檀鵬+林佳+劉華平

摘 要：某濱海核電廠循環(huán)水處理系統(tǒng)在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)其中和池中和效果不理想，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)中和池的攪混效果不佳是導(dǎo)致此結(jié)果的主要原因，結(jié)合該濱海核電廠實際情況，文章提出了三種提高中和池攪混效率，改善池內(nèi)酸堿的中和效果的改進(jìn)方案，并從實用性、經(jīng)濟(jì)性以及安全等角度對各個方案的優(yōu)劣進(jìn)行了對比并選出了更為適合該核電廠的一套中和池攪混工藝的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：濱海核電廠；循環(huán)水處理系統(tǒng)；中和池；改進(jìn)

引言

濱海核電廠使用海水作為三回路的冷源，為凝汽器提供冷卻水，如果不加處理，海水中的藻類，貝類以及微生物等就會生長并附著于冷凝器的換熱管壁上影響換熱效率。核電廠的重要廠用水系統(tǒng)也需要通過加藥的方式殺死海水中的各類生物，確保設(shè)備冷卻水/重要廠用水板式換熱器持續(xù)高效運行。該核電廠通過循環(huán)水處理系統(tǒng)電解海水制取NaClO殺死海水中的各類生物。因此，循環(huán)水處理系統(tǒng)在濱海核電廠的長期穩(wěn)定安全運行中起著不容忽視的作用。已有的關(guān)于循環(huán)水處理系統(tǒng)的研究成果主要集中在以下幾方面：戴希璋分析了海水水質(zhì)對循環(huán)水系統(tǒng)工藝方案設(shè)計及設(shè)備選型的影響，并針對存在的問題提出解決措施[1]；趙素強介紹了烏沙發(fā)電公司電解海水制氯系統(tǒng)的調(diào)試投運情況，并詳細(xì)介紹了循環(huán)水加氯處理試驗與監(jiān)控情況[2]；裴長運等針對常規(guī)電解海水制氯系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的系統(tǒng)穩(wěn)定性差、結(jié)垢和酸洗較多，溶液中有氣泡等問題提出了系統(tǒng)優(yōu)化方法[3]。本文的研究集中在循環(huán)水處理系統(tǒng)中和池的攪混工藝的改進(jìn)上，改進(jìn)攪混工藝有利于改善中和池的中和效果提高核電廠運行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

1 循環(huán)水處理系統(tǒng)簡介

該核電廠的循環(huán)水處理系統(tǒng)通過電解海水產(chǎn)生最大濃度為2132mg/L的有效氯[4]，有效氯具有毒性，能抑制或殺死海生物的幼蟲或孢子，防止電廠循環(huán)水過濾系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)受到海洋生物污損，而導(dǎo)致傳熱效率降低。

1.1 系統(tǒng)工作原理

電解海水產(chǎn)生的有效氯通過連續(xù)加藥的方式注入每臺機組的循環(huán)水過濾系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)的海水進(jìn)口，抑制各回路海生物的生長。

電解過程中，除極間反應(yīng)外，由于海水中存在鈣、鎂離子，電解時會在陰極上形成鈣和鎂的沉淀物，這些沉淀物在電解槽陰極上累積將導(dǎo)致電解效率下降，增加電能的消耗。因此必須通過酸洗的方法消除這些沉淀物。

1.2 電解槽的酸洗與酸洗后廢酸液的處理

為確保循環(huán)水處理系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定高效的制取合格的NaClO，必須定期對電解槽酸洗以出去陰極上的沉淀物。根據(jù)電解槽的實際結(jié)垢程度，每月至少酸洗一次。

酸洗后的廢酸液通過排污閥自流進(jìn)入混凝土建造的中和池（6.3m3）。中和池的工作原理簡圖見圖1（為便于展示圖中略去了部分閥門及管線）。氣動閥開啟，中和排放泵啟動，使中和池內(nèi)液體循環(huán)流動。濃堿罐中的濃堿通過重力自流至中和池，此時可以通過中和排放泵后的酸度計測量溶液的PH值。通過中和排放泵的循環(huán)攪拌作用，使中和池中的酸、堿中和，當(dāng)溶液的PH值為6～9時，即可進(jìn)行排放。如果充分?jǐn)嚢韬螅琍H值達(dá)不到排放要求，應(yīng)視具體情況加酸或加堿，直到廢水PH值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，方可開始排放中和池內(nèi)的中和廢水。

1.3 中和池中和效果不理想

調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于中和泵的循環(huán)回路設(shè)計的不合理，在實際使用中將產(chǎn)生以下問題：

（1）由于中和排放泵不能將中和池內(nèi)的液體充分混合，將使得酸度計的讀數(shù)一直允許排放值之外，會導(dǎo)致運行人員誤以為中和池內(nèi)酸或堿不足并向中和池內(nèi)持續(xù)加入酸或堿，這樣一方面會導(dǎo)致酸堿的大量浪費，使得池內(nèi)PH值調(diào)節(jié)更加困難；另一方面，在PH值達(dá)不到要求的情況下持續(xù)向容積有限的池內(nèi)加入酸或堿可能會導(dǎo)致池內(nèi)廢液滿溢，與中和池相連接的上游管道和閥門等設(shè)備將受到中和池內(nèi)廢液的污染，影響正常的電解槽酸洗。

（2）按照圖1所示的攪混方式，酸度計所測量的廢液只是經(jīng)過了局部攪混的廢液PH值，即便酸度計的讀數(shù)在6～9之間也并不能代表整個中和池的廢液已經(jīng)完全中和并達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。如果此時關(guān)閉中和泵的循環(huán)回路，打開排放閥開始排放中和池內(nèi)的廢液，那么實際排出的廢液PH值將是不合格的，會造成酸或堿的誤排放導(dǎo)致下游不耐酸堿的管道和設(shè)備受到腐蝕和損壞，給核電廠的安全和經(jīng)濟(jì)運行帶來隱患。

