田灣核電站一期工程凝結水精處理系統運行方式及其優化

雷 宙

田灣核電站一期工程凝結水精處理系統運行方式及其優化

雷 宙

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

討論田灣核電站一期工程從機組調試到目前機組正常功率過程中，凝結水精處理系統運行方式的變化。從初始的氨化運行到4+0大流量運行模式，再到優化的0+4小流量運行模式。通過調整優化，有效保證了二回路水質在規定的可控范圍之內，確保了機組的正常、安全、穩定和高效運行。

凝結水；電導；精處理

凝結水精處理系統（按照KKS編碼，簡稱LD）是核電站機組的重要組成部分。凝結水精處理系統由精處理陽床和精處理混床組成，其功能主要是從凝結水中除鐵、除鹽，將水質控制在合理范圍，以保證二回路的水化學工況。但是，一方面,精處理系統能除去凝結水中的機械雜質、鐵銹以及海水泄漏時進入的雜質離子；另一方面，由于樹脂的再生流程、裝置設計的不合理，樹脂中會殘存一些鈉離子和氯離子，在二回路系統可能引入二次污染源，影響蒸汽發生器給水的品質，導致機組的運行工況發生偏離。因此，精處理系統采用何種運行方式，如何對精處理運行方式進行優化，對于二回路水質控制，保證機組安全運行至關重要。本文重點歸納和總結田灣核電站一期工程凝結水精處理系統運行方式及其優化措施。

1 凝結水精處理系統的功能及其工作原理

田灣核電站一期工程為俄羅斯圣彼得堡設計院設計、供貨2臺NPP91/VVER-1000機組，總額定功率為2×1060MW，機組設計壽命40年，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1.6MPa，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)的凈化模式，陽床和混床都是母管制[1]，其主要功能是：機組功率運行期間，當水質滿足要求時，凝結水精處理系統采用部分旁路運行工況；當凝結水水質發生偏離時采用100%流量凈化運行工況；機組啟動期間凈化凝結水，保障二回路水化學工況，減少凝結水沖洗時間，縮短啟機時間。

田灣核電站一期工程凝結水精處理系統工作原理是：凝結水并列流過投運的氫型陽離子過濾器LDB11-15AT001，裝載強酸性陽離子交換樹脂，將凝結水中懸浮和溶解的腐蝕產物清洗掉，同時，進行初步除鹽（除去鐵離子）。被除鐵并部分除鹽的凝結水進入混床LDF21-25AT001，在其中裝載了強酸性陽離子交換樹脂和強堿性陰離子交換樹脂，除去由于冷卻水吸附、蒸汽溶解和機械攜帶等而進入凝結水中的溶解鹽。在混床后安裝有樹脂捕集器，其作用是捕捉由于過濾器排水裝置損壞時從床體內流出來的樹脂。經過精處理系統凝結水指標為:電導率小于0.15μs/cm，鈉離子含量小于1μg/L，樹脂捕捉器的壓差是0.3MPa。當陽床和混床的運行參數超過指標，或者陽床的壓差大于0.3MPa、混床的壓差大于0.25MPa時，過濾器內的樹脂將輸送到再生系統內進行再生，恢復其交換能力，再生方式為體外再生。凝結水凈化系統的凈化能力可以保證在機組穩定運行時和機組在任意功率水平下運行時實現凝結水的100%凈化如圖1所示。

2 凝結水精處理系統初始運行方式及優化

2.1 氨化運行及其特點

按照俄方設計，田灣核電站一期工程凝結水精處理系統運行的初始方式主要采用氨化運行。所謂氨化運行是指通過LDN30往LDF混床后加入氨水，氨水在二回路循環后，使得LDB陽床里的H型陽樹脂置換成氨型陽樹脂，達到氨飽和。由于LDB陽床被氨化，不再吸收氨水，因此減少了加氨量。氨化運行后LDB陽床的失效標準是通過監測Na離子的含量，而二回路中Na離子本身較少，與通過檢測陽床出口電導的方式相比較而言，氨化運行時陽床的制水周期長。

