锂离子除盐器树脂泄漏分析及处理

□陈文东 谢月丰 莫俊冰

一、除盐器树脂泄漏

(一)除盐器结构。某核电厂使用的锂离子除盐器(设备位号为2RCV003DE)是国营523厂(大连宝源)生产的阳床除盐器，其设计压力为1.38MPa，设计流量为13.6t/h，内部装有约0.46m3树脂，其设计功能是用于过滤一回路介质中的锂离子。

除盐器内部结构包括2个进料滤头，4个出料滤头，每个滤头由41个滤片组成,滤片通过中间一个螺柱以及侧边均布三根螺柱固定，每个滤片正面有四个0.25mm高度的凸台，故安装后的滤片两两间的理论间隙值是0.25mm。而内部装有的树脂颗粒度在0.29mm以上，无法通过滤片间隙进入一回路系统中。在正常运行期间，一回路介质通过进料滤头的滤片间隙进入，在RCV003DE内通过树脂过滤介质中的锂离子，过滤后的介质通过出料滤头的滤片间隙流出，从而实现一回路介质除锂功能。

(二)树脂泄漏。在某次更换树脂进行除锂时，发现2RCV003DE下游过滤器2RCV002FI压差升高至报警值，对过滤器更换滤芯时，发现滤芯表面存在较多树脂。通过流程图分析，该树脂来源只能是从2RCV003DE出料滤头。后续使用SED对2RCV003DE至2RCV002FI之间管道的树脂进行冲洗，直至2RCV631VP的出口接近无树脂状态。重新投运除锂，2RCV002FI压差很快上升至报警值，且滤芯表面依旧有较多树脂，因此排除了管道中碎树脂的可能性。2RCV003DE不可用，影响一回路介质锂离子浓度控制。同时，为控制一回路介质锂离子浓度，运行人员使用手动/自动补给方法，对一回路介质进行换水操作，但会产生大约30吨/周的放射性废水，同时增加操作员负担。

二、原因分析

树脂由2RCV003DE通过出料滤头泄漏至下游管道直至2RCV002FI处，原因可能一是树脂颗粒度比设计值小，没有满足0.29mm以上；二是出料滤头存在缺陷，导致树脂通过缺陷部位进入下游管道。故树脂泄漏原因可从树脂和出料滤头两面进行分析。

(一)树脂检查。核实此次更换的树脂物资编码是之前有过多次领用记录，且该领用批次已在其他除盐床上进行使用，其他除盐床使用未发现异常。查阅此次更换树脂的出厂资料，显示其颗粒度及其他各方面参数满足采购技术规格书要求，无异常。使用0.3mm的滤网对树脂进行筛选，树脂基本上都无法通过滤网，说明树脂的颗粒度无问题，排除了树脂尺寸偏差的可能性。

(二)出料滤头检查。由于出料滤头安装在除盐器内部，且除盐器内径较小，人员无法进入，故需将除盐器整体吊出，将除盐器封头打开后，才可对出料滤头进行检查，详细如下。

拆除除盐器所在房间的上部盖板，在除盐器2个吊耳上安装吊带、卸扣，通过行车缓缓升起吊钩带动除盐器，移至脚手架存放平台上方，在罐体合适位置设置牵引绳，缓慢下降，确认罐体安放稳定安全，拆除吊索具。因除盐器表面可能存在沾污情况，由辐射防护人员测量除盐器剂量，在表面活度高于100Bq/cm2的情况下，由核清洁对除盐器进行去污。

使用磨光机按对封头焊缝进行切割，将切割下的封头连带除盐器出料滤头放置在检修专用存放架上。检查并记录除盐器出料滤头焊缝，使用塞尺逐个测量并记录出料滤头的每个滤片间的间隙，共测量4个滤头160个间隙，最终发现6个位置间隙值大于0.3mm，最大间隙为0.33mm，最终确认树脂泄漏的直接原因是滤片间的间隙偏大，导致树脂从出料泄漏处泄漏。

(三)滤片间隙变大的原因。为确认滤片变大的原因，需拆除除盐器出料滤头的螺栓，取出滤片进行检查。在检查过程中发现以下两点异常情况：一是滤片的固定螺栓存在松弛现象，即滤头的滤片原本应该是靠四个螺栓固定的，不能移动的，而此时滤片存在一定的活动量；二是发现部分滤片背部原本应该是平面的，存在0.05mm左右的变形量；而原本0.25mm高度的台阶部分也存在0.04mm左右的偏差。

故分析原因是滤片的长期受力导致凸台和背面接触位置存在一定的塑性变形，而原本固定的螺栓又存在力矩松弛现象，滤片与滤片之间的位置发生轴向或圆周方向的相对运动后，导致滤片的四周间隙不均匀，部分间隙大于标准值0.25mm，最大可达0.33mm，致使颗粒度小于0.33mm的树脂从滤片的间隙中泄漏进入系统。

