凝結水精處理系統優化運行

孫立忠，劉建民

(1.江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042;2.遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

凝結水精處理系統優化運行

孫立忠1，劉建民2

(1.江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042;2.遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

介紹了田灣核電站一期機組凝結水精處理系統設備特點，對系統調試及初運行中出現的問題進行了具體分析，根據分析結果，在現場允許的條件下實施了增加廢水儲存中和排放系統、變更混床樹脂導出時的進水方式、確定凝結水部分旁路運行、增加系統在線電導表以及海水泄漏的連鎖保護等措施，優化凝結水系統，提高運行床的制水周期，為機組安全穩定運行奠定基礎，并取得了一定的經濟效益和環保效益。

凝結水精處理;陽床;混床;樹脂;氨化;旁路;優化

田灣核電站一期工程為俄羅斯圣彼得堡設計院設計、供貨的2臺NPP91/VVER-1000機組，總額定功率為2×1 060 MW，機組設計壽命40年，每臺機組有2組凝汽器，每組2臺串聯，每臺有2個獨立管束，換熱管為鈦合金管，每臺機組配置1套凝結水精處理系統。

凝結水精處理系統 (LD)采用低壓串聯運行，進入系統的凝結水設計壓力為1.6 MPa，系統設有2個有閥旁路，大旁路的管徑為DN800，小旁路的管徑為DN360，各設有一個電動截止閥。凝結水精處理系統采用的是前置陽床 (LDB)加混床(LDF)的模式，陽床和混床都是母管制。系統設計上滿足任何功率下的凝結水100%處理的運行方式，前置陽床和混床分別為5個，機組滿功率運行時4列運行1列備用，每列過濾器額定流量為250 kg/s，每套系統最大流量為3 600 m3/h，氨化運行，給水采用加氨和聯胺調節，水質PH控制在9.4～9.6，系統運行采用西門子的全數字化儀控。凝結水精處理系統的陽床和混床再生均采用體外再生的方式，每套凝結水精處理系統配置了一套再生系統 (LDP)和廢水收集、排放系統 (LDL)。

1 凝結水精處理系統概述

1.1 特點

凝結水精處理系統與主凝結水系統串聯在一級凝泵和二級凝泵之間，有閥門連大旁路，屬于低壓水處理系統;該系統由前置陽床加混床組成，混床后設有臥式樹脂捕捉器，系統采用母管制，體外再生;再生系統除專用的再生罐和樹脂分離罐以及廢水收集水箱外其它再生用設備均與化學除鹽水系統的再生設備公用，混床樹脂再生分離罐為中間抽脂式;壓空系統由全廠壓空系統集中供給;陽床和混床為直徑3.4 m的柱罐 (目前國內核電機組凝結水精處理系統中直徑最大的柱型罐)，陽床和混床脂層高均為1.6 m(14.5 m3)，混床內陰陽樹脂比例為2∶1;每臺陽床和混床凝結水管入口都有電動調節閥。

1.2 運行方式

機組正常工作時，系統設計上滿足任何功率下的凝結水100%處理的運行方式，陽床和混床運行方式為氨化運行，給水PH控制在9.4～9.6，機組滿功率運行時，陽床和混床均為4用1備，每個過濾器的最大流量900 m3/h，系統運行最大流量為3 600 m3/h，系統的入口工作壓力1.6 MPa，每臺陽床和混床投切以及運行過程中的進水量均衡由凝結水管入口的電動調節閥來調節，一級凝結水泵將凝汽器中的水送入陽床中，去除懸浮狀和溶解于水中的腐蝕產物和部分除鹽。經過除鐵和部分除鹽的凝結水被送到混床，進行深度除鹽。混床之后的樹脂捕捉器用來捕捉從混床漏出的碎樹脂。經過精處理系統凝結水指標為:電導率小于0.15 μs/cm，鈉離子含量小于1 μg/L，樹脂捕捉器的壓差是0.3 MPa。當陽床和混床的運行參數超過指標，或者陽床的壓差大于 0.28 MPa、混床的壓差大于 0.25 MPa時，過濾器內的樹脂將輸送到再生系統內進行再生［1］。

1.3 再生

陽床和混床樹脂的再生均是體外再生。陽床樹脂由專用的再生罐進行反洗、再生;混床樹脂由混脂分離兼陽樹脂再生罐 (LDP31AT001)將混床中的樹脂進行反洗、分層，然后進行中抽式分離，陰樹脂首先被抽送到陰樹脂再生罐 (LDP32AT001)進行再生、沖洗，直到電導率小于10 μs/cm，中間層樹脂抽送到中間層樹脂儲存罐(LDP34AT001)備用 (用于下一個混床樹脂分離)，剩下的陽樹脂在混分離兼陽樹脂再生罐內進行再生、沖洗，沖洗到電導率小于10 μs/cm，然后將陰樹脂轉入混脂分離兼陽樹脂再生罐進行充分混合后，繼續沖洗到電導率小于1 μs/cm，將混脂輸送回混床備用。

