朱慧敏,張 巖,楊莉莉,宛 磊
(山東中實易通集團有限公司,山東 濟南 250002)
某核電廠除鹽水處理系統(tǒng)以水廠系統(tǒng)產(chǎn)水為水源,經(jīng)細砂過濾、活性炭、反滲透、離子交換處理,生產(chǎn)出達到《AP1000化學手冊》要求的除鹽水。
除鹽水處理系統(tǒng)設計系統(tǒng)出力為2×120 t/h,滿足電廠在各個工況下,如啟動、停機、長期停運保養(yǎng)和正常運行所需的除鹽水量。該系統(tǒng)主要由預處理單元、反滲透單元、離子交換單元組成,主要設備清單見表1。除鹽水處理系統(tǒng)給細砂過濾、活性炭吸附,反滲透預脫鹽,離子交換系統(tǒng)處理后制出合格除鹽水,系統(tǒng)工藝流程見圖1。
圖1 除鹽水處理系統(tǒng)流程圖
目前常規(guī)火電調試中,進度往往是最受關注的,在系統(tǒng)安裝沒有完工,調試就已經(jīng)介入,以調試促安裝,調試與安裝交叉作業(yè),沒有明確的“建安向調試移交”的概念,而這樣交叉作業(yè),本身就存在很多的安全隱患。 安全生產(chǎn)對于核電廠運行意義深遠,影響重大,所以核電廠從工作模式上也體現(xiàn)出與常規(guī)火電調試模式不同。 在建安單位完成向調試移交之前,系統(tǒng)的管轄屬于建安單位,調試如有提前介入進行的工作需要得到建安許可,遵守建安相關的管理規(guī)定。TOP之后,系統(tǒng)的管轄權屬于調試,建安方的任何尾項或消缺工作都必須取得調試許可,做好隔離,辦理工作票,這就大大降低了交叉作業(yè)帶來的安全風險。
任何工程都會考慮進度,核電也不例外,為了在保證安全的前提下,合理加快整體進度,根據(jù)調試邏輯、功能完整性、可隔離性、區(qū)域性等原則,將每個系統(tǒng)劃分了若干子包。 每個子包有相對完整的功能,可以開展調試工作,每個子包都可以與其他子包或系統(tǒng)進行可靠的隔離。 移交以子包為單位,不需等整個系統(tǒng)安裝完工才開始調試,這樣既保證了安全,又可保證合理的工程進度。
除鹽水處理系統(tǒng),按照調試邏輯及功能的完整性劃分為4個移交包,按移交時間順序依次為:除鹽水PLC系統(tǒng),除鹽水預處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、離子交換系統(tǒng)。
除鹽水調試期間,壓縮空氣系統(tǒng)不可用,采用臨時空壓機做氣源,配備過濾、干燥裝置,排氣壓力0.76~0.86 MPa,壓縮機流量不小于2 m3/min。
調試期間,非放射性廢水處理系統(tǒng)不可用,采用臨時排水。將廢水輸送泵出口母管電動閥下游法蘭解開,通過法蘭連接臨時管(碳鋼管或軟管均可)到電動閥出口,引入就近雨水井。
離子交換系統(tǒng)調試過程中需要對樹脂進行酸堿浸泡預處理,陽床進堿和陰床進酸通過正式系統(tǒng)無法實現(xiàn),需要連接臨時系統(tǒng)。
2.3.1 除鹽水PLC系統(tǒng)調試
包括PLC系統(tǒng)檢查及上電、電源切換、主從站切換、網(wǎng)絡切換試驗。
2.3.2 預處理系統(tǒng)調試
儀控試驗。根據(jù)程序試驗卡進行預處理系統(tǒng)回路檢查、報警檢查、聯(lián)鎖保護及順控試驗。
凝聚劑系統(tǒng)調試。系統(tǒng)沖洗檢漏,試轉計量泵、整定泄壓閥,流量校準。
濾料浸泡及過濾器沖洗。將細砂過濾器沖洗至出水目視清澈,濁度不大于1 NTU,然后對活性炭過濾器沖洗至出水目視清澈,濁度不大于1 NTU,測定活性炭過濾器出水母管SDI小于5、余氯不大于0.02 mg/L,滿足反滲透進水條件。
2.3.3 反滲透系統(tǒng)調試
儀控試驗。根據(jù)程序試驗卡進行反滲透系統(tǒng)回路檢查、報警檢查、聯(lián)鎖保護及順控試驗。
