有存留，樹脂來回傳輸公用一根管路，管路沖洗存在死角，傳脂管道有樹脂存留，如圖2所示。

圖2 樹脂傳輸管線

3.3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽床運行周期縮短、再生頻繁分析

機組正常運行時，給水采用加聯(lián)氨—氨的全揮發(fā)堿性水化學(xué)工況，二回路水質(zhì)要求pH值為9.4～9.6，則加氨濃度應(yīng)保持為1 000 ～ 2 000 μg/L，凝結(jié)水100%通過精處理凈化系統(tǒng)，流量為3 600 t/h。經(jīng)過凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的凝結(jié)水指標(biāo)為;陽電導(dǎo)率 ＜0.15 μs/cm，鈉離子含量 ＜1 μg/L，二氧化硅含量＜10 μg/L，取消凝結(jié)水精處理系統(tǒng)氨化運行后，陽床周期制水平均15～18萬t，而凝結(jié)水流量為3 600 t/h，在這種工況下，陽床在H型下的運行周期為6～7 d，平均不大于7 d。另外，由于再生廢水水箱容積設(shè)計太小，樹脂再生不能進行連續(xù)置換沖洗等諸多因素限制，每次再生一個陽床需要10 h以上。這樣一來，在機組正常運行時是4運1備的情況，幾乎每天都要有陽床再生，而除鹽水系統(tǒng)和凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的床體再生都是公用的自用水水源、水泵和廢水排放系統(tǒng)，因此，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的頻繁再生會和除鹽水系統(tǒng)的正常運行經(jīng)常發(fā)生沖突，沖突嚴重時會影響LD系統(tǒng)再生，不能確保凝結(jié)水精處理系統(tǒng)正常運行，將導(dǎo)致二回路水質(zhì)發(fā)生偏離。

4 優(yōu)化凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運行方式

4.1 降低混床樹脂交叉污染率，提高樹脂分離度

進行了改變傳輸樹脂的水流流量以減少中間進水水流的擾動、改變大中間層樹脂厚度和改變傳輸樹脂的進水方向和流量等一系列試驗。由于設(shè)備改造受到現(xiàn)場空間條件制約，最終優(yōu)化為取消中間進水，中間進水管線盲板封堵，增加底部進水管線(圖3)變更為頂部大流量底部注流量進水傳輸陰樹脂和中間層樹脂，調(diào)整底部進水流量以樹脂不被托起為標(biāo)準(zhǔn)，保證分離陰樹脂過程中導(dǎo)出樹脂管以下的樹脂層面穩(wěn)定，不能在導(dǎo)脂層中心翻滾形成紊流現(xiàn)象，使樹脂層平穩(wěn)下降。樹脂不出現(xiàn)向上浮和層面紊亂現(xiàn)象，降低混床樹脂交叉污染率，提高樹脂分離度［5］。

圖3 樹脂輸送進水管線技改

4.2 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)取消陽床氨化加部分旁路運行

在不對混脂分離兼陽樹脂再生罐做變更的情況下，不能將陰、陽樹脂交叉污染率降到0.1%，為了滿足機組不同功率下給水和蒸發(fā)器水質(zhì)的要求(見表3)，系統(tǒng)取消原設(shè)計的氨化運行。

表3 機組不同功率下對水質(zhì)的要求

取消陽床氨化運行后凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽床運行周期縮短、再生頻繁，通過調(diào)整試驗確定調(diào)整凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運行方式由100%精處理改為部分旁路運行。根據(jù)每個精處理過濾器最低流量不小于500 m3/h的要求，并且為保證凝汽器有滲漏時能夠及時使凝結(jié)水100%精處理，旁路的流量確定在總流量的30%～40%。

4.3 床運行管線上增加電導(dǎo)表

陽床運行時在線檢測鈉的含量，在投運前的沖洗時檢測電導(dǎo)率，為了能夠?qū)﹃柎猜┌边M行及時檢測，將沖洗排放管線上的電導(dǎo)表移到了陽床出口管線上，當(dāng)電導(dǎo)率達1 μs/cm時將陽床退出運行，進行再生。