2.2 氨化運行出現的異常情況

某年8月19日凌晨0：35，1#機組四臺蒸汽發生器排污水氯離子濃度分別為113μg/L、44μg/L、89μg/L、82μg/L，此時蒸汽發生器排污水中氯離子控制指標處于一級偏離狀態，按照技術規格書要求：7天內恢復蒸汽發生器排污水水質，否則機組降至熱態[2]。經過取樣，工作人員對有可能導致精處理出口漏氯的各種可能性進行分析排查，最后確認導致精處理出口漏氯的主要原因是：樹脂上吸附或殘留的氯離子被洗脫下來，造成出口氯離子濃度上升。由于當時精處理再生裝置存在缺陷，陰、陽樹脂在再生時分層效果差。精處理混床再生采用體外中抽法再生，再生前需在再生裝置中進行陰、陽樹脂反洗分層，但分層后倒陰樹脂時由于中間層樹脂輸送效果不理想，會造成中間層中的陰樹脂中混在陽樹脂中（陰樹脂大約2%左右，氨化運行要求陽樹脂中混有的陰樹脂量不超過0.5%），陽樹脂用鹽酸再生時把混入的陰樹脂轉換成氯型。由于精處理陽床采用了氨化運行，在陽床氨飽和后，會使精處理混床入口pH值大于9，在弱堿性環境下，氫氧根離子會把氯型陰樹脂中的氯離子置換出來，導致蒸汽發生器排污水氯離子濃度超出技術要求[3]。弱堿性陰離子交換樹脂的選擇性次序為：OH-＞SO2-＞NO-＞Cl-＞HCO-＞HSiO-4333

圖1 LD系統主管道的現場布置簡圖

2.3 氨化運行的取消及其效果

由于氨化運行導致了蒸汽發生器排污水氯離子濃度超標（見圖2），工作人員經反復研究和實驗，果斷取消了凝結水精處理的氨化運行。取消氨化運行后，凝結水精處理系統采用了4+0大流量運行模式，即投運同時4列精處理陽床和4列精處理混床，每列流量為150kg/s左右，保證一列陽床和混床為備用狀態，根據機組狀態通過旁路閥LCA10AA106控制進入凝結水精處理系統的流量，有效防止了由于再生度不夠或運行時吸附上去的氯離子被凝結水洗脫下來的情況發生,蒸汽發生器排污水氯離子濃度平穩，并在規定的范圍之內，保證了二回路水質(見圖2、圖3)。

3 凝結水精處理系統運行方式的再優化

采用4+0大流量運行模式后，二回路水質得到了有效改善，確保了機組運行安全，為了使凝結水精處理系統的運行方式更加合理有效，進一步提高機組的經濟性，需要對運行方式進行再次優化。

3.1 取消氨化運行后的主要問題

3.1.1 縮短陽床再生周期，增加再生成本增加

氨化運行時LDB陽床的失效標準是通過監測Na離子的含量，而二回路中Na離子本身較少，陽床運行時間較長。取消氨化運行后LDB陽床的失效標準是通過監測電導。當陽床電導上漲至1μS/cm時，則認為陽床失效。以一列LDB陽床一個運行周期為例，每列LDB陽床的運行周期為13.8天，制水量平均達到了18萬噸，再生一個系列的陽床樹脂所需要4.2噸的鹽酸試劑，而再生過程中至少得消耗500噸除鹽水。當四列大流量陽床同時運行時，電站每臺機組每年的LDB陽床再生的總次數達到90次，相對應的再生所消耗的鹽酸試劑總量為378噸，除鹽水消耗總量更是高達45000噸。由此可見，在4+0運行模式，LDB陽床所消耗的鹽酸和除鹽水量較多，以一噸除鹽水成本為100元每噸計算，單臺機組一年光用于陽床再生的除鹽水成本就達到了450萬元，加上為再生制備除鹽水的GC系統運行和再生，成本會更加高昂，影響到機組的經濟性。并且由于再生周期短，除去機組大修，平均三到四天就有一列陽床失效，而每一列床體的制水量不盡相同，增加了兩列床體同時失效的風險。與此同時，再生次數多，再生設備的使用次數也會相應增加，設備出現缺陷的幾率也會增加，一旦再生設備出現故障，不能夠及時處理，會導致再生進展延后甚至停滯，出現兩列床體接連失效的情況時，造成精處理系統處理能力下降。