阻垢劑加藥系統(tǒng)調試。阻垢劑采用11倍濃縮液。
反滲透裝置調試,往淡水箱制滿水,為離子交換調試作準備。
試轉反滲透清洗裝置。
2.3.4 離子交換系統(tǒng)調試
儀控試驗。根據(jù)程序試驗卡進行離子交換系統(tǒng)回路檢查、報警檢查、聯(lián)鎖保護及順控試驗。
樹脂填裝后用水沖洗樹脂至出水無泡沫。
酸堿貯存系統(tǒng)及計量系統(tǒng)沖洗檢漏后,往酸堿貯存罐進酸堿。
酸堿浸泡預處理。
陽床、陰床、混床再生(初次再生劑量為正常劑量2倍),制出合格除鹽水,實際水質分析結果見表2。
2.3.5 整套程控運行
細砂過濾器滿水→正洗→制水→活性炭過濾器滿水→正洗→制水→反滲透低壓沖洗→反滲透系統(tǒng)投運→反滲透運行→淡水箱。
陽床滿水→正洗→運行→陰床滿水→正洗→運行→混床滿水→正洗→運行。
表2 除鹽水水質分析結果
6臺細砂過濾器進行反洗和擦洗后,正洗時發(fā)現(xiàn)其中1臺正洗排水管中有明顯漏砂現(xiàn)象,而且隨沖洗時間延長不見好轉。幾次試圖通過水力反洗改善承托層的級配,漏沙依然存在,而且從反洗砂層面看,明顯配水不均勻。分析其原因,是由于承托層部分濾料圓度均勻度不好,在反洗過程中形成較大縫隙,造成局部短路,使粒徑小于此縫隙的砂子從縫隙持續(xù)漏出。依靠水力反洗已無法恢復正常的承托層級配,只有重新填裝合格濾料才能解決。
SDI也稱為污染指數(shù),是表征反滲透系統(tǒng)進水水質的重要指標,直觀反映反滲透膜污堵的可能性。調試期間發(fā)現(xiàn),活性炭出水濁度大于1 NTU,SDI大于5,無法滿足反滲透進水要求。對預處理進水和出水指標進行分析,發(fā)現(xiàn)原水水質不穩(wěn)定,濁度大于10 NTU,細砂出水水質波動也比較大。根據(jù)過濾機理[1],膠體表面的電荷對濾料有排斥作用,容易穿透濾層。而凝聚劑可以中和膠體表面電荷,從而改善截留效果。因此在過濾初期,進水投加聚合鋁凝聚劑(5 mg·L),出水濁度改善很快,出水水質穩(wěn)定,SDI測試合格。數(shù)據(jù)見圖2。
圖2 加藥前后濁度對比
隨著過濾的進行,當砂層上表面形成比較致密的截污層后,不需再投加凝聚劑,出水也完全合格。
細砂過濾器擦洗步序為開羅茨風機排空閥→啟動羅茨風機→開細砂過濾器進氣閥、排氣閥→關排空閥。在擦洗步序中開進氣閥和關排空閥是同時進行的,在某次試驗過程中排空閥已關閉但是進氣閥仍未打開,造成羅茨風機,安全閥動作。羅茨風機為容積式風機,風機正常工作中,嚴禁完全關閉進、排氣口閥門,否則會超負荷引起安全閥動作,造成設備損壞。 為防止此問題的頻繁發(fā)生,對步序進行改進,擦洗步序中進氣閥開指令出后延時60 s關排空閥。擦洗結束排氣閥關反饋到位后關羅茨風機。
擦洗結束后開羅茨風機排空閥→關細砂過濾器進氣閥、排氣閥→關羅茨風機。擦洗結束時,羅茨風機和進氣閥同時關閉,由于進氣閥設計為氣動隔膜閥,開關時間較長,出現(xiàn)風機停運但是進氣閥還未關到位,導致過濾器內的水倒流入進氣管,故羅茨風機排空管內總是有水排出。 對步序進行如下改進:進氣閥關反饋到位后再關羅茨風機,優(yōu)化圖見圖3。
圖3 細砂過濾器擦洗步序圖
調試時發(fā)現(xiàn)阻垢劑計量箱液位在不啟動阻垢劑計量泵運行的情況下液位降低。
分析原因。首先檢查阻垢劑計量箱排污閥未打開,排除從排污閥跑藥的可能性。關閉三個阻垢劑計量泵進出口閥觀察一段時間后發(fā)現(xiàn)計量箱液位不再下降。初步分析應該是計量泵出口到加藥口管道上有漏點,形成了虹吸將藥析出。經(jīng)仔細排查發(fā)現(xiàn)是由于導電度取樣閥及pH取樣閥開著,形成了虹吸造成的。
解決方法。每次制水時將導電度取樣閥及pH取樣閥打開,制水完成后再將取樣閥關閉,來防止系統(tǒng)停運狀態(tài)下阻垢劑流失。