再生用的HCl、NaOH由除鹽制水系統樹脂再生子系統 (GCP)供給，再生廢堿液排入LDL30BB001，廢酸液排入 LDL40BB001，對排放水進行監控 (這個系統的設置是防止一回路向二回路泄漏時環境受凝結水精處理交換器的排放水帶來的放射性同位素的危害)，控制這些水是否可以可以進一步使用，并對不合格的水進行處理。如果不含有放射性則輸送到除鹽制水系統廢水中和排放子系統 (GCR)進行中和排放。

2 系統調試、運行初期存在的問題

2.1 混床樹脂分離度達不到設計要求

混床樹脂在混脂分離兼陽樹脂再生罐內是中抽式分離，混床樹脂分層后上層為陰樹脂 (層高1 800 mm)、下層為陽樹脂 (層高900 mm)、中間層為300 mm(陰陽樹脂層高各150 mm)，樹脂壓實后，導出陰樹脂至陰樹脂再生罐內，中間層樹脂至中間樹脂儲存罐內，陽樹脂則留在分離罐內。分離后分別對陽樹脂和陰樹脂進行取樣檢測，陰陽樹脂分離率達不到設計要求 (參見表1)。

表1 樹脂分離率［5］ %

2.2 系統轉入氨化運行時混床出口漏氯

1號機組凝結水精處理系統投入正常運行后轉入氨化運行，出現了蒸汽發生器排污水的氯離子含量從8～10 μg/L升到80～89 μg/L的情況。在發現蒸汽發生器排污水氯離子超標時，分別對混床出口水進行了氯離子含量的監測，發現運行的2臺混床 (LDF24AT001、LDF25AT001)出口水的氯離子含量已升高［4］，見表 2。

表2 混床出口水質

2.3 凝結水精處理系統取消氨化運行后，運行周期縮短

為了避免混床出口水的氯離子含量超標，凝結水精處理系統取消氨化運行后，運行周期縮短、再生頻繁，再生用酸堿及給水加氨量增大，除鹽自用水量增大，廢水排放量增大，中和廢水用的酸堿量增大，再生系統由凝結水精處理系統和除鹽制水系統公用，凝結水精處理系統的頻繁再生影響到除鹽制水系統再生，從而影響除鹽水供應。

3 原因分析

3.1 混床樹脂分離度達不到設計要求的原因分析

a. 混脂分離兼陽樹脂再生罐床體高度不夠，僅為6 685 mm，樹脂層的高度3 000 mm，沒有足夠的反洗空間，致使樹脂反洗分層效果不好。

b. 混脂分離兼陽樹脂再生罐布水裝置不合理:陰樹脂和中間層樹指導出時除了頂部進水外，同時在側面三個方向輔助進水，三個方向側面進水水平面略低于一個方向導出樹脂的水平面，如圖1所示，中間進水管在罐內沒有布水裝置，三方進水水流匯集在中間形成了渦流，中間的樹脂出現了亂層，在陰樹脂導出口的水平界面、中間層樹脂導出口的水平界面，樹脂導出過程中攪動情況嚴重，樹脂不是平穩地被導出，而是在罐內形成了紊流，致使分離陰樹脂時夾雜陽樹脂，分離中間層樹脂后，陽樹脂中殘留陰樹脂，導致分離后的陰、陽樹脂交叉污染率在5%左右，沒有達到設計的要求(0.1%)。陽樹脂中的陰樹脂含量超過設計值，則導致凝結水精處理系統運行過程中出現漏氯現象，使蒸發器排污水中的氯離子濃度超標，發生偏離;陰樹脂中的陽樹脂含量超過設計值，導致凝結水精處理系統運行過程中出現漏鈉現象［2］。

