凝結(jié)水精處理系統(tǒng)問(wèn)題改進(jìn)

任軍兵+白春淼+宋煒

【摘 要】為保證核電機(jī)組二回路給水水質(zhì)，行業(yè)內(nèi)目前普遍采用凝結(jié)水精處理系統(tǒng)對(duì)二回路凝結(jié)水進(jìn)行處理，以期達(dá)到水質(zhì)指標(biāo)要求。本文通過(guò)對(duì)參考電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行原因分析，對(duì)福清1、2號(hào)機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到有效解決問(wèn)題的目的，為后續(xù)項(xiàng)目提供參考。

【關(guān)鍵詞】核電；凝結(jié)水精處理；改進(jìn)

0 前言

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)ATE）是百萬(wàn)壓水堆核電站二回路重要的系統(tǒng)之一。其位于凝結(jié)水泵與低壓加熱器之間，對(duì)二回路水中雜質(zhì)離子進(jìn)行樹(shù)脂交換處理，保證蒸汽發(fā)生器供水水質(zhì)。主要功能是：

（1）連續(xù)去除熱力系統(tǒng)在機(jī)組正常運(yùn)行或機(jī)組啟停期間形成的腐蝕產(chǎn)物和離子雜質(zhì)，為蒸汽發(fā)生器提供懸浮物質(zhì)含量極低的給水；

（2）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)可以大大減少系統(tǒng)沖洗時(shí)間，使機(jī)組盡快投入運(yùn)行并節(jié)約除鹽水用量；

（3）當(dāng)凝汽器發(fā)生輕微泄露時(shí)，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運(yùn)行可除去漏入的微量溶解性礦物質(zhì)，阻止冷卻水中的雜質(zhì)進(jìn)入常規(guī)島熱力系統(tǒng)；當(dāng)凝汽器發(fā)生較大泄露且必須停機(jī)時(shí)，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運(yùn)行又可為機(jī)組的停運(yùn)提供一定的準(zhǔn)備時(shí)間。

該系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)保證核電機(jī)組二回路高質(zhì)量的水質(zhì)、確保核電設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹

福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE采用全流量旁路式“前置陽(yáng)床+混床+高塔分離法”的系統(tǒng)配置方案，5臺(tái)25%流量前置陽(yáng)床（4用1備），5臺(tái)25%流量混床（4用1備），每臺(tái)前置陽(yáng)床、混床后置1臺(tái)樹(shù)脂捕捉器，2臺(tái)前置陽(yáng)床再生塔，采用高塔法對(duì)混床失效樹(shù)脂進(jìn)行分離再生，包括1臺(tái)混床樹(shù)脂分離塔、1臺(tái)混床陽(yáng)樹(shù)脂再生塔、1臺(tái)混床陰樹(shù)脂再生塔、1臺(tái)混床樹(shù)脂混合貯存塔，外加配套的管道、閥門(mén)、羅茨風(fēng)機(jī)、水泵等。

相比參考電站，福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE前置陽(yáng)床、混床單臺(tái)設(shè)備處理量降低，處理設(shè)備與再生設(shè)備的冗余的設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)的無(wú)間斷運(yùn)行。

2 參考電站ATE投運(yùn)后問(wèn)題描述及原因分析

參考電站ATE系統(tǒng)投入運(yùn)行后，在運(yùn)行期發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）前置陽(yáng)床和混床樹(shù)脂在水流作用下被攪動(dòng)起來(lái)，混床樹(shù)脂擾動(dòng)嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)樹(shù)脂破碎現(xiàn)象；

（2）蒸汽發(fā)生器中SO42-超標(biāo)；

（3）混床樹(shù)脂分離效果下降，破碎樹(shù)脂無(wú)法排出，其錐體粘結(jié)的排水裝置結(jié)構(gòu)容易堵塞和損壞；

（4）混床樹(shù)脂從貯存罐進(jìn)入混床時(shí)出現(xiàn)分層，導(dǎo)致樹(shù)脂混合不均勻，出水水質(zhì)得不到保證。

經(jīng)過(guò)查找、分析，其產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）造成前置陽(yáng)床和混床樹(shù)脂擾動(dòng)、破碎主要原因是布水裝置設(shè)計(jì)不合理，布水裝置為水平擋板并在下方設(shè)置4個(gè)出水大噴頭，導(dǎo)致樹(shù)脂在大水流、較高流速下受到?jīng)_擊而出現(xiàn)擾動(dòng)、破碎；

