核電廠除鹽水處理系統(tǒng)調(diào)試

朱慧敏，張 巖，楊莉莉，宛 磊

（山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250002）

1 系統(tǒng)簡介

某核電廠除鹽水處理系統(tǒng)以水廠系統(tǒng)產(chǎn)水為水源，經(jīng)細砂過濾、活性炭、反滲透、離子交換處理，生產(chǎn)出達到《AP1000化學(xué)手冊》要求的除鹽水。

除鹽水處理系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)出力為2×120 t/h，滿足電廠在各個工況下，如啟動、停機、長期停運保養(yǎng)和正常運行所需的除鹽水量。該系統(tǒng)主要由預(yù)處理單元、反滲透單元、離子交換單元組成，主要設(shè)備清單見表1。除鹽水處理系統(tǒng)給細砂過濾、活性炭吸附，反滲透預(yù)脫鹽，離子交換系統(tǒng)處理后制出合格除鹽水，系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 除鹽水處理系統(tǒng)流程圖

2 調(diào)試流程

2.1 系統(tǒng)分包及移交

目前常規(guī)火電調(diào)試中，進度往往是最受關(guān)注的，在系統(tǒng)安裝沒有完工，調(diào)試就已經(jīng)介入，以調(diào)試促安裝，調(diào)試與安裝交叉作業(yè)，沒有明確的“建安向調(diào)試移交”的概念，而這樣交叉作業(yè)，本身就存在很多的安全隱患。 安全生產(chǎn)對于核電廠運行意義深遠，影響重大，所以核電廠從工作模式上也體現(xiàn)出與常規(guī)火電調(diào)試模式不同。 在建安單位完成向調(diào)試移交之前，系統(tǒng)的管轄屬于建安單位，調(diào)試如有提前介入進行的工作需要得到建安許可，遵守建安相關(guān)的管理規(guī)定。TOP之后，系統(tǒng)的管轄權(quán)屬于調(diào)試，建安方的任何尾項或消缺工作都必須取得調(diào)試許可，做好隔離，辦理工作票，這就大大降低了交叉作業(yè)帶來的安全風(fēng)險。

任何工程都會考慮進度，核電也不例外，為了在保證安全的前提下，合理加快整體進度，根據(jù)調(diào)試邏輯、功能完整性、可隔離性、區(qū)域性等原則，將每個系統(tǒng)劃分了若干子包。 每個子包有相對完整的功能，可以開展調(diào)試工作，每個子包都可以與其他子包或系統(tǒng)進行可靠的隔離。 移交以子包為單位，不需等整個系統(tǒng)安裝完工才開始調(diào)試，這樣既保證了安全，又可保證合理的工程進度。

除鹽水處理系統(tǒng)，按照調(diào)試邏輯及功能的完整性劃分為4個移交包，按移交時間順序依次為：除鹽水PLC系統(tǒng)，除鹽水預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、離子交換系統(tǒng)。

2.2 臨時措施

除鹽水調(diào)試期間，壓縮空氣系統(tǒng)不可用，采用臨時空壓機做氣源，配備過濾、干燥裝置，排氣壓力0.76～0.86 MPa，壓縮機流量不小于2 m3/min。

調(diào)試期間，非放射性廢水處理系統(tǒng)不可用，采用臨時排水。將廢水輸送泵出口母管電動閥下游法蘭解開，通過法蘭連接臨時管（碳鋼管或軟管均可）到電動閥出口，引入就近雨水井。

離子交換系統(tǒng)調(diào)試過程中需要對樹脂進行酸堿浸泡預(yù)處理，陽床進堿和陰床進酸通過正式系統(tǒng)無法實現(xiàn)，需要連接臨時系統(tǒng)。

2.3 調(diào)試基本步序

2.3.1 除鹽水PLC系統(tǒng)調(diào)試

包括PLC系統(tǒng)檢查及上電、電源切換、主從站切換、網(wǎng)絡(luò)切換試驗。

2.3.2 預(yù)處理系統(tǒng)調(diào)試

儀控試驗。根據(jù)程序試驗卡進行預(yù)處理系統(tǒng)回路檢查、報警檢查、聯(lián)鎖保護及順控試驗。

凝聚劑系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)沖洗檢漏，試轉(zhuǎn)計量泵、整定泄壓閥，流量校準。

