凝結水精處理系統問題改進

任軍兵+白春淼+宋煒

【摘 要】為保證核電機組二回路給水水質，行業內目前普遍采用凝結水精處理系統對二回路凝結水進行處理，以期達到水質指標要求。本文通過對參考電站凝結水精處理系統出現的問題進行原因分析，對福清1、2號機組凝結水精處理系統針對問題進行改進，從而達到有效解決問題的目的，為后續項目提供參考。

【關鍵詞】核電；凝結水精處理；改進

0 前言

凝結水精處理系統（以下簡稱ATE）是百萬壓水堆核電站二回路重要的系統之一。其位于凝結水泵與低壓加熱器之間，對二回路水中雜質離子進行樹脂交換處理，保證蒸汽發生器供水水質。主要功能是：

（1）連續去除熱力系統在機組正常運行或機組啟停期間形成的腐蝕產物和離子雜質，為蒸汽發生器提供懸浮物質含量極低的給水；

（2）機組啟動時可以大大減少系統沖洗時間，使機組盡快投入運行并節約除鹽水用量；

（3）當凝汽器發生輕微泄露時，凝結水精處理系統的運行可除去漏入的微量溶解性礦物質，阻止冷卻水中的雜質進入常規島熱力系統；當凝汽器發生較大泄露且必須停機時，凝結水精處理系統的運行又可為機組的停運提供一定的準備時間。

該系統的設置對保證核電機組二回路高質量的水質、確保核電設備安全經濟運行具有重要意義。

1 系統簡要介紹

福清核電1、2號機組ATE采用全流量旁路式“前置陽床+混床+高塔分離法”的系統配置方案，5臺25%流量前置陽床（4用1備），5臺25%流量混床（4用1備），每臺前置陽床、混床后置1臺樹脂捕捉器，2臺前置陽床再生塔，采用高塔法對混床失效樹脂進行分離再生，包括1臺混床樹脂分離塔、1臺混床陽樹脂再生塔、1臺混床陰樹脂再生塔、1臺混床樹脂混合貯存塔，外加配套的管道、閥門、羅茨風機、水泵等。

相比參考電站，福清核電1、2號機組ATE前置陽床、混床單臺設備處理量降低，處理設備與再生設備的冗余的設計保證系統的無間斷運行。

2 參考電站ATE投運后問題描述及原因分析

參考電站ATE系統投入運行后，在運行期發現以下問題：

（1）前置陽床和混床樹脂在水流作用下被攪動起來，混床樹脂擾動嚴重時出現樹脂破碎現象；

（2）蒸汽發生器中SO42-超標；

（3）混床樹脂分離效果下降，破碎樹脂無法排出，其錐體粘結的排水裝置結構容易堵塞和損壞；

（4）混床樹脂從貯存罐進入混床時出現分層，導致樹脂混合不均勻，出水水質得不到保證。

經過查找、分析，其產生問題的主要原因為：

（1）造成前置陽床和混床樹脂擾動、破碎主要原因是布水裝置設計不合理，布水裝置為水平擋板并在下方設置4個出水大噴頭，導致樹脂在大水流、較高流速下受到沖擊而出現擾動、破碎；