（2）由于強(qiáng)酸型陽(yáng)樹(shù)脂能溶解出硫酸根，破碎樹(shù)脂漏入熱力系統(tǒng)也能溶解硫酸根，ATE的投運(yùn)導(dǎo)致SG中硫酸根超標(biāo)；

（3）混床樹(shù)脂分離使用錐斗法，由于自身的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，混床樹(shù)脂分離效果不佳，樹(shù)脂交叉感染，使得破碎樹(shù)脂無(wú)法排出；

（4）陰陽(yáng)樹(shù)脂混合后在輸送至混床過(guò)程中由于密度差，導(dǎo)致分層。

3 福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE改進(jìn)

鑒于參考電站出現(xiàn)的問(wèn)題，福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE從系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝有針對(duì)性進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)：

（1）合理選擇樹(shù)脂、設(shè)計(jì)離子交換器，并從理論上進(jìn)行分析，避免樹(shù)脂擾動(dòng)、破碎；

（2）從工藝上保證混床樹(shù)脂分離的效果、樹(shù)脂輸送時(shí)樹(shù)脂分層問(wèn)題以及樹(shù)脂交叉感染的問(wèn)題；

（3）在前置陽(yáng)床、混床設(shè)置樹(shù)脂捕捉器，并分析在少量樹(shù)脂破碎后，樹(shù)脂捕捉器是否能夠有效收集破碎樹(shù)脂，避免樹(shù)脂進(jìn)入熱力系統(tǒng)，造成硫酸根超標(biāo)；

（4）設(shè)置二次混脂功能，一旦陽(yáng)、陰樹(shù)脂在混床內(nèi)分層后，通過(guò)二次混脂使得樹(shù)脂均勻分布。

針對(duì)以上所述改進(jìn)項(xiàng)從多個(gè)角度分析，以論證其設(shè)計(jì)改進(jìn)的可行性、有效性。

3.1 樹(shù)脂擾動(dòng)、破碎問(wèn)題

為避免樹(shù)脂擾動(dòng)、破碎，技術(shù)上采取的措施為：

（1）樹(shù)脂應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)，并具有更好的均一性和強(qiáng)度，均一性可以保證樹(shù)脂的交換效果和均勻分布，樹(shù)脂強(qiáng)度保證樹(shù)脂不易破碎；

（2）布水裝置的改進(jìn)，使得水流的沖擊力大大減小；

（3）前置陽(yáng)床、混床內(nèi)部配水均勻，避免壓力分布不均。

3.1.1 樹(shù)脂選型

福清核電1、2號(hào)機(jī)組樹(shù)脂檢測(cè)指標(biāo)均高于技術(shù)規(guī)格書(shū)要求，樹(shù)脂整體的顆粒均一系數(shù)、抗壓強(qiáng)度和顆粒完整率等大部分指標(biāo)優(yōu)于參考電站所用樹(shù)脂，尤其是樹(shù)脂抗壓強(qiáng)度100%合格，陰樹(shù)脂的強(qiáng)度大大提高，在水流沖擊下不容易破碎，有利于樹(shù)脂均勻分布，且具有良好的水力特性，在混床樹(shù)脂分離塔中，易于分離。

樹(shù)脂的選擇適合ATE系統(tǒng)的技術(shù)要求，離子交換律高、不易破碎、易于分離。

3.1.2 布水裝置改進(jìn)及沖擊力

福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE前置陽(yáng)床、混床改進(jìn)設(shè)計(jì)后，三級(jí)布水裝置有利于布水均勻，水流流經(jīng)更長(zhǎng)距離，通過(guò)多次能量轉(zhuǎn)化，水流速度和沖擊力度得以減小，最后通過(guò)水帽均勻細(xì)化減小了對(duì)樹(shù)脂的沖擊，使得樹(shù)脂不會(huì)因?yàn)榇笏鞯臎_擊導(dǎo)致擾動(dòng)、破碎。

