核電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題及對(duì)策

嚴(yán)浩東

【摘? 要】某核電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)投運(yùn)后導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器液相中SO濃度升高，為此，分析了凝結(jié)水處理系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題，如樹(shù)脂混合、樹(shù)脂分離及樹(shù)脂擾動(dòng)等。通過(guò)在混床內(nèi)增加二次混合設(shè)備，采用先進(jìn)的高塔分離法，設(shè)計(jì)均勻的布水裝置，選用優(yōu)質(zhì)的離子交換樹(shù)脂等措施，將使問(wèn)題得到解決。

【關(guān)鍵詞】核電廠;凝結(jié)水處理;離子交換樹(shù)脂;混床;蒸汽發(fā)生器

1? 某核電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)設(shè)備與水質(zhì)指標(biāo)

某核電廠（下文稱A電廠）凝結(jié)水處理系統(tǒng)由并列的3臺(tái)前置氫型陽(yáng)床（RH）和并列的3臺(tái)氫型混床（RH-RH/ROH）串聯(lián)組成，為中壓系統(tǒng)。氫型陽(yáng)床（DN3800mm）和氫型混床（DN3800mm）的配水管由1根母管及4根支管組成，出口加有擋水板。

再生采用錐體分離法，錐體設(shè)備上部DN2000mm，下部DN2600mm，高5450mm。

2? A電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題

2.1蒸發(fā)器液相所含SO明顯增高

A電廠1997年7月至9月將凝結(jié)水處理系統(tǒng)并入二回路主系統(tǒng)試運(yùn)行，處理水量為33%。運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)器液相所含SO濃度明顯增高，最高達(dá)30μg/kg，一般為4～6μg/kg，而當(dāng)凝結(jié)水處理系統(tǒng)退出后，SO濃度則隨之逐步下降，最低為1μg/kg。2006年將陽(yáng)陰樹(shù)脂分別更換為美國(guó)Rohmandhaas公司生產(chǎn)的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂Amberjet1600H和強(qiáng)堿陰樹(shù)脂Amberjet9000OH（全部為新樹(shù)脂）后，6月27日至7月4日將該處理系統(tǒng)并入二回路主系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，也出現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。

A電廠蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)水汽質(zhì)量為：氫電導(dǎo)率小于0.5μS/cm，[Na]<3us/Kg，[CL]<2ug/Kg，[SiO]<40ug/kg?？梢?jiàn)，該凝結(jié)水處理系統(tǒng)投運(yùn)與否，會(huì)使蒸發(fā)器液相中的SO濃度最大相差近30倍，一般情況下為4～6倍?？梢酝茰y(cè)，當(dāng)該凝結(jié)水處理系統(tǒng)處理水量為100%時(shí)，蒸發(fā)器液相中的SO濃度將更高。

2.2氫型混床存在問(wèn)題

2.2.1樹(shù)脂混合

由于強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的濕真密度比強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的濕真密度小，因此其在混床內(nèi)混合后上部主要是ROH型強(qiáng)堿陰樹(shù)脂，底部主要是RH型強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂，中間則是這些型號(hào)樹(shù)脂的混合物。

2.2.2樹(shù)脂分離

研究表明，樹(shù)脂的粒徑、濕真密度決定樹(shù)脂沉降速度，樹(shù)脂的粒徑、濕真密度愈大則其沉降速度也愈大。

凝結(jié)水混床樹(shù)脂失效后，一般利用強(qiáng)堿陰樹(shù)脂與強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的濕真密度差和粒徑差對(duì)陰陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行反洗分離，然后分別進(jìn)行再生。然而，強(qiáng)堿陰樹(shù)脂與強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的濕真密度差很小，例如RHSO4（R2SO4）為1.12g/mL，RH為1.19g/mL，僅相差0.07g/mL，尤其是樹(shù)脂污染后，濕真密度相差就更小。另外，部分強(qiáng)堿陰樹(shù)脂與強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的粒徑接近，特別當(dāng)樹(shù)脂破碎后，兩種樹(shù)脂粒徑更接近，部分強(qiáng)堿陰樹(shù)脂與強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的沉降速度幾乎相同，所以兩種樹(shù)脂分離后仍有一定的混雜。例如，某熱電廠凝結(jié)水混床在分離后的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂中混有6.11%的強(qiáng)堿陰樹(shù)脂，強(qiáng)堿陰樹(shù)脂中混有4.46%的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂，再生時(shí)凝結(jié)水混床中濕真密度大的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂多在床層的底部（表2）。這種情況下，強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂會(huì)有SO和其它溶出物溶出，通過(guò)給水進(jìn)入到蒸發(fā)器，并在其中濃縮。SO在蒸汽中的攜帶系數(shù)很小，多數(shù)存留在蒸發(fā)器液相內(nèi)，從而導(dǎo)致蒸發(fā)器液相中的SO濃度逐步增加。

此外，強(qiáng)堿陰樹(shù)脂會(huì)轉(zhuǎn)為RCl型，混入強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂會(huì)轉(zhuǎn)為RNa型，這不僅降低了樹(shù)脂的再生度，而且會(huì)導(dǎo)致混床樹(shù)脂保護(hù)層由于可能存在RCl和RNa型樹(shù)脂，破壞了保護(hù)層的保護(hù)作用

