劉炳偉，徐秀萍

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100095)

AP1000核電機(jī)組對(duì)二回路汽水品質(zhì)要求非常嚴(yán)格，而凝結(jié)水精處系統(tǒng)破碎樹(shù)脂分解容易造成二回路硫酸根超標(biāo)；同時(shí)AP1000核電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、沖洗水量大，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間能夠很好的提高核電站的經(jīng)濟(jì)效益，減少?zèng)_洗水消耗。

1 目前核電站相關(guān)技術(shù)存在的不足

1.1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)硫酸根離子超標(biāo)

目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的核電站中，二回路凝結(jié)水精處理始終是個(gè)難題，其主要技術(shù)特點(diǎn)是處理水量龐大、出水水質(zhì)要求高，特別是對(duì)超臨界火電機(jī)組并不做控制的硫酸根離子有嚴(yán)格的要求，即控制核島蒸汽發(fā)生器排污水中硫酸根離子≤10ppb[1]，折算到二回路凝結(jié)水精處理出水，則需控制硫酸根離子≤0.5ppb，指標(biāo)非?？量?。我國(guó)的大亞灣核電站一期，就是因?yàn)槟Y(jié)水精處理出水硫酸根超標(biāo)，不得已只在機(jī)組啟動(dòng)或事故泄漏時(shí)才投入運(yùn)行，成為困擾其高水平運(yùn)行的瓶頸。在開(kāi)展AP1000核電凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)核島提出的設(shè)計(jì)控制文件，經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)凝汽器發(fā)生泄漏時(shí)，首先超過(guò)核島水化學(xué)控制導(dǎo)則要求、迫使核電站降功率運(yùn)行或停堆的指標(biāo)就是硫酸根離子?？梢?jiàn)，采取可行有效的措施，來(lái)降低凝結(jié)水精處理出水的硫酸根離子含量具有重要意義。

分析硫酸根離子超標(biāo)的原因主要包括：(1)破碎樹(shù)脂粉末進(jìn)入二回路后發(fā)生分解后產(chǎn)生硫酸根；(2)設(shè)備襯膠層運(yùn)行過(guò)程中緩慢析出硫酸根；(3)其它不可預(yù)見(jiàn)因素。其中破碎樹(shù)脂進(jìn)入二回路分解產(chǎn)生硫酸根被水處理行業(yè)普遍認(rèn)為是主要原因。

樹(shù)脂破碎的原因有[2]：(1)樹(shù)脂質(zhì)量不過(guò)關(guān)；(2)由于樹(shù)脂始終處在運(yùn)行、失效、再生、再運(yùn)行的循環(huán)使用過(guò)程中，再生時(shí)轉(zhuǎn)型膨脹時(shí)容易造成樹(shù)脂破碎；(3)樹(shù)脂運(yùn)行過(guò)程中始終處于2.5～4.0MPa的水壓下會(huì)造成破碎；(4)由于核電站處理水量龐大，使得樹(shù)脂床(高速陽(yáng)床和高速混床)直徑較大，容易發(fā)生進(jìn)水配水不均而引起樹(shù)脂擾動(dòng)，導(dǎo)致樹(shù)脂破碎；(5)其它不可預(yù)見(jiàn)因素。

由上述分析可以看出：凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運(yùn)行工況決定總是或多或少的有破碎樹(shù)脂進(jìn)入二回路系統(tǒng)，從而增加硫酸根離子的含量，影響核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)用沖洗水量大

通過(guò)近年來(lái)國(guó)內(nèi)核電站調(diào)試發(fā)現(xiàn)，機(jī)組首次啟動(dòng)沖洗水量大，沖洗時(shí)間長(zhǎng)，主要原因是凝結(jié)水精處理系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求比火電機(jī)組更嚴(yán)格(火電一般要求懸浮物<1000mg/L時(shí)即可進(jìn)入精處理系統(tǒng)，而核電通常要求懸浮物<500mg/L時(shí)才能進(jìn)入精處理系統(tǒng))，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性差。

2 凝結(jié)水精處理精密過(guò)濾器方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案的主要目的和內(nèi)容

2.1.1 避免破碎樹(shù)脂進(jìn)入二回路汽水系統(tǒng)

針對(duì)破碎樹(shù)脂分解造成硫酸根超標(biāo)，在凝結(jié)水精處理高速混床后設(shè)“后置”精密過(guò)濾器，過(guò)濾精度5μm，以截留破碎的樹(shù)脂粉末，提高二回路汽水品質(zhì)，保證核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.2 縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。

針對(duì)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、沖洗水量大，在凝結(jié)水精處理高速陽(yáng)床前設(shè)“前置”精密過(guò)濾器，以縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，提高核電站的經(jīng)濟(jì)效益

2.1.3 前置與后置過(guò)濾器的整合

“后置”精密過(guò)濾器、“前置”精密過(guò)濾器為同一設(shè)備，通過(guò)旁路切換運(yùn)行，啟動(dòng)時(shí) “前置”使用，正常運(yùn)行時(shí) “后置”使用。

2.2 方案流程

根據(jù)凝結(jié)水精處理精密過(guò)濾器的設(shè)計(jì)目的和前、后置過(guò)濾器的公用特點(diǎn)，對(duì)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)與精密過(guò)濾器進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，其流程圖圖1。

圖1 凝結(jié)水精處理及精密過(guò)濾器流程圖

精密過(guò)濾器可選用臥式、疊加布置，以減少主廠(chǎng)房占地面積。濾元采用大流量不可反洗式濾元，過(guò)濾精度為5μm，既減少設(shè)備投資，又可保證出水水質(zhì)。以下從兩個(gè)方面闡述本工藝的運(yùn)行原理。