圖1 三側進水橫截面圖

c. 混脂分離兼陽樹脂再生罐中間層厚度較小，直徑 (內徑為2 600 mm)又很大，陰樹脂導出管和中間層樹脂導出管的高度差為300 mm，致使中間層厚與罐直徑相比，厚度偏小，1 cm厚的樹脂體積為 0.053 m3，占中間層樹脂體積的3.3%，占陽樹脂層體積的1.1%，而設計要求交叉污染小于0.1%，在樹脂實際導出中，1 cm的層高的平穩度和誤差都很難控制。考慮每次反洗時有不同量的樹脂損耗、反洗分層效果不好等因素，難以控制中間層陰陽樹脂比例為1∶1，致使后續的混床樹脂分層、分離效果受到一定的影響，中間層陰陽樹脂比例的精確性會影響所有混床的再生［3］。

d. 混床樹脂質量不好。俄供的精處理混床陰陽樹脂的密度差小，僅為0.15 g/mL，并且不是均粒樹脂，樹脂的粒徑范圍較寬 (0.3～1.2 mm)，這些因素影響樹脂的反洗分離的效果。

3.2 混床漏氯原因分析

依據設計文件，1號機組凝結水精處理系統陽床采用氨化運行方式，陽床氨飽和后混床入口pH值大于9，給水氨濃度大于700 μg/L，在此工況下繼續運行混床，氯型陰樹脂上的氯離子被洗脫下來，造成精處理混床出口漏氯。發現蒸汽發生器的排污水的氯離子明顯上升后，立刻停運氨化運行陽床，取消陽床的氨化運行方式之后混床出口的氯離子含量小于0.2 μg/L，蒸汽發生器的排污水的氯離子恢復正常。

混床氯離子的來源如下。

a. 1號機組運行初期發生多次凝汽器海水泄漏，含有一定量海水的凝結水經過了精處理系統，樹脂過度失效，再生不徹底 (再生劑用量沒變)。

b. 混床陰陽樹脂分離度達不到要求，交叉污染大于設計值 (0.1%)。

c. 樹脂導出時底部有存留，樹脂來回傳輸公用一根管路，管路沖洗存在死角，傳脂管道有樹脂存留，如圖2所示。

圖2 樹脂傳輸管線

3.3 凝結水精處理系統陽床運行周期縮短、再生頻繁分析

機組正常運行時，給水采用加聯氨—氨的全揮發堿性水化學工況，二回路水質要求pH值為9.4～9.6，則加氨濃度應保持為1 000 ～ 2 000 μg/L，凝結水100%通過精處理凈化系統，流量為3 600 t/h。經過凝結水精處理系統的凝結水指標為;陽電導率 ＜0.15 μs/cm，鈉離子含量 ＜1 μg/L，二氧化硅含量＜10 μg/L，取消凝結水精處理系統氨化運行后，陽床周期制水平均15～18萬t，而凝結水流量為3 600 t/h，在這種工況下，陽床在H型下的運行周期為6～7 d，平均不大于7 d。另外，由于再生廢水水箱容積設計太小，樹脂再生不能進行連續置換沖洗等諸多因素限制，每次再生一個陽床需要10 h以上。這樣一來，在機組正常運行時是4運1備的情況，幾乎每天都要有陽床再生，而除鹽水系統和凝結水精處理系統的床體再生都是公用的自用水水源、水泵和廢水排放系統，因此，凝結水精處理系統的頻繁再生會和除鹽水系統的正常運行經常發生沖突，沖突嚴重時會影響LD系統再生，不能確保凝結水精處理系統正常運行，將導致二回路水質發生偏離。

4 優化凝結水精處理系統運行方式

4.1 降低混床樹脂交叉污染率，提高樹脂分離度

進行了改變傳輸樹脂的水流流量以減少中間進水水流的擾動、改變大中間層樹脂厚度和改變傳輸樹脂的進水方向和流量等一系列試驗。由于設備改造受到現場空間條件制約，最終優化為取消中間進水，中間進水管線盲板封堵，增加底部進水管線(圖3)變更為頂部大流量底部注流量進水傳輸陰樹脂和中間層樹脂，調整底部進水流量以樹脂不被托起為標準，保證分離陰樹脂過程中導出樹脂管以下的樹脂層面穩定，不能在導脂層中心翻滾形成紊流現象，使樹脂層平穩下降。樹脂不出現向上浮和層面紊亂現象，降低混床樹脂交叉污染率，提高樹脂分離度［5］。

圖3 樹脂輸送進水管線技改

4.2 凝結水精處理系統取消陽床氨化加部分旁路運行

在不對混脂分離兼陽樹脂再生罐做變更的情況下，不能將陰、陽樹脂交叉污染率降到0.1%，為了滿足機組不同功率下給水和蒸發器水質的要求(見表3)，系統取消原設計的氨化運行。