A電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)氫型混床（RH-RH/ROH）樹(shù)脂的分離，采用的是錐體分離法。由于錐形分離裝置（兼陰樹(shù)脂再生裝置）直徑較大（高度直徑比小）、反洗流速低和樹(shù)脂膨脹率低，使得陰、陽(yáng)樹(shù)脂相互夾雜而無(wú)法徹底分離，因此存在交叉污染。錐形分離裝置的理論保證值是陽(yáng)樹(shù)脂中混雜的陰樹(shù)脂的體積量不超過(guò)0.4%，陰樹(shù)脂中混雜的陽(yáng)樹(shù)脂的體積量不超過(guò)0.1%。另外，該分離裝置配置的樹(shù)脂界面檢測(cè)儀容易損壞或精度下降，也會(huì)導(dǎo)致分離裝置分離效果下降。還有，該分離裝置無(wú)法排除破碎樹(shù)脂，導(dǎo)致與錐體連結(jié)的排水裝置容易堵塞和損壞。

2.2.3樹(shù)脂擾動(dòng)

A電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)混床擾動(dòng)主要由混床的布水裝置等自身結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致。布水裝置為4個(gè)向下的且下部裝有擋板的大噴頭，當(dāng)流速高達(dá)110～115m/h的4股水流自上而下沖擊下部樹(shù)脂層時(shí)，樹(shù)脂會(huì)發(fā)生擾動(dòng)，嚴(yán)重影響樹(shù)脂的離子交換效果。對(duì)于混床來(lái)說(shuō)，本來(lái)已混合好的樹(shù)脂，由于發(fā)生擾動(dòng)而使樹(shù)脂重新分層，使比重大的陽(yáng)樹(shù)脂向下部移動(dòng)，而比重小的陰樹(shù)脂向上部移動(dòng)。A電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)氫型混床（RH-RH/ROH）采用的是最大直徑的離子交換器，直徑達(dá)3800mm。由于樹(shù)脂層高為1000～1200mm，與直徑相比，樹(shù)脂層相對(duì)較薄，在高速水流的沖擊下，使樹(shù)脂更容易被攪動(dòng)起來(lái)。據(jù)觀察，樹(shù)脂擾動(dòng)嚴(yán)重時(shí)可使交換器內(nèi)樹(shù)脂層高相差300～400mm，會(huì)造成偏流或短路，影響混床的出水水質(zhì)和運(yùn)行周期。同時(shí)，擾動(dòng)還會(huì)將碎樹(shù)脂擾動(dòng)到混床的底部，碎樹(shù)脂從水帽和樹(shù)脂捕捉器漏入給水系統(tǒng)進(jìn)入蒸發(fā)器，受熱分解出SO2-4和其它溶出物。另外，由于樹(shù)脂的擾動(dòng)使比重大的陽(yáng)樹(shù)脂大部分在下面，比重小的陰樹(shù)脂大部分在上面，混床內(nèi)的樹(shù)脂層態(tài)分布發(fā)生了變化，導(dǎo)致由陽(yáng)樹(shù)脂溶出的SO等有害溶出物因得不到陰樹(shù)脂的交換去除，而直接進(jìn)入蒸發(fā)器。

根據(jù)以上分析認(rèn)為，A電廠前置陽(yáng)床加氫型混床投運(yùn)會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器液相中的SO濃度超標(biāo)。SO的來(lái)源應(yīng)為碎樹(shù)脂及樹(shù)脂溶出物。有資料介紹，1mL強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂加熱分解可釋放1.8mmolSO。對(duì)包括S核電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)混床使用的離子交換樹(shù)脂在內(nèi)的3個(gè)國(guó)外公司生產(chǎn)的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂和強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的溶出物進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明它們都有程度不同的溶出物溶出，強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂溶出的SO濃度分別為1582、2899和1335μg/L。

3? SO在蒸發(fā)器中的濃縮

據(jù)文獻(xiàn)介紹，在飽和蒸汽壓力為17MPa情況下，SiO2，NaCl，NaSO的分配系數(shù)分別為0.1，0.003，0.00001?？梢?jiàn)，微量的SO幾乎全部積聚在蒸發(fā)器液相中。

1臺(tái)1000MW核電廠蒸發(fā)器的水容積約為3×120m3，排污率為1%左右。凝結(jié)水混床處理水量最大為3635m3/h。如混床出水漏過(guò)SO2-4濃度為0.1μg/L，以3635m3/h計(jì)，則漏過(guò)SO為363500μg/h，每天漏過(guò)SO為8724000μg，則每天在鍋爐內(nèi)濃縮的SO濃度達(dá)24.2μg/L，比混床出水的SO濃度提高242倍。這樣，因每天由定期排污和連續(xù)排污排放的SO2-4有限，最終導(dǎo)致蒸發(fā)器中的SO濃度越來(lái)越高。A電廠的凝結(jié)水處理系統(tǒng)投運(yùn)處理水量為33%的情況下，蒸發(fā)器所含SO2-4明顯增高，最高達(dá)30μg/kg，與上述計(jì)算值相近。

4S核電廠凝結(jié)水處理系統(tǒng)改進(jìn)

（1）為混床設(shè)計(jì)了二次混脂功能，使兩種樹(shù)脂能充分混合。當(dāng)強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂釋放出硫酸根時(shí)，立即有強(qiáng)堿陰樹(shù)脂交換去除。

（2）混床再生裝置采用了分離效果好的高塔分離法，以減少樹(shù)脂的交叉污染，并可將碎樹(shù)脂盡可能地去除。

參考文獻(xiàn)：

[1]張強(qiáng).某核電站一期工程二回路凝結(jié)水精處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].電工技術(shù)，2018（20）：79-80+83.

（作者單位：福建福清核電有限公司）