2.2.1 機(jī)組正常運(yùn)行期間

V1，V2，V3自動(dòng)閥門(mén)均打開(kāi)，V4，V5，V6自動(dòng)閥門(mén)均關(guān)閉，此時(shí)工藝流程為：凝結(jié)水泵來(lái)凝結(jié)水→高速陽(yáng)床+高速混床→疊加臥式精密過(guò)濾器→凝結(jié)水升壓泵→軸封加熱器凝結(jié)水，即為圖中實(shí)線(xiàn)所表示的流程。

2.2.2 機(jī)組啟動(dòng)期間

V1，V2，V3自動(dòng)閥門(mén)均關(guān)閉，V4，V5，V6自動(dòng)閥門(mén)均打開(kāi)，此時(shí)工藝流程為：凝結(jié)水泵來(lái)凝結(jié)水→疊加臥式精密過(guò)濾器→高速陽(yáng)床+高速混床→凝結(jié)水升壓泵→軸封加熱器凝結(jié)水，即為圖中虛線(xiàn)所表示的流程。

2.3 疊加臥式精密過(guò)濾器的運(yùn)行控制

疊加臥式精密過(guò)濾器不設(shè)備用，當(dāng)過(guò)濾器進(jìn)出口壓差超過(guò)設(shè)定值時(shí)，即退出運(yùn)行，更換濾芯，此時(shí)部分凝結(jié)水經(jīng)過(guò)疊加臥式精密過(guò)濾器旁路。濾芯更換完畢后，重新投運(yùn)。除人工更換濾芯外，其它操作為程序控制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

過(guò)濾器初始正常運(yùn)行壓降小于0.02MPa，在最大流量負(fù)荷時(shí)過(guò)濾器進(jìn)、出口的最大壓差不得超過(guò)0.15MPa。每支濾芯總截污容量按破碎樹(shù)脂計(jì)應(yīng)不小于1.0kg，對(duì)5μm以上的固體顆粒去除率為99.99%。

過(guò)濾器的殼體和內(nèi)部多孔板應(yīng)以不銹鋼304制作，設(shè)計(jì)、建造和試驗(yàn)、按照GB150-1998《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.1 保證核電站安全可靠運(yùn)行

采用該后置過(guò)濾器工藝，主要從系統(tǒng)的安全可靠角度考慮。該后置過(guò)濾器可有效的防止破碎樹(shù)脂粉末進(jìn)入二回路系統(tǒng)后分解產(chǎn)生硫酸根離子，在提高凝結(jié)水精處理出水品質(zhì)的同時(shí)，延緩了蒸汽發(fā)生器傳熱管腐蝕破裂，保證了整個(gè)核電站的安全運(yùn)行。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

采用該前置過(guò)濾器工藝，可大大縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間、減少機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的沖洗水量；并可有效保護(hù)高速陽(yáng)床內(nèi)昂貴的樹(shù)脂免受污染，延長(zhǎng)其使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。

(1)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)調(diào)試數(shù)據(jù)表明，設(shè)前置過(guò)濾器后，機(jī)組每次啟動(dòng)可縮短的時(shí)間因不同的工程而不同，從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等。按12小時(shí)計(jì)，則每臺(tái)機(jī)組(AP1000單臺(tái)機(jī)組容量1250MW)每次啟動(dòng)因早發(fā)電而增加的經(jīng)濟(jì)效益525萬(wàn)元(按每度電0.35元計(jì))。而且，今后每次機(jī)組大小修后重新啟動(dòng)時(shí)，同樣節(jié)約525萬(wàn)元/次，而每臺(tái)機(jī)組該過(guò)濾器的投資費(fèi)用僅為450萬(wàn)左右。

(2)設(shè)該前置過(guò)濾器后，每次啟動(dòng)減少的沖洗水量～10000 噸(沖洗水流量～900t/h)，折合5.0萬(wàn)元(按沖洗水的制水成本5.0元計(jì))。

(3)如果不設(shè)前置過(guò)濾器，那么機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，為縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間通常都是將高速陽(yáng)床充當(dāng)過(guò)濾器用，陽(yáng)床內(nèi)的樹(shù)脂必然遭到嚴(yán)重破壞，陽(yáng)床樹(shù)脂再生擦洗水甚至象污油狀，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行后，陽(yáng)床樹(shù)脂就需要更換。AP1000單臺(tái)機(jī)組容量1250MW，每臺(tái)機(jī)組高速陽(yáng)床樹(shù)脂裝填量為58m3,需要費(fèi)用～230萬(wàn)元。

4 結(jié)論

本工藝?yán)猛粋€(gè)設(shè)備，通過(guò)旁路切換實(shí)現(xiàn)在機(jī)組正常運(yùn)行期間，精密過(guò)濾器具有后置過(guò)濾器功能，從而減少破碎樹(shù)脂進(jìn)入二回路進(jìn)而引起硫酸根超標(biāo)；而在機(jī)組啟動(dòng)期間，精密過(guò)濾器具有前置過(guò)濾器功能，大大減少了啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間，既節(jié)約了啟動(dòng)用水，又具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。綜合考慮，通過(guò)凝結(jié)水精處理精密過(guò)濾器的設(shè)計(jì)，無(wú)論從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都對(duì)AP1000核電站產(chǎn)生良好的效益，可以再其他核電站設(shè)計(jì)中推廣。