3.1.3 壓力平衡

為避免前置陽(yáng)床平衡管遭到酸性腐蝕，其平衡管設(shè)置于罐體外部，混床平衡管設(shè)置于樹(shù)脂內(nèi)部。

平衡管的設(shè)置對(duì)壓力容器整體的布水裝置起輔助作用，使得前置陽(yáng)床、混床內(nèi)壓力分布更均勻。

3.2 樹(shù)脂分離再生

目前國(guó)內(nèi)主要有兩種混床樹(shù)脂分離再生方法，分別是錐斗法和高塔法，參考電站采用的錐斗法，福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE使用高塔法。相比參考電站使用的錐斗法，高塔法混床樹(shù)脂分離過(guò)程更加合理。每臺(tái)設(shè)備所承擔(dān)的功能更加單一、明確，陽(yáng)陰樹(shù)脂分離后，最大限度的避免了樹(shù)脂的交叉感染。而參考電站使用的錐斗法，每臺(tái)設(shè)備承擔(dān)功能更為復(fù)雜，在分離再生過(guò)程中，更容易出現(xiàn)樹(shù)脂的交叉感染問(wèn)題。如混床樹(shù)脂分離罐既承擔(dān)陽(yáng)、陰樹(shù)脂分離的功能，同時(shí)要承擔(dān)陰樹(shù)脂再生的功能，陽(yáng)樹(shù)脂再生塔既承擔(dān)陽(yáng)樹(shù)脂再生功能，又要承擔(dān)再生后陽(yáng)、陰樹(shù)脂混合貯存的功能，在這些過(guò)程中，難免出現(xiàn)陽(yáng)、陰樹(shù)脂的交叉感染，影響ATE的出水水質(zhì)。

3.3 破碎樹(shù)脂收集分析

系統(tǒng)在前置陽(yáng)床、混床出水口設(shè)置樹(shù)脂捕捉器，以收集破碎樹(shù)脂，以免其漏入熱力系統(tǒng)造成硫酸根超標(biāo)，影響水質(zhì)。福清核電1、2號(hào)機(jī)組采用臥式樹(shù)脂捕捉器，樹(shù)脂捕捉器的設(shè)置完全可以有效的阻止破碎樹(shù)脂漏入熱力系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)硫酸根超標(biāo)。但是為了機(jī)組大修時(shí)方便考慮，后續(xù)技術(shù)改造可以更換為立式樹(shù)脂捕捉器。

4 分析與結(jié)果對(duì)比

通過(guò)上述對(duì)比分析福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE相比參考電站ATE在以下方面得到了改進(jìn)或優(yōu)化，參考電站出現(xiàn)的問(wèn)題，在福清核電1、2號(hào)機(jī)組得到解決：

（1）前置陽(yáng)床、混床的樹(shù)脂選型優(yōu)于參考電站樹(shù)脂，完全滿(mǎn)足機(jī)組的技術(shù)要求，布水裝置更加合理，而且設(shè)計(jì)了平衡管，能夠有效避免樹(shù)脂層的擾動(dòng)，大大降低水流沖擊下樹(shù)脂破碎概率。

（2）采用高塔法、樹(shù)脂輸送雙管道布置，混床樹(shù)脂分離再生過(guò)程簡(jiǎn)化，最大限度避免陰、陽(yáng)樹(shù)脂交叉感染的概率，能夠?qū)崿F(xiàn)樹(shù)脂的徹底分離；增加了二次分離、二次混脂功能，保證混床樹(shù)脂分離更徹底，再生后均勻混合。

（3）樹(shù)脂捕捉器的設(shè)計(jì)，能在少量樹(shù)脂破損時(shí)有效收集破碎樹(shù)脂，以免漏入熱力系統(tǒng)，造成水質(zhì)污染，硫酸根超標(biāo)。

5 結(jié)論

福清核電1、2號(hào)機(jī)組ATE，充分考慮了參考電站ATE問(wèn)題，通過(guò)合理的改進(jìn)措施，有效避免參考電站出現(xiàn)的樹(shù)脂擾動(dòng)、破碎及硫酸根超標(biāo)等同類(lèi)問(wèn)題，確保二回路水質(zhì)達(dá)到技術(shù)要求，其改進(jìn)是合理的，可為同類(lèi)核電ATE設(shè)計(jì)提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱興寶.嶺澳核電站二期凝結(jié)水處理系統(tǒng)重大技術(shù)改進(jìn)[J].核動(dòng)力工程，2009，30（6）：1-5.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]