4.4 增加連鎖保護

為了能夠在凝汽器傳熱管發(fā)生泄漏時，及時關(guān)閉精處理系統(tǒng)的旁路閥，使凝結(jié)水能夠100%精處理系統(tǒng)，將測量陽床前凝結(jié)水的3塊鈉表與精處理旁路閥進行連鎖保護，以三選二為原則，當(dāng)有2塊鈉表的顯示數(shù)據(jù)上漲到2.0 μg/L時控制室的檢測畫面上有報警，當(dāng)有2塊鈉表的顯示數(shù)據(jù)上漲到2.5 μg/L時，自動關(guān)閉精處理系統(tǒng)的旁路閥。

4.5 增加廢水中和排放系統(tǒng)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽床和混床樹脂再生用水原設(shè)計是按陽樹脂1∶3，陰樹脂1∶(2～4)，混合沖洗1∶(3～6)來計算的，致使堿性廢水水箱 (58 m3)、酸性廢水水箱 (126 m3)容積過小，因而對廢水回收系統(tǒng)進行技術(shù)改造，在常規(guī)島廠房外增加廢水中和排放系統(tǒng) (LDL60，增加2個容積為630 m3的儲存排放罐)，變更樹脂再生程序，改為連續(xù)再生，和除鹽制水的中和排放系統(tǒng)徹底分開。

5 結(jié)論

通過對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進行改造，增加廢水中和排放系統(tǒng) (LDL60)，徹底與除鹽水廢水中和排放系統(tǒng)分開，變更、完善樹脂分離時用的進水管線，取消中間進水，中間進水管線盲板封堵，增加底部進水管線，變更為頂部大流量底部小流量進水傳輸陰樹脂和中間層樹脂的分離樹脂方式，確定凝結(jié)水30%～40%的部分旁路運行參數(shù)，在凝結(jié)水精處理運行管線增加在線電導(dǎo)率監(jiān)測，增加系統(tǒng)泄漏聯(lián)鎖保護等，降低了陽床的再生頻度，將陽床運行周期由6～7 d提高到12～13 d，減輕了運行人員的工作強度，也降低了系統(tǒng)的加氨量、耗酸堿量，減少了廢水排放，提高了系統(tǒng)運行床的制水周期，系統(tǒng)實現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，為機組安全穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)，并取得了一定的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

［1］ Saint Petersburg Research and Design Institute.TIANWANNPP System Design File(SDF)Condensate purification system(LD)［S］，2003.

［2］ Mill.P.J.，崔懷明.美國壓水堆核電站二回路水化學(xué)優(yōu)化 ［J］.國外核動力，1998，19(6):4-9.

［3］ 朱興寶，熊京川，梁橋洪.嶺澳核電站二期凝結(jié)水處理系統(tǒng)重大技術(shù)改進［J］.核動力工程，2009，30(62):1-5.

［4］ 甘建衡.蒸汽發(fā)生器的水化學(xué)管理［J］.核動力工程，1997，18(2):158-162.

［5］ 張澄信，陳志和.離子交換水處理試驗研究原理［M］.武漢:華中理工大學(xué)出版社，1995.

Improving Operation Cycle through Optimizing Operation Mode of Condensate Purification System

SUN Li-zhong1，LIU Jian-min2
(1.Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang，Jiangsu 222042，China;2.Electric Power Research Institute of Liaoning Electric Power Co.，Ltd，Shenyang，Liaoning 110006，China)

The characteristics of condensate purification system at Phase one of Tianwan Nuclear Power Station is introduced in this paper，and the problems occurred during system debugging and initial operation is also analyzed.According to the analysis results，the manner of water intake is implemented through adding waste water storage neutralization discharging system and modifying educing of resin from mixed resin filter on the conditions allowed by the site;condensate partial bypass operation is determined，and the measures such as system online conductance meters and seawater leakage interlock protection are taken，which optimized the operation manner of condensate system，improves the cycle of water preparation of the operation bed，lays a foundation for safe and stable operation of unit and achieves certain economic benefits and environmental protection benefits.

Condensate purification;Anode resin filter;Mixed resin filter;Resin;Amination;Bypass;Optimization

TK264.1;TM623

A

1004-7913(2013)03-0031-04

book=35,ebook=212

孫立忠 (1970—)，男，碩士，高級工程師，從事核電廠常規(guī)島化學(xué)專業(yè)方面的系統(tǒng)調(diào)試管理工作。

2012-11-24)