任軍兵+白春淼+宋煒

【摘 要】為保證核電機組二回路給水水質，行業(yè)內目前普遍采用凝結水精處理系統(tǒng)對二回路凝結水進行處理，以期達到水質指標要求。本文通過對參考電站凝結水精處理系統(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。

【關鍵詞】核電；凝結水精處理；改進

0 前言

凝結水精處理系統(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。其位于凝結水泵與低壓加熱器之間，對二回路水中雜質離子進行樹脂交換處理，保證蒸汽發(fā)生器供水水質。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物和離子雜質，為蒸汽發(fā)生器提供懸浮物質含量極低的給水；

（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，凝結水精處理系統(tǒng)的運行可除去漏入的微量溶解性礦物質，阻止冷卻水中的雜質進入常規(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)的設置對保證核電機組二回路高質量的水質、確保核電設備安全經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、混床單臺設備處理量降低，處理設備與再生設備的冗余的設計保證系統(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，其錐體粘結的排水裝置結構容易堵塞和損壞；

（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，出水水質得不到保證。

經過查找、分析，其產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計不合理，布水裝置為水平擋板并在下方設置4個出水大噴頭，導致樹脂在大水流、較高流速下受到沖擊而出現(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，由于自身的結構問題，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)設計工藝有針對性進行了設計改進：

（1）合理選擇樹脂、設計離子交換器，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）設置二次混脂功能，一旦陽、陰樹脂在混床內分層后，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，技術上采取的措施為：

（1）樹脂應當滿足技術指標，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、混床改進設計后，三級布水裝置有利于布水均勻，水流流經更長距離，通過多次能量轉化，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，其平衡管設置于罐體外部，混床平衡管設置于樹脂內部。

平衡管的設置對壓力容器整體的布水裝置起輔助作用，使得前置陽床、混床內壓力分布更均勻。

3.2 樹脂分離再生

目前國內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。

3.3 破碎樹脂收集分析

系統(tǒng)在前置陽床、混床出水口設置樹脂捕捉器，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。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)技術改造可以更換為立式樹脂捕捉器。

4 分析與結果對比

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要求，布水裝置更加合理，而且設計了平衡管，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，能夠實現(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)，造成水質污染，硫酸根超標。

5 結論

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，確保二回路水質達到技術要求，其改進是合理的，可為同類核電ATE設計提供參考。

【參考文獻】

[1]朱興寶.嶺澳核電站二期凝結水處理系統(tǒng)重大技術改進[J].核動力工程，2009，30（6）：1-5.

[責任編輯：朱麗娜]