濾料浸泡及過濾器沖洗。將細砂過濾器沖洗至出水目視清澈，濁度不大于1 NTU，然后對活性炭過濾器沖洗至出水目視清澈，濁度不大于1 NTU，測定活性炭過濾器出水母管SDI小于5、余氯不大于0.02 mg/L，滿足反滲透進水條件。

2.3.3 反滲透系統(tǒng)調(diào)試

儀控試驗。根據(jù)程序試驗卡進行反滲透系統(tǒng)回路檢查、報警檢查、聯(lián)鎖保護及順控試驗。

阻垢劑加藥系統(tǒng)調(diào)試。阻垢劑采用11倍濃縮液。

反滲透裝置調(diào)試，往淡水箱制滿水，為離子交換調(diào)試作準備。

試轉(zhuǎn)反滲透清洗裝置。

2.3.4 離子交換系統(tǒng)調(diào)試

儀控試驗。根據(jù)程序試驗卡進行離子交換系統(tǒng)回路檢查、報警檢查、聯(lián)鎖保護及順控試驗。

樹脂填裝后用水沖洗樹脂至出水無泡沫。

酸堿貯存系統(tǒng)及計量系統(tǒng)沖洗檢漏后，往酸堿貯存罐進酸堿。

酸堿浸泡預(yù)處理。

陽床、陰床、混床再生（初次再生劑量為正常劑量2倍），制出合格除鹽水，實際水質(zhì)分析結(jié)果見表2。

2.3.5 整套程控運行

細砂過濾器滿水→正洗→制水→活性炭過濾器滿水→正洗→制水→反滲透低壓沖洗→反滲透系統(tǒng)投運→反滲透運行→淡水箱。

陽床滿水→正洗→運行→陰床滿水→正洗→運行→混床滿水→正洗→運行。

表2 除鹽水水質(zhì)分析結(jié)果

3 調(diào)試期間出現(xiàn)的問題及解決方法

3.1 細砂過濾器內(nèi)部裝置不合格

6臺細砂過濾器進行反洗和擦洗后，正洗時發(fā)現(xiàn)其中1臺正洗排水管中有明顯漏砂現(xiàn)象，而且隨沖洗時間延長不見好轉(zhuǎn)。幾次試圖通過水力反洗改善承托層的級配，漏沙依然存在，而且從反洗砂層面看，明顯配水不均勻。分析其原因，是由于承托層部分濾料圓度均勻度不好，在反洗過程中形成較大縫隙，造成局部短路，使粒徑小于此縫隙的砂子從縫隙持續(xù)漏出。依靠水力反洗已無法恢復(fù)正常的承托層級配，只有重新填裝合格濾料才能解決。

3.2 保安過濾器前SDI不合格

SDI也稱為污染指數(shù)，是表征反滲透系統(tǒng)進水水質(zhì)的重要指標，直觀反映反滲透膜污堵的可能性。調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)，活性炭出水濁度大于1 NTU，SDI大于5，無法滿足反滲透進水要求。對預(yù)處理進水和出水指標進行分析，發(fā)現(xiàn)原水水質(zhì)不穩(wěn)定，濁度大于10 NTU，細砂出水水質(zhì)波動也比較大。根據(jù)過濾機理［1］，膠體表面的電荷對濾料有排斥作用，容易穿透濾層。而凝聚劑可以中和膠體表面電荷，從而改善截留效果。因此在過濾初期，進水投加聚合鋁凝聚劑（5 mg·L），出水濁度改善很快，出水水質(zhì)穩(wěn)定，SDI測試合格。數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 加藥前后濁度對比