2 攪混工藝的改進(jìn)方案

2.1 空氣吹掃方案

將帶有一定壓力的空氣充入中和池內(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓牟糠?，利用空氣氣流的沖擊加強中和池內(nèi)廢液與酸或堿的接觸與中和反應(yīng)。為了保持中和池內(nèi)壓力恒定，還應(yīng)將中和池與酸霧收集器相連通。

2.1.1 羅茨風(fēng)機作氣源

如圖2所示，將羅茨風(fēng)機的出風(fēng)口接入中和池內(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓囊粋?cè)，選擇合適的出口風(fēng)量與風(fēng)壓的羅茨風(fēng)機可以使得中和池內(nèi)的廢液得到充分的攪混，達(dá)到規(guī)定的中和效果。

但此方案還存在以下缺點：

（1）系統(tǒng)內(nèi)多了一個電用戶，在一定程度上降低了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。

（2）風(fēng)機需要定期維護(hù)和保養(yǎng)，增大了力開銷，給系統(tǒng)運行和管理增加負(fù)擔(dān)。

（3）電解槽的酸洗系統(tǒng)是定期啟動的，風(fēng)機利用率較低。

2.1.2 公用壓縮空氣作氣源

核電廠的公用壓縮空氣系統(tǒng)為全廠提供壓力為0.8MPa的壓縮空氣，可以使用公用壓縮空氣作為氣源，同樣將空氣充入中和池內(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓囊粋?cè)，使得中和池內(nèi)的廢液得到充分的攪混，達(dá)到規(guī)定的中和效果。并且壓縮空氣生產(chǎn)廠房與核電廠制氯站相鄰，能夠滿足酸洗期間向中和池持續(xù)供氣的要求。此外，中和池容積有限，還應(yīng)在壓縮空氣進(jìn)入中和池之前的管線上加裝減壓閥來調(diào)節(jié)壓力，見圖3。

使用公用壓空作為氣源的方案雖然在一定程度上減少了經(jīng)濟(jì)投入，但依然存在以下問題：

（1）中和池的容積只有6.3m3，控制進(jìn)入中和池空氣的壓力顯得格外重要，壓力過高可能使得中和池內(nèi)超壓，給酸霧收集器帶來較大壓力，甚至損壞與中和池相連的其他上游閥門；壓力偏低又有可能達(dá)不到預(yù)期的攪混效果。

（2）按此方案執(zhí)行后，將會多出一個公用壓縮空氣系統(tǒng)與循環(huán)水處理系統(tǒng)的接口，增加了調(diào)試工作的復(fù)雜性，也使得系統(tǒng)的容錯率降低。

2.2 改變中和排放泵的循環(huán)回路

如圖4，將中和排放泵的循環(huán)回路的回液管道移至中和池內(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓囊粋?cè)，并盡可能縮短泵出口管線的垂直高度，利用泵的揚程使循環(huán)回流的廢液壓力增高，給池內(nèi)廢液足夠強的沖擊；投加堿液的管道入口與濃酸罐的溢流管與中和池的接口盡量遠(yuǎn)離泵的吸入口，避免酸/堿液未經(jīng)與廢液中和就被泵直接吸走。此外，在回流管線進(jìn)入中和池之前通過異徑三通將回流廢液再分三路流入中和池，每條回路進(jìn)入中和池的不同位置，并在管道的出口處加裝一個多孔噴頭，提高中和池內(nèi)液體與回流液體的接觸面積以達(dá)到理想的中和效果。

另外，在中和排放泵的排放管線上加裝一個酸度計，在排放廢液過程中可實時監(jiān)控廢液PH值，一旦發(fā)現(xiàn)PH值超出范圍即可立即關(guān)閉該管線上的氣動閥，停止不合格廢液的排放，防止污染下游。

該方案相較于空氣吹掃方案具備以下優(yōu)勢：

（1）能夠達(dá)到充分?jǐn)嚮熘泻统貜U液的目的，新增酸度計可以驗證池內(nèi)中和情況，確保排放的廢液符合要求。

（2）整體改動較小，便于實施也更為經(jīng)濟(jì)。

（3）相較于通過使用羅茨風(fēng)機或壓縮空氣來攪混中和池的方案，本方案可以確保中和池內(nèi)始終保持恒定壓力，避免了超壓帶來的風(fēng)險，更為安全。

3 結(jié)束語

結(jié)合該濱海核電廠實際情況，上面提出了三種提高中和池攪混效率的改進(jìn)方案，并從實用性、經(jīng)濟(jì)性以及安全等角度對各個方案的優(yōu)劣進(jìn)行了對比，從確保循環(huán)水系統(tǒng)長期穩(wěn)定高效的運行，保證核電廠機組運行的穩(wěn)定性出發(fā)，本文認(rèn)為對中和排放泵的循環(huán)回路加以改造并加裝酸度計的方案更適合作為此次改進(jìn)的最終實施方案。

參考文獻(xiàn)

[1]戴希璋.濱海核電廠循環(huán)水處理設(shè)計淺析[J].科技風(fēng)，2015：98-99.

[2]趙素強.電解海水制氯系統(tǒng)的調(diào)試投運與循環(huán)水加氯監(jiān)控[J].華北電力技術(shù)，2007，10：4-10.

[3]裴長運，李冬，常文強.電解海水制氯系統(tǒng)的研究和優(yōu)化[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，17：148-149.

[4]中國核電工程有限公司.循環(huán)水處理系統(tǒng)手冊第2～5章[Z].

2010，10.