表3 機組不同功率下對水質的要求

取消陽床氨化運行后凝結水精處理系統陽床運行周期縮短、再生頻繁，通過調整試驗確定調整凝結水精處理系統的運行方式由100%精處理改為部分旁路運行。根據每個精處理過濾器最低流量不小于500 m3/h的要求，并且為保證凝汽器有滲漏時能夠及時使凝結水100%精處理，旁路的流量確定在總流量的30%～40%。

4.3 床運行管線上增加電導表

陽床運行時在線檢測鈉的含量，在投運前的沖洗時檢測電導率，為了能夠對陽床漏氨進行及時檢測，將沖洗排放管線上的電導表移到了陽床出口管線上，當電導率達1 μs/cm時將陽床退出運行，進行再生。

4.4 增加連鎖保護

為了能夠在凝汽器傳熱管發生泄漏時，及時關閉精處理系統的旁路閥，使凝結水能夠100%精處理系統，將測量陽床前凝結水的3塊鈉表與精處理旁路閥進行連鎖保護，以三選二為原則，當有2塊鈉表的顯示數據上漲到2.0 μg/L時控制室的檢測畫面上有報警，當有2塊鈉表的顯示數據上漲到2.5 μg/L時，自動關閉精處理系統的旁路閥。

4.5 增加廢水中和排放系統

凝結水精處理系統陽床和混床樹脂再生用水原設計是按陽樹脂1∶3，陰樹脂1∶(2～4)，混合沖洗1∶(3～6)來計算的，致使堿性廢水水箱 (58 m3)、酸性廢水水箱 (126 m3)容積過小，因而對廢水回收系統進行技術改造，在常規島廠房外增加廢水中和排放系統 (LDL60，增加2個容積為630 m3的儲存排放罐)，變更樹脂再生程序，改為連續再生，和除鹽制水的中和排放系統徹底分開。

5 結論

通過對凝結水精處理系統進行改造，增加廢水中和排放系統 (LDL60)，徹底與除鹽水廢水中和排放系統分開，變更、完善樹脂分離時用的進水管線，取消中間進水，中間進水管線盲板封堵，增加底部進水管線，變更為頂部大流量底部小流量進水傳輸陰樹脂和中間層樹脂的分離樹脂方式，確定凝結水30%～40%的部分旁路運行參數，在凝結水精處理運行管線增加在線電導率監測，增加系統泄漏聯鎖保護等，降低了陽床的再生頻度，將陽床運行周期由6～7 d提高到12～13 d，減輕了運行人員的工作強度，也降低了系統的加氨量、耗酸堿量，減少了廢水排放，提高了系統運行床的制水周期，系統實現了安全、穩定、經濟運行，為機組安全穩定運行奠定了基礎，并取得了一定的經濟效益和環保效益。

［1］ Saint Petersburg Research and Design Institute.TIANWANNPP System Design File(SDF)Condensate purification system(LD)［S］，2003.

［2］ Mill.P.J.，崔懷明.美國壓水堆核電站二回路水化學優化 ［J］.國外核動力，1998，19(6):4-9.

［3］ 朱興寶，熊京川，梁橋洪.嶺澳核電站二期凝結水處理系統重大技術改進［J］.核動力工程，2009，30(62):1-5.

［4］ 甘建衡.蒸汽發生器的水化學管理［J］.核動力工程，1997，18(2):158-162.

［5］ 張澄信，陳志和.離子交換水處理試驗研究原理［M］.武漢:華中理工大學出版社，1995.

Improving Operation Cycle through Optimizing Operation Mode of Condensate Purification System

SUN Li-zhong1，LIU Jian-min2
(1.Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang，Jiangsu 222042，China;2.Electric Power Research Institute of Liaoning Electric Power Co.，Ltd，Shenyang，Liaoning 110006，China)

The characteristics of condensate purification system at Phase one of Tianwan Nuclear Power Station is introduced in this paper，and the problems occurred during system debugging and initial operation is also analyzed.According to the analysis results，the manner of water intake is implemented through adding waste water storage neutralization discharging system and modifying educing of resin from mixed resin filter on the conditions allowed by the site;condensate partial bypass operation is determined，and the measures such as system online conductance meters and seawater leakage interlock protection are taken，which optimized the operation manner of condensate system，improves the cycle of water preparation of the operation bed，lays a foundation for safe and stable operation of unit and achieves certain economic benefits and environmental protection benefits.

Condensate purification;Anode resin filter;Mixed resin filter;Resin;Amination;Bypass;Optimization

TK264.1;TM623

A

1004-7913(2013)03-0031-04

book=35,ebook=212

孫立忠 (1970—)，男，碩士，高級工程師，從事核電廠常規島化學專業方面的系統調試管理工作。

2012-11-24)