除鹽水離子交換器運行方式分析

張憲超

【摘 要】本文重點介紹了方家山核電工程除鹽水系統中離子交換器部分的相關內容。首先講述了整個除鹽水系統的功能、流程以及設備布置，分析了進水水質，對于水中含有的主要雜質成分進行了列舉。然后介紹了離子交換器在整個系統中的作用以及運行方式，了解其產水能力以及出水指標要求。通過運行數據記錄并結合理論分析，從陰、陽離子交換器、混合離子交換器出水的相關數據變化趨勢來判定樹脂失效狀況，并且詳細闡述了失效的原因和整個失效的過程，對于判定失效的相關指標分別進行了說明，以及再生狀況對出水水質的影響。從運行的角度出發，對于在運行過程中發現的問題與不足做了一些列舉，提出了相關改進措施。

【關鍵詞】除鹽水系統；離子交換器；出水指標；樹脂失效

【Abstract】This article focuses on related content of ion exchanger in the Desalted water system of the Fangjiashan Nuclear Power Plant.First， talking about the function of the whole Desalted water system，processes and equipment layout， analyzing of water quality，Listing the main impurities contained in the water.Then describing the role of the ion exchanger in the whole system and the running way，to understand its water production capacity and the index requirements of the water.By recording the running data and combining with theoretical analysis，From the relevant data trends of the water produced by anion and cation exchangers，mixed ion exchange to determine the failure condition of the resin.and elaborating on the reasons for the failure and the whole process，the failure to determined relevant indicators And the impact of regeneration conditions on the water quality were described.From the operational perspective，the problems and deficiencies discovered during the operation are listed and put forward relevant improvement measures.

【Key words】Desalted water system；Ion exchanger；Water indicators；Resin failure

0 引言

核電站除鹽水系統利用多種處理工藝，除去懸浮物、膠體、陽離子、陰離子等水中雜質，而離子交換器作為整個水處理系統的最后一步，是水質是否能符合要求的關鍵，因此離子交換器的正常運行便尤為重要。

1 方家山YA除鹽水生產系統介紹

1.1 除鹽水系統進水和出水水質

根據電站的對除鹽水水質的要求，需要達到如下指標：

電導率（25℃） <0.15μS/cm

氯化物和氟化物 <0.15μg/L

硅 <20μg/L

Na+ <5μg/L

1.2 離子交換器系統設備配置及運行方式

經反滲透裝置預脫鹽處理后的水儲存于淡水箱，經淡水泵加壓進入離子交換系統，進行進一步除鹽。除鹽水生產工藝作為全電站的除鹽水來源，出于高安全性考慮，在設計上采取冗余設計，離子交換系統分成2列，每列的出力為120m3/h。最大出力為240m3/h，產水進入除鹽水箱。離子交換系統包括一級除鹽系統（2臺陽離子交換器和2臺陰離子交換器）和二級除鹽系統（3臺混合離子交換器）。陽，陰離子交換器采用串聯布置，分成兩列，一級除鹽系統出水進一步經混合離子交換器處理，三臺混床并聯布置。每列的陰、陽離子交換器同時運行、同時再生。兩個系列可以同時運行，也可以一個系列運行，另一個系列再生作備用。

2 方家山YA廠房離子交換器失效判斷依據

2.1 陽離子交換器失效分析

監測陽離子交換器失效的指標主要有兩個。

2.1.1 出水鈉含量超標

陽離子交換器內裝有H型強酸陽離子交換樹脂，按照淡水廠來水中陽離子交換能力的大小，排列順序為Ca2+>Mg2+>Na+>H+。淡水箱來水中的陽離子與陽樹脂進行H+置換反應，Ca2+首先被吸附，然后Mg2+被吸附，Na+最后被吸附。

其反應方程式為（A代表金屬陽離子，R為樹脂基團）：

An++nRH=RnA+nH+

在陽床正常運行一段時間后，沿進水方向會形成不同的“離子型”樹脂層，根據“分層吸附”原理，最上部為Ca2+層，其次為Mg2+層，再次為Na+層，這些為工作層，最下部為H+層，稱之為保護層。當Ca2+層“飽和”之后，由于陽離子活性的不同，Mg2+層樹脂會被逐漸置換成Ca2+層，Na+層樹脂會被逐漸置換成Mg2+層，離子型樹脂層會出現按選擇性順序逐層下移的情況。endprint

當工作層的底部與保護層底部相重合時，Na+首先“穿透”，隨著“保護層”的失效，出水中Na+含量會迅速增加，并很快達到與進水中Na+含量相似。為了達到出水指標，一般規定只要陽床出水中Na+超過50μg/L時，即可以認為陽床失效了。

