核电厂凝结水处理系统存在的问题及对策

严浩东

【摘  要】某核电厂凝结水处理系统投运后导致蒸汽发生器液相中SO浓度升高，为此，分析了凝结水处理系统存在的诸多问题，如树脂混合、树脂分离及树脂扰动等。通过在混床内增加二次混合设备，采用先进的高塔分离法，设计均匀的布水装置，选用优质的离子交换树脂等措施，将使问题得到解决。

【关键词】核电厂;凝结水处理;离子交换树脂;混床;蒸汽发生器

1  某核电厂凝结水处理系统设备与水质指标

某核电厂（下文称A电厂）凝结水处理系统由并列的3台前置氢型阳床（RH）和并列的3台氢型混床（RH-RH/ROH）串联组成，为中压系统。氢型阳床（DN3800mm）和氢型混床（DN3800mm）的配水管由1根母管及4根支管组成，出口加有挡水板。

再生采用锥体分离法，锥体设备上部DN2000mm，下部DN2600mm，高5450mm。

2  A电厂凝结水处理系统存在的问题

2.1蒸发器液相所含SO明显增高

A电厂1997年7月至9月将凝结水处理系统并入二回路主系统试运行，处理水量为33%。运行期间发现，蒸发器液相所含SO浓度明显增高，最高达30μg/kg，一般为4～6μg/kg，而当凝结水处理系统退出后，SO浓度则随之逐步下降，最低为1μg/kg。2006年将阳阴树脂分别更换为美国Rohmandhaas公司生产的强酸阳树脂Amberjet1600H和强碱阴树脂Amberjet9000OH（全部为新树脂）后，6月27日至7月4日将该处理系统并入二回路主系统运行时，也出现了同样的现象。

A电厂蒸汽发生器排污系统水汽质量为：氢电导率小于0.5μS/cm，[Na]<3us/Kg，[CL]<2ug/Kg，[SiO]<40ug/kg。可见，该凝结水处理系统投运与否，会使蒸发器液相中的SO浓度最大相差近30倍，一般情况下为4～6倍。可以推测，当该凝结水处理系统处理水量为100%时，蒸发器液相中的SO浓度将更高。

2.2氢型混床存在问题

2.2.1树脂混合

由于强碱阴树脂的湿真密度比强酸阳树脂的湿真密度小，因此其在混床内混合后上部主要是ROH型强碱阴树脂，底部主要是RH型强酸阳树脂，中间则是这些型号树脂的混合物。

2.2.2树脂分离

研究表明，树脂的粒径、湿真密度决定树脂沉降速度，树脂的粒径、湿真密度愈大则其沉降速度也愈大。

凝结水混床树脂失效后，一般利用强碱阴树脂与强酸阳树脂的湿真密度差和粒径差对阴阳树脂进行反洗分离，然后分别进行再生。然而，强碱阴树脂与强酸阳树脂的湿真密度差很小，例如RHSO4（R2SO4）为1.12g/mL，RH为1.19g/mL，仅相差0.07g/mL，尤其是树脂污染后，湿真密度相差就更小。另外，部分强碱阴树脂与强酸阳树脂的粒径接近，特别当树脂破碎后，两种树脂粒径更接近，部分强碱阴树脂与强酸阳树脂的沉降速度几乎相同，所以两种树脂分离后仍有一定的混杂。例如，某热电厂凝结水混床在分离后的强酸阳树脂中混有6.11%的强碱阴树脂，强碱阴树脂中混有4.46%的强酸阳树脂，再生时凝结水混床中湿真密度大的强酸阳树脂多在床层的底部（表2）。这种情况下，强酸阳树脂会有SO和其它溶出物溶出，通过给水进入到蒸发器，并在其中浓缩。SO在蒸汽中的携带系数很小，多数存留在蒸发器液相内，从而导致蒸发器液相中的SO浓度逐步增加。

此外，强碱阴树脂会转为RCl型，混入强碱阴树脂的强酸阳树脂会转为RNa型，这不仅降低了树脂的再生度，而且会导致混床树脂保护层由于可能存在RCl和RNa型树脂，破坏了保护层的保护作用