圖2 某年三季度一號蒸汽發生器排污水氯離子趨勢圖（氨化運行）

圖3 某年四季度一號蒸汽發生器排污水氯離子趨勢圖（取消氨化運行）

3.1.2 床體再生頻繁，樹脂損耗增加

凝結水精處理樹脂采用體外再生，需使用壓縮空氣進行擦洗，樹脂不斷膨脹、收縮，在倒樹脂時與管道摩擦后，樹脂強度會降低，勢必造成樹脂的破損。在床體進行樹脂反洗分層的時候，有可能隨著反洗水流排出，造成了樹脂量不斷減少。每一年機組大修，在LDL10BB0001中，均能發現大量的樹脂顆粒。同時，破損樹脂可能因樹脂捕捉器未能截留而進入二回路。在機組高溫高壓下，碎小樹脂分解成無機酸和低分子有機酸，使蒸汽發生器排污水pH偏低；在國內核電站曾經出現過由于凝結水精處理運行時樹脂泄露，使得蒸汽發生器排污水出現硫酸根或氯離子超標，導致機組降功率或停機事件發生。

3.1.3 頻繁投切LDB陽床，增加風險

由于空氣是可壓縮的，投運時如果排氣不充分，將會導致床體、LCA 系統的壓力波動，也會導致該床體與其他床體的流量不一致；同時床體內有氣也會使床體布水不均勻，導致偏流，使床體提前失效。并且由于在LDB再生的過程中需要進行壓縮空氣擦洗，部分樹脂會被氣泡包圍，再生液不能通過被空氣所包圍的樹脂，因而使這部分樹脂不能進行再生，導致樹脂再生不充分，使模式，即0+4模式，1+3模式，2+2模式，3+1模式，LDB/LDF四列大流量運行模式。

3.2.2 四種旁路運行模式的工作要求

在改為0+4模式后，根據凝結水水質的指標要求，運行人員采用四種旁路運行模式，表2列出了不同模式下投運的過濾器數量以及流量要求。

1)在機組啟動后水質穩定時，可加大精處理系統旁路流量，投入不同數量的運行和熱備的過交換能力降低，減少陽床的制水量。

3.2 0+4小流量運行模式的采用及其優勢

4+0運行模式下，經過精處理系統的流量達到了600kg/s，承擔了二回路水質的凈化功能。對精處理系統運行方式進行優化，采取了在保證二回路水質合格的前提下，逐漸減小了經過精處理系統的水流量。

3.2.1 優化過程

以2#機組為例，其凝結水精處理系統由4+0模式向0+4模式優化過程的操作步驟如表1所示。

到目前為止，兩臺機組精處理系統均優化為了0+4運行模式，二回路水質也保持穩定，相應TOI已撤銷。確定了凝結水精處理系統五種運行濾器，4模式至0模式均可，在4模式至0模式及其他模式切換時優先調整制水量小的過濾器。

2)在凝汽器有泄漏、機組工況變化等二回路水質將有變化時，需投入精處理系統過濾器進行凈化。由0模式及其他模式轉至4模式時，優先調整制水量大的過濾器。

3)LD大旁路流量調節的依據要滿足：大流量運行過濾器的流量保證流量稍高于過濾器低流量報警值138.9kg/s（以免閃發報警影響監盤）。小流量運行過濾器流量計要有顯示，建議流量35-45kg/s。熱備狀態是過濾器出入口閥門打開調閥關閉。