反滲透膜元件型號為 BW30-400/34i,144支/套,采取16:8排列。反滲透進行低壓沖洗時,啟動沖洗水泵開沖洗進水閥、濃水排放閥和淡水排放閥。沖洗過程中打開一段膜元件淡水側取樣閥基本取不出水樣,說明反滲透膜元件里不是充滿水的狀態(tài)。膜元件安裝在反滲透系統(tǒng)的壓力容器內,滿水是反滲透停運保養(yǎng)要求。
原因是淡水排放口位置低,沖洗過程中淡水側的水從淡水排放閥過快的流出,導致頂層膜元件充不滿水。
改進方法。沖洗時關淡水排放閥,將沖洗滲透到淡水側的水排至淡水箱,保持出口一定的背壓,從而保證沖洗完成后,反滲透內滿水狀態(tài)。
若除鹽水有機物超標進入水汽系統(tǒng),受熱分解后產(chǎn)生低分子有機酸和CO2,可能會導致氫電導率超標和水質pH值下降,可揮發(fā)的有機酸還會對蒸汽流通部分和汽輪機產(chǎn)生腐蝕作用,因此監(jiān)督水質中有機物含量尤為重要[3]。TOC是水中有機物所含碳的總量,對有機物氧化率很高,能夠準確全面直觀地反映水體中有機物的含量。故調試時對混床出水TOC進行了嚴格監(jiān)控。
調試初期混床再生結束后,取樣化驗,電導率、活性硅、氯離子均合格,但測得TOC超出指標范圍,故整套運行用大量水沖洗TOC,經(jīng)過兩天連續(xù)沖洗將TOC降到了指標范圍內。圖4為某時段各設備出口TOC變化趨勢,每8 h取樣一次。從圖中可以看出,經(jīng)反滲透處理后,大部分有機物均可被去除。值得注意的是陰床出口TOC遠大于陽床出口TOC,分析造成此現(xiàn)象的原因是陰樹脂本身的聚合小分子電離出陽離子態(tài)有機物。陰樹脂為強堿型丙烯酸系樹脂。由于陰樹脂量比較大,在酸堿浸泡預處理階段陰樹脂本身的聚合小分子電離出陽離子態(tài)有機物沒有完全去除,由于陰樹脂沒有去除陽離子的能力,故陰床出水TOC含量增大。陰床出水經(jīng)過混床,混床內樹脂陰陽離子態(tài)物質均可除去,故TOC含量減小。
圖4 TOC變化曲線
過濾器底部出水建議采用水帽。由于過濾器漏砂會嚴重影響正常運行,建議過濾器底部配水系統(tǒng)使用水帽。水帽機械強度高,比縫隙面積大,有效防止漏砂。
阻垢劑計量泵出口加背壓閥。上述3.4講到由于導電度取樣閥及pH取樣閥開著,形成了虹吸而造成阻垢劑流失。為解決此問題可以在阻垢劑計量泵出口母管處增加背壓閥[2]。流體從背壓閥進口進入,被膜片阻擋,于是流體對膜片產(chǎn)生向上的壓力。只有壓力足夠大時,彈簧被壓縮,流體頂起膜片形成通道,才會從背壓閥出口流出。所以背壓閥能消減由于虹吸產(chǎn)生的流量及壓力的波動。經(jīng)過實際測量,虹吸水柱高度為2.5 m,計量泵出口壓力為0.5~1.0 MPa,因此可選用0.1 MPa的背壓閥。
阻垢劑流量聯(lián)鎖。反滲透阻垢劑是反滲透系統(tǒng)的關鍵設備,阻垢劑可延緩鈣鎂離子的析出和膜面結垢,提高產(chǎn)水量和產(chǎn)水質量,降低運行費用。為保證反滲透膜的安全,運行期間高壓泵啟動會聯(lián)鎖啟動阻垢劑計量泵。 但是不排除計量泵雖然啟動,泵本體不出力的可能性,故建議添加阻垢劑流量與高壓泵聯(lián)鎖。一套反滲透運行情況下阻垢劑計量泵流量為10~12 L/h,若流量小于10 L/h,則連停高壓泵,保證阻垢劑確實加入系統(tǒng)。
核電廠較常規(guī)火電廠對水質要求更高。若水質不良,可能會對二回路系統(tǒng)設備和管道造成腐蝕、結垢和積鹽,影響電廠的長期、安全、經(jīng)濟運行,控制除鹽水水質尤其重要。
[1] 施夑鈞,王夢聚,肖熱力.熱力發(fā)電廠水處理[M].北京:中國電力出版社,1996.
[2] 中華人民共和國電力工業(yè)部.火力發(fā)電廠化學設計技術規(guī)程[M].北京:中國電力出版社,1996.
[3] 齊文啟,孫宗光,陳偉軍,等.總有機碳及其自動在線檢測儀的研制[J].現(xiàn)代科學儀器,2005(6):27-36.