A电厂凝结水处理系统氢型混床（RH-RH/ROH）树脂的分离，采用的是锥体分离法。由于锥形分离装置（兼阴树脂再生装置）直径较大（高度直径比小）、反洗流速低和树脂膨胀率低，使得阴、阳树脂相互夹杂而无法彻底分离，因此存在交叉污染。锥形分离装置的理論保证值是阳树脂中混杂的阴树脂的体积量不超过0.4%，阴树脂中混杂的阳树脂的体积量不超过0.1%。另外，该分离装置配置的树脂界面检测仪容易损坏或精度下降，也会导致分离装置分离效果下降。还有，该分离装置无法排除破碎树脂，导致与锥体连结的排水装置容易堵塞和损坏。

2.2.3树脂扰动

A电厂凝结水处理系统混床扰动主要由混床的布水装置等自身结构缺陷导致。布水装置为4个向下的且下部装有挡板的大喷头，当流速高达110～115m/h的4股水流自上而下冲击下部树脂层时，树脂会发生扰动，严重影响树脂的离子交换效果。对于混床来说，本来已混合好的树脂，由于发生扰动而使树脂重新分层，使比重大的阳树脂向下部移动，而比重小的阴树脂向上部移动。A电厂凝结水处理系统氢型混床（RH-RH/ROH）采用的是最大直径的离子交换器，直径达3800mm。由于树脂层高为1000～1200mm，与直径相比，树脂层相对较薄，在高速水流的冲击下，使树脂更容易被搅动起来。据观察，树脂扰动严重时可使交换器内树脂层高相差300～400mm，会造成偏流或短路，影响混床的出水水质和运行周期。同时，扰动还会将碎树脂扰动到混床的底部，碎树脂从水帽和树脂捕捉器漏入给水系统进入蒸发器，受热分解出SO2-4和其它溶出物。另外，由于树脂的扰动使比重大的阳树脂大部分在下面，比重小的阴树脂大部分在上面，混床内的树脂层态分布发生了变化，导致由阳树脂溶出的SO等有害溶出物因得不到阴树脂的交换去除，而直接进入蒸发器。

根据以上分析认为，A电厂前置阳床加氢型混床投运会导致蒸发器液相中的SO浓度超标。SO的来源应为碎树脂及树脂溶出物。有资料介绍，1mL强酸阳树脂加热分解可释放1.8mmolSO。对包括S核电厂凝结水处理系统混床使用的离子交换树脂在内的3个国外公司生产的强酸阳树脂和强碱阴树脂的溶出物进行测试，结果表明它们都有程度不同的溶出物溶出，强酸阳树脂溶出的SO浓度分别为1582、2899和1335μg/L。

3  SO在蒸发器中的浓缩

据文献介绍，在饱和蒸汽压力为17MPa情况下，SiO2，NaCl，NaSO的分配系数分别为0.1，0.003，0.00001。可見，微量的SO几乎全部积聚在蒸发器液相中。

1台1000MW核电厂蒸发器的水容积约为3×120m3，排污率为1%左右。凝结水混床处理水量最大为3635m3/h。如混床出水漏过SO2-4浓度为0.1μg/L，以3635m3/h计，则漏过SO为363500μg/h，每天漏过SO为8724000μg，则每天在锅炉内浓缩的SO浓度达24.2μg/L，比混床出水的SO浓度提高242倍。这样，因每天由定期排污和连续排污排放的SO2-4有限，最终导致蒸发器中的SO浓度越来越高。A电厂的凝结水处理系统投运处理水量为33%的情况下，蒸发器所含SO2-4明显增高，最高达30μg/kg，与上述计算值相近。

4S核电厂凝结水处理系统改进

（1）为混床设计了二次混脂功能，使两种树脂能充分混合。当强酸阳树脂释放出硫酸根时，立即有强碱阴树脂交换去除。

（2）混床再生装置采用了分离效果好的高塔分离法，以减少树脂的交叉污染，并可将碎树脂尽可能地去除。

参考文献：

[1]张强.某核电站一期工程二回路凝结水精处理系统简介[J].电工技术，2018（20）：79-80+83.

（作者单位：福建福清核电有限公司）