隨著過濾的進行，當砂層上表面形成比較致密的截污層后，不需再投加凝聚劑，出水也完全合格。

3.3 工藝步序不合理

細砂過濾器擦洗步序為開羅茨風(fēng)機排空閥→啟動羅茨風(fēng)機→開細砂過濾器進氣閥、排氣閥→關(guān)排空閥。在擦洗步序中開進氣閥和關(guān)排空閥是同時進行的，在某次試驗過程中排空閥已關(guān)閉但是進氣閥仍未打開，造成羅茨風(fēng)機，安全閥動作。羅茨風(fēng)機為容積式風(fēng)機，風(fēng)機正常工作中，嚴禁完全關(guān)閉進、排氣口閥門，否則會超負荷引起安全閥動作，造成設(shè)備損壞。 為防止此問題的頻繁發(fā)生，對步序進行改進，擦洗步序中進氣閥開指令出后延時60 s關(guān)排空閥。擦洗結(jié)束排氣閥關(guān)反饋到位后關(guān)羅茨風(fēng)機。

擦洗結(jié)束后開羅茨風(fēng)機排空閥→關(guān)細砂過濾器進氣閥、排氣閥→關(guān)羅茨風(fēng)機。擦洗結(jié)束時，羅茨風(fēng)機和進氣閥同時關(guān)閉，由于進氣閥設(shè)計為氣動隔膜閥，開關(guān)時間較長，出現(xiàn)風(fēng)機停運但是進氣閥還未關(guān)到位，導(dǎo)致過濾器內(nèi)的水倒流入進氣管，故羅茨風(fēng)機排空管內(nèi)總是有水排出。 對步序進行如下改進：進氣閥關(guān)反饋到位后再關(guān)羅茨風(fēng)機，優(yōu)化圖見圖3。

圖3 細砂過濾器擦洗步序圖

3.4 阻垢劑流失

調(diào)試時發(fā)現(xiàn)阻垢劑計量箱液位在不啟動阻垢劑計量泵運行的情況下液位降低。

分析原因。首先檢查阻垢劑計量箱排污閥未打開，排除從排污閥跑藥的可能性。關(guān)閉三個阻垢劑計量泵進出口閥觀察一段時間后發(fā)現(xiàn)計量箱液位不再下降。初步分析應(yīng)該是計量泵出口到加藥口管道上有漏點，形成了虹吸將藥析出。經(jīng)仔細排查發(fā)現(xiàn)是由于導(dǎo)電度取樣閥及pH取樣閥開著，形成了虹吸造成的。

解決方法。每次制水時將導(dǎo)電度取樣閥及pH取樣閥打開，制水完成后再將取樣閥關(guān)閉，來防止系統(tǒng)停運狀態(tài)下阻垢劑流失。

3.5 反滲透膜元件程控沖洗中無法滿水

反滲透膜元件型號為 BW30-400/34i，144支/套，采取16：8排列。反滲透進行低壓沖洗時，啟動沖洗水泵開沖洗進水閥、濃水排放閥和淡水排放閥。沖洗過程中打開一段膜元件淡水側(cè)取樣閥基本取不出水樣，說明反滲透膜元件里不是充滿水的狀態(tài)。膜元件安裝在反滲透系統(tǒng)的壓力容器內(nèi)，滿水是反滲透停運保養(yǎng)要求。

原因是淡水排放口位置低，沖洗過程中淡水側(cè)的水從淡水排放閥過快的流出，導(dǎo)致頂層膜元件充不滿水。

改進方法。沖洗時關(guān)淡水排放閥，將沖洗滲透到淡水側(cè)的水排至淡水箱，保持出口一定的背壓，從而保證沖洗完成后，反滲透內(nèi)滿水狀態(tài)。

3.6 TOC變化分析

若除鹽水有機物超標進入水汽系統(tǒng)，受熱分解后產(chǎn)生低分子有機酸和CO2，可能會導(dǎo)致氫電導(dǎo)率超標和水質(zhì)pH值下降，可揮發(fā)的有機酸還會對蒸汽流通部分和汽輪機產(chǎn)生腐蝕作用，因此監(jiān)督水質(zhì)中有機物含量尤為重要［3］。TOC是水中有機物所含碳的總量，對有機物氧化率很高，能夠準確全面直觀地反映水體中有機物的含量。故調(diào)試時對混床出水TOC進行了嚴格監(jiān)控。