三、处理措施

通过上述分析，确认树脂泄漏的原因是由于滤片背部平面变形以及凸台高度的变形，造成滤片间的间隙偏大，超过树脂颗粒度造成的。

(一)滤片修复。将滤片放在研磨平板上，使用塞尺测量滤片背部变形量，对于变形超过0.02mm的滤片进行研磨修复。又有滤片只有0.7mm厚度较薄，且是不锈钢无法固定，为实现滤片背部研磨设计并制作滤片专用夹具，夹具外径略大于滤片的外径，夹具深度小于滤片厚度约1mm，在侧面开四个M5的螺栓孔，使用螺栓将滤片固定在夹具上。使用研磨机整板对滤片背部进行研磨加工，研磨后重新在研磨平板上测量确认滤片背部变形量不超过0.02mm。利用外径千分尺，配合深度尺对台阶高度进行测量，对于台阶高度低于0.23mm的滤片进行修复处理。设计并制作滤片的专用夹具，底部一底盘，滤片上部设计已横杆，横杆通过螺栓固定至底盘上，从而固定滤片，利用钳工技能修复两台阶之间的凹面，以确保台阶高度在要求范围内。

(二)滤片组装调整。将修复后的滤片进行组装，尽量保证滤片的台阶在一条直线上，对称均匀紧固滤片固定螺栓至力矩值，测量各滤片间的间隙值，因紧固后滤片存在间隙超过0.27mm的位置，对上部的所有滤片位置进行错位调整，通过底部台阶压紧，以调整间隙值，确保所有的间隙值不超过0.27mm。在复核确认所有滤片的间隙满足要求之后，对滤片的紧固螺栓增加点焊固定，以防由于运行期间系统温度、介质流动影响，造成螺栓紧固力矩松弛，进而造成滤片间隙变化。

(三)除盐器试验。完成所有滤头的滤片间隙调整后，将除盐器封头整体焊接至除盐器本体。将提前加工好的打压工装焊接在除盐器进水口、反冲洗出水口管道上。打开临时工装的排气阀门、进水阀门、对罐体进行充水，待排气阀门有水流出后关闭排气阀门。充水完成后，关闭进水阀，打开打压泵进口控制阀门，对罐体进行打压。控制水压试验泵进行升压(升压速率不超过0.2MPa/min)，缓慢连续加压至接近设计压力(1.38MPa)时，放慢加压速率继续升压至设计压力，关闭控制阀，停止升压。全面检查容器本体焊缝、密封部位及试验管路无泄漏等异常现象。确认无异常后，打开控制阀，继续控制水压试验泵连续缓慢升压(升压速率小于0.2MPa/min)，至接近试验压力(2.07MPa)时，放慢加压速率继续升压至试验压力,关闭控制阀。全面检查容器本体焊缝、密封部位及试验管路无泄漏等异常现象。检查确认无异常后，控制排气阀卸压(卸压速率小于0.2MPa/min)，缓慢卸压至大气压力后，关闭阀门，检查所有参加水压试验的承压部件无残余变形。水压试验结束后加入少量新树脂，将其升压至系统运行的压力约8bar，检查滤头出口无树脂泄漏情况，验证修复后的效果。

(四)除盐器投运检查。在除盐器2个吊耳上安装吊带、卸扣，通过行车缓缓升起吊钩带动除盐器，行吊移至地坑上方并缓慢下降。将除盐器平稳放置在支架上，并轻微紧固支架固定螺栓。调整除盐器及相关管道，使用容器无可视倾斜且能完全固定在支架上，对支架螺栓进行紧固，对除盐器与管道焊缝进行点焊固定。运行解除隔离，除盐器重新投运后进行除锂操作时，检查除盐器下游过滤器的进出口压差处于正常范围内，表明除盐器除锂功能正常，顺利解决了2RCV003DE树脂泄漏的问题。

四、结语

2RCV003DE是国营523厂(大连宝源)生产的阳床除盐器。该核电厂使用的类似结构除盐器总共包括1/2RCV001/002/003DE;1/2PTR001DE;1/2APG001/002/003/004DE;9TEU001/002DE;9TEP001/002/003/004/005/006/007DE等几十台。而十几年前的结构设计在长期运行后存在力矩松弛以及滤片塑性变形的问题，就可能造成树脂泄漏的情况，从而造成除盐器不可用。此次2RCV003DE树脂泄漏的成功处理，不仅确保了2RCV003DE的正常安全使用，对于类似结构的检修也提供了很多经验和帮助。