（2）由于強酸型陽樹脂能溶解出硫酸根，破碎樹脂漏入熱力系統也能溶解硫酸根，ATE的投運導致SG中硫酸根超標；

（3）混床樹脂分離使用錐斗法，由于自身的結構問題，混床樹脂分離效果不佳，樹脂交叉感染，使得破碎樹脂無法排出；

（4）陰陽樹脂混合后在輸送至混床過程中由于密度差，導致分層。

3 福清核電1、2號機組ATE改進

鑒于參考電站出現的問題，福清核電1、2號機組ATE從系統設計工藝有針對性進行了設計改進：

（1）合理選擇樹脂、設計離子交換器，并從理論上進行分析，避免樹脂擾動、破碎；

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

（3）在前置陽床、混床設置樹脂捕捉器，并分析在少量樹脂破碎后，樹脂捕捉器是否能夠有效收集破碎樹脂，避免樹脂進入熱力系統，造成硫酸根超標；

（4）設置二次混脂功能，一旦陽、陰樹脂在混床內分層后，通過二次混脂使得樹脂均勻分布。

針對以上所述改進項從多個角度分析，以論證其設計改進的可行性、有效性。

3.1 樹脂擾動、破碎問題

為避免樹脂擾動、破碎，技術上采取的措施為：

（1）樹脂應當滿足技術指標，并具有更好的均一性和強度，均一性可以保證樹脂的交換效果和均勻分布，樹脂強度保證樹脂不易破碎；

（2）布水裝置的改進，使得水流的沖擊力大大減小；

（3）前置陽床、混床內部配水均勻，避免壓力分布不均。

3.1.1 樹脂選型

福清核電1、2號機組樹脂檢測指標均高于技術規格書要求，樹脂整體的顆粒均一系數、抗壓強度和顆粒完整率等大部分指標優于參考電站所用樹脂，尤其是樹脂抗壓強度100%合格，陰樹脂的強度大大提高，在水流沖擊下不容易破碎，有利于樹脂均勻分布，且具有良好的水力特性，在混床樹脂分離塔中，易于分離。

樹脂的選擇適合ATE系統的技術要求，離子交換律高、不易破碎、易于分離。

3.1.2 布水裝置改進及沖擊力

福清核電1、2號機組ATE前置陽床、混床改進設計后，三級布水裝置有利于布水均勻，水流流經更長距離，通過多次能量轉化，水流速度和沖擊力度得以減小，最后通過水帽均勻細化減小了對樹脂的沖擊，使得樹脂不會因為大水流的沖擊導致擾動、破碎。

3.1.3 壓力平衡

為避免前置陽床平衡管遭到酸性腐蝕，其平衡管設置于罐體外部，混床平衡管設置于樹脂內部。

平衡管的設置對壓力容器整體的布水裝置起輔助作用，使得前置陽床、混床內壓力分布更均勻。

3.2 樹脂分離再生

目前國內主要有兩種混床樹脂分離再生方法，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號機組ATE使用高塔法。相比參考電站使用的錐斗法，高塔法混床樹脂分離過程更加合理。每臺設備所承擔的功能更加單一、明確，陽陰樹脂分離后，最大限度的避免了樹脂的交叉感染。而參考電站使用的錐斗法，每臺設備承擔功能更為復雜，在分離再生過程中，更容易出現樹脂的交叉感染問題。如混床樹脂分離罐既承擔陽、陰樹脂分離的功能，同時要承擔陰樹脂再生的功能，陽樹脂再生塔既承擔陽樹脂再生功能，又要承擔再生后陽、陰樹脂混合貯存的功能，在這些過程中，難免出現陽、陰樹脂的交叉感染，影響ATE的出水水質。

3.3 破碎樹脂收集分析

系統在前置陽床、混床出水口設置樹脂捕捉器，以收集破碎樹脂，以免其漏入熱力系統造成硫酸根超標，影響水質。福清核電1、2號機組采用臥式樹脂捕捉器，樹脂捕捉器的設置完全可以有效的阻止破碎樹脂漏入熱力系統，導致系統硫酸根超標。但是為了機組大修時方便考慮，后續技術改造可以更換為立式樹脂捕捉器。

4 分析與結果對比

通過上述對比分析福清核電1、2號機組ATE相比參考電站ATE在以下方面得到了改進或優化，參考電站出現的問題，在福清核電1、2號機組得到解決：

（1）前置陽床、混床的樹脂選型優于參考電站樹脂，完全滿足機組的技術要求，布水裝置更加合理，而且設計了平衡管，能夠有效避免樹脂層的擾動，大大降低水流沖擊下樹脂破碎概率。

（2）采用高塔法、樹脂輸送雙管道布置，混床樹脂分離再生過程簡化，最大限度避免陰、陽樹脂交叉感染的概率，能夠實現樹脂的徹底分離；增加了二次分離、二次混脂功能，保證混床樹脂分離更徹底，再生后均勻混合。

（3）樹脂捕捉器的設計，能在少量樹脂破損時有效收集破碎樹脂，以免漏入熱力系統，造成水質污染，硫酸根超標。

5 結論

福清核電1、2號機組ATE，充分考慮了參考電站ATE問題，通過合理的改進措施，有效避免參考電站出現的樹脂擾動、破碎及硫酸根超標等同類問題，確保二回路水質達到技術要求，其改進是合理的，可為同類核電ATE設計提供參考。

【參考文獻】

[1]朱興寶.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（6）：1-5.

[責任編輯：朱麗娜]