調(diào)試初期混床再生結(jié)束后，取樣化驗，電導(dǎo)率、活性硅、氯離子均合格，但測得TOC超出指標范圍，故整套運行用大量水沖洗TOC，經(jīng)過兩天連續(xù)沖洗將TOC降到了指標范圍內(nèi)。圖4為某時段各設(shè)備出口TOC變化趨勢，每8 h取樣一次。從圖中可以看出，經(jīng)反滲透處理后，大部分有機物均可被去除。值得注意的是陰床出口TOC遠大于陽床出口TOC，分析造成此現(xiàn)象的原因是陰樹脂本身的聚合小分子電離出陽離子態(tài)有機物。陰樹脂為強堿型丙烯酸系樹脂。由于陰樹脂量比較大，在酸堿浸泡預(yù)處理階段陰樹脂本身的聚合小分子電離出陽離子態(tài)有機物沒有完全去除，由于陰樹脂沒有去除陽離子的能力，故陰床出水TOC含量增大。陰床出水經(jīng)過混床，混床內(nèi)樹脂陰陽離子態(tài)物質(zhì)均可除去，故TOC含量減小。

圖4 TOC變化曲線

4 系統(tǒng)完善建議

過濾器底部出水建議采用水帽。由于過濾器漏砂會嚴重影響正常運行，建議過濾器底部配水系統(tǒng)使用水帽。水帽機械強度高，比縫隙面積大，有效防止漏砂。

阻垢劑計量泵出口加背壓閥。上述3.4講到由于導(dǎo)電度取樣閥及pH取樣閥開著，形成了虹吸而造成阻垢劑流失。為解決此問題可以在阻垢劑計量泵出口母管處增加背壓閥［2］。流體從背壓閥進口進入，被膜片阻擋，于是流體對膜片產(chǎn)生向上的壓力。只有壓力足夠大時，彈簧被壓縮，流體頂起膜片形成通道，才會從背壓閥出口流出。所以背壓閥能消減由于虹吸產(chǎn)生的流量及壓力的波動。經(jīng)過實際測量，虹吸水柱高度為2.5 m，計量泵出口壓力為0.5～1.0 MPa，因此可選用0.1 MPa的背壓閥。

阻垢劑流量聯(lián)鎖。反滲透阻垢劑是反滲透系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，阻垢劑可延緩鈣鎂離子的析出和膜面結(jié)垢，提高產(chǎn)水量和產(chǎn)水質(zhì)量，降低運行費用。為保證反滲透膜的安全，運行期間高壓泵啟動會聯(lián)鎖啟動阻垢劑計量泵。 但是不排除計量泵雖然啟動，泵本體不出力的可能性，故建議添加阻垢劑流量與高壓泵聯(lián)鎖。一套反滲透運行情況下阻垢劑計量泵流量為10～12 L/h，若流量小于10 L/h，則連停高壓泵，保證阻垢劑確實加入系統(tǒng)。

5 結(jié)語

核電廠較常規(guī)火電廠對水質(zhì)要求更高。若水質(zhì)不良，可能會對二回路系統(tǒng)設(shè)備和管道造成腐蝕、結(jié)垢和積鹽，影響電廠的長期、安全、經(jīng)濟運行，控制除鹽水水質(zhì)尤其重要。

［1］ 施夑鈞，王夢聚，肖熱力.熱力發(fā)電廠水處理［M］.北京：中國電力出版社，1996.

［2］ 中華人民共和國電力工業(yè)部.火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計技術(shù)規(guī)程［M］.北京：中國電力出版社，1996.

［3］ 齊文啟，孫宗光，陳偉軍，等.總有機碳及其自動在線檢測儀的研制［J］.現(xiàn)代科學(xué)儀器，2005（6）：27-36.