2.1.2 周期制水量達到系統設定值

離子交換器的周期制水量，是指在產水質量達到要求指標的前提下，在一個周期內的制水量。周期制水量與淡水箱水質情況，離子交換器內樹脂工作交換容量，運行流速等等有密切關系。結合每列陰陽床同時再生的原則，每列陰陽床的周期制水量被設定在30000m3。

2.2 陰離子交換器失效分析

陰離子交換器內裝有OH型強堿陰離子交換樹脂，按照陽床來水中陰離子交換能力的大小，排列順序為SO42->Cl->HC03->HSiO3->OH-。利用這一特性，可以確定陰床的失效點。當陽床產水進入陰床時，SO42-首先被吸附，然后是Cl-，再次是HC03-，最后被吸附的才是HSiO3-。

其反應方程式為（B代表金屬陽離子，R為樹脂基團）：

Bm-+mROH=RmB+mOH-

一般規定陰床出水硅表大于50μg/L，即可以認為陰床失效。

3 方家山YA廠房離子交換器運行過程中的現象分析

3.1 陰床失效時，出水電導率變化

陰床進水是從陽床交換過來的，水中含有大量的強酸（SO42-、Cl-）及弱酸（HSiO3-，及微量的HC03-），其含量與水中陽離子相同。當陰床正常運行時，水中的酸根離子被樹脂吸附，水中的H+與交換下來的OH-生成電解度很低的水，而陽床“漏泄”的微量Na+則與OH-生成微量的NaOH，陰床正常出水電導率應小于1μs/cm。

陰床失效時，HSiO3-首先“穿透”，生成電解度較小的NaHSiO3，由于NaHSi03的導電能力要低于NaOH，此時出水電導率會“略有下降”。當HSiO3-繼續“穿透”，超過Na+含量時，就會生成H2SiO3，由于H+的含量增加且電導率較大，此時陰床出水的電導率又會“略有上升”。

隨著陰床失效程度的加劇，以至于HCO3-，Cl-、SO42-也陸續產生“穿透"，這又會使陰床出水電導率急劇上升，由此出現上述現象。

3.2 陰離子交換器再生效果不佳的原因分析

3.2.1 再生液溫度和時間。維持適當的再生液溫度可以幫助洗脫附著在陰樹脂上的HSiO3-，降低陰床出水中的HSiO3-含量。過高的再生液溫度易使陰離子交換樹 脂的交換基團分解，降低交換容量和使用壽命。同時，HSiO3-在整個樹脂層分布較廣，被置換下的速度又比較緩慢，所以需要較長再生時間。

解決方法：堿加熱水箱的出水溫度大概在80℃，利用比例控制閥混合一定的冷水，將再生液的溫度控制在35～40℃，同時將再生時間設定在1小時左右。

3.2.2 再生用堿量。再生用堿量不足時，會導致陰床的失效樹脂得不到充分的再生，因而會影響到陰床的周期制水量。如果用堿量過少，甚至會影響到陰床底部樹脂的再生度，這樣就會直接影響陰床出水水質。

解決方法：控制從高位濃堿儲罐到堿計量箱的進堿量，保證整個再生過程濃堿用量在1.5m3左右。

4 方家山YA廠房離子交換器運行中存在的問題及其改進

4.1 YA廠房淡水箱除碳器風機應增加過濾器

在目前YA廠房運行過程中，淡水箱頂部除碳器一直未投運，原因是除碳器為鼓風式的，由于現場環境較差，空氣中含有的雜質較多，在除碳器工作的同時，空氣中的粉塵會被大量吹進淡水箱，污染水質，直接影響除鹽床的進水水質以及除鹽效果。在調試期間已經發現淡水箱內部有許多泥垢。應考慮在淡水箱除碳器風機進風口增設空氣過濾器或者防塵裝置。

4.2 YA廠房離子交換器相關氣動閥故障頻繁

在系統全自動啟動過程及正常運行過程中，經常會發現離子交換器的閥門無法開啟或者故障的情況，需要多次故障復位才能消除，其中有一部分是系統PLC控制系統反饋問題，大部門是閥門本身的問題到導致無法正常開啟或者關閉。特別是在淡水泵已經啟動，但是陽床的進口閥無法開啟的情況下，若是及時發現并且及時消除故障，系統還是可以繼續運行，但若長時間的“憋泵”勢必會影響泵的正常運行。因此氣動閥的可靠性有待提高。

5 總結

本文著重介紹了離子床的失效以及再生的相關內容，講述了失效時應注意的指標以及其變化趨勢，在運行中這些都是需要密切注意的。從失效的原理進行分析，闡述了樹脂究竟是如何失效的。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]endprint