表1 精處理系統運行方式優化過程

巡檢時注意LD系統小流量和熱備過濾器為滿水帶壓狀態，以應對在凝結水出現惡化時能夠及時投運小流量和熱備的過濾器。過濾器失效切換時，新投入的過濾器保持失效過濾器的狀態。

表2 不同模式下投運的過濾器數量以及流量要求

3.2.3 0+4模式的優點

1）節約了再生成本。在前文提到4+0模式運行方式下，單列LDB陽床的運行周期為13.8天，一年LDB陽床需再生的總次數為90天，需消耗378噸鹽酸試劑和至少45000噸除鹽水；在運行方式改變為0+4模式后，單列LDB陽床的運行周期延長為45天，對應一年陽床需再生的總次數也減少為28次，需消耗的鹽酸試劑和除鹽水也分別減少為116噸和13800噸。與之前相比較，成本減少三分之二，經濟優勢巨大，相應的，樹脂的損耗也會大幅減少[4]。設備損耗也會降低。

2）降低了LDB床體同時失效的風險。流量減小之后，LDB出口電導從開始上漲到失效的時間從原有的24小時延長至72小時，而LDB床體再生時間正常情況下24小時內可完成，即使兩個床體同時上漲，我們也可以提前切除一個系列再生，并保證再生合格恢復備用，從而避免多個同時床體失效，引起水質波動。

3）系統冗余度提高，緊急情況下維持二回路水質穩定能力增強。在0+4模式下，通過精處理系統的流量為180kg/s左右，一旦二回路水質波動，工作人員可以通過調節LCA10AA106，提高進入精處理系統的流量，凈化更多的二回路凝結水，維持二回路水質穩定。

4 結論

凝結水精處理系統對于二回路水質調節起著重要的作用，從最早的氨化運行，到取消氨化運行，到目前的0+4模式運行，系統運行方式一直在優化，也取得了良好的效果。我們將結合之前的經驗和數據，進行總結和分析，對精處理系統的運行、再生步驟等進行進一步優化，以保證機組的安全穩定高效運行。

[1]孫立忠，劉建民. 凝結水精處理系統優化運行[J].東北電力技術，2013,（3）：31-34.

[2] 楊笑宇，王旭初．田灣核電站凝結水精處理系統調試期間出現的問題[A]//電廠化學2007學術年會暨中國電廠化學網2007高峰論壇會議論文集[C]．2007,(6):88-90.

[3] 韓斌，李鋒，王旭初.一種用于核電站蒸汽發生器的俄羅斯化學清洗配方與清洗效果的評價[J].腐蝕科學與防護技術，2013，(3)：259-261.

[4] 王方.離子交換樹脂標準手冊[M]．北京：中國標準出版社, 2003:50-51.

Operation Mode and Optimization of Condensate Water Fine Treatment System in TNPS’s First Stage Project

LEI Zhou
(Jiangsu Nuclear Power Corporation, Lianyungang Jiangsu222042)

The paper discusses the change of operation modes of condensate water fine treatment system in the first-stage of Tianwan Nuclear Power Station (TNPS) project from its unit commissioning to current normal power operation. The operation modes varies from its initial “ammoniated operation” to “4+0 large flow”,and then to “0+4 small flow”. By adjusting and optimizing, the water quality of the secondary circuit can be guaranteed within the specified and controllable range, so the unit can be operated normally, safely, stably and efficiently.

condensate water; conductivity; fine treatment

TM623

A

1671-9654(2017)04-0071-05

10.13829/j.cnki.issn.1671-9654.2017.04.018

2017-08-30

雷宙（1988- ），男，湖南長沙人，工程師，研究方向為核電運行與安全。

［編校：楊 琴］