任軍兵+白春淼+宋煒
【摘 要】為保證核電機組二回路給水水質(zhì),行業(yè)內(nèi)目前普遍采用凝結(jié)水精處理系統(tǒng)對二回路凝結(jié)水進行處理,以期達到水質(zhì)指標要求。本文通過對參考電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)出現(xiàn)的問題進行原因分析,對福清1、2號機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)針對問題進行改進,從而達到有效解決問題的目的,為后續(xù)項目提供參考。
【關(guān)鍵詞】核電;凝結(jié)水精處理;改進
0 前言
凝結(jié)水精處理系統(tǒng)(以下簡稱ATE)是百萬壓水堆核電站二回路重要的系統(tǒng)之一。其位于凝結(jié)水泵與低壓加熱器之間,對二回路水中雜質(zhì)離子進行樹脂交換處理,保證蒸汽發(fā)生器供水水質(zhì)。主要功能是:
(1)連續(xù)去除熱力系統(tǒng)在機組正常運行或機組啟停期間形成的腐蝕產(chǎn)物和離子雜質(zhì),為蒸汽發(fā)生器提供懸浮物質(zhì)含量極低的給水;
(2)機組啟動時可以大大減少系統(tǒng)沖洗時間,使機組盡快投入運行并節(jié)約除鹽水用量;
(3)當凝汽器發(fā)生輕微泄露時,凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運行可除去漏入的微量溶解性礦物質(zhì),阻止冷卻水中的雜質(zhì)進入常規(guī)島熱力系統(tǒng);當凝汽器發(fā)生較大泄露且必須停機時,凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運行又可為機組的停運提供一定的準備時間。
該系統(tǒng)的設(shè)置對保證核電機組二回路高質(zhì)量的水質(zhì)、確保核電設(shè)備安全經(jīng)濟運行具有重要意義。
1 系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)備處理量降低,處理設(shè)備與再生設(shè)備的冗余的設(shè)計保證系統(tǒng)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(tǒng)投入運行后,在運行期發(fā)現(xiàn)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(xiàn)樹脂破碎現(xiàn)象;
(2)蒸汽發(fā)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(jié)的排水裝置結(jié)構(gòu)容易堵塞和損壞;
(4)混床樹脂從貯存罐進入混床時出現(xiàn)分層,導致樹脂混合不均勻,出水水質(zhì)得不到保證。
經(jīng)過查找、分析,其產(chǎn)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(shè)計不合理,布水裝置為水平擋板并在下方設(shè)置4個出水大噴頭,導致樹脂在大水流、較高流速下受到?jīng)_擊而出現(xiàn)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(tǒng)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(jié)構(gòu)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(xiàn)的問題,福清核電1、2號機組ATE從系統(tǒng)設(shè)計工藝有針對性進行了設(shè)計改進:
(1)合理選擇樹脂、設(shè)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(shè)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(tǒng),造成硫酸根超標;
(4)設(shè)置二次混脂功能,一旦陽、陰樹脂在混床內(nèi)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(shè)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(shù)上采取的措施為:
(1)樹脂應(yīng)當滿足技術(shù)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??;
(3)前置陽床、混床內(nèi)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(shù)規(guī)格書要求,樹脂整體的顆粒均一系數(shù)、抗壓強度和顆粒完整率等大部分指標優(yōu)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(tǒng)的技術(shù)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(shè)計后,三級布水裝置有利于布水均勻,水流流經(jīng)更長距離,通過多次能量轉(zhuǎn)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(shè)置于罐體外部,混床平衡管設(shè)置于樹脂內(nèi)部。
平衡管的設(shè)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(nèi)壓力分布更均勻。
3.2 樹脂分離再生
目前國內(nèi)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(shè)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(shè)備承擔功能更為復雜,在分離再生過程中,更容易出現(xiàn)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(xiàn)陽、陰樹脂的交叉感染,影響ATE的出水水質(zhì)。
3.3 破碎樹脂收集分析
系統(tǒng)在前置陽床、混床出水口設(shè)置樹脂捕捉器,以收集破碎樹脂,以免其漏入熱力系統(tǒng)造成硫酸根超標,影響水質(zhì)。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(shè)置完全可以有效的阻止破碎樹脂漏入熱力系統(tǒng),導致系統(tǒng)硫酸根超標。但是為了機組大修時方便考慮,后續(xù)技術(shù)改造可以更換為立式樹脂捕捉器。
4 分析與結(jié)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(yōu)化,參考電站出現(xiàn)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(yōu)于參考電站樹脂,完全滿足機組的技術(shù)要求,布水裝置更加合理,而且設(shè)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?qū)崿F(xiàn)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(shè)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(tǒng),造成水質(zhì)污染,硫酸根超標。
5 結(jié)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(xiàn)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(zhì)達到技術(shù)要求,其改進是合理的,可為同類核電ATE設(shè)計提供參考。
【參考文獻】
[1]朱興寶.嶺澳核電站二期凝結(jié)水處理系統(tǒng)重大技術(shù)改進[J].核動力工程,2009,30(6):1-5.
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