核电厂凝结水精处理设备运行试验及运行探讨

核电厂凝结水精处理设备运行试验及运行探讨

李强

福建福清核电有限公司  福建 福清  350300

摘要：随着我国核能发电规模的扩大，对核电凝结水精处理能力提出了更高的要求。随着我国核能工业的快速发展，为满足日益增多的水量、水质日益提高的要求，本文拟对目前常用的柱型装置的容量与填料高度之间的关系进行深入的分析，并对其进行工程化应用。

关键词：核电常规岛；凝结水精处理；设备运用

引言

凝结水精处理是核能二次循环中的一个关键环节，其主要包括前置阳床、高速混床（简称阳床）和树脂捕集器，根据《火力发电厂化学设计技术规程》，3200mm的设备最大处理能力为965m³/h，树脂层数在1000-1200mm之间，当单个单元的凝结水低于3860m³/h时，前置阳床和混床一般按照4用1备进行配置，但如果单元单元的凝结水大于4000m³/h，则需增设一套设备（5用1备），设备投入将提高20%。在 pH值为9.7-9.8的核冷凝水的精化过程中，预阳床的树脂高度为1200mm，相应的操作时间为2-3天。为了提高精处理设备的运行流量，并延长其运行周期，必须使用直径3200 mm的柱形设备，并对设备的树脂层高进行调节，并展开模拟试验。利用在模拟运行试验过程中得到的数据，以及在工程应用中的实际运行水质指标，对凝结水精处理设备超流量运行的可行性进行了阐述。

1试验材料与方法

1.1试验原理

核电厂凝结水精处理系统是以阳离子混合床为填料，以离子交换树脂为填料，除去水中的盐类及悬浮物。该系统的进气系统由一种新型的折流片和一种新型的多孔板式分离器组成，经过实验测试，其空气阻力均在0.005 MPa以下。在出水口上，设计了一种带有弯曲孔的水槽，并配有一个分离器，经过试验，抗风能力在0.015 MPa左右。阳离子型混合床的阻力主要包括进出水的阻力以及树脂层的高度。在此基础上，通过树脂层间的流体的摩阻损失为阳离子混合物的摩阻损失。圆筒体的直筒体高为2米，从直水装置的底面到出水装置的顶面之间的距离大约为2150mm，充填在装置中的树脂层的高度是1200mm、1300mm和1400mm，对应的水枕的高度是950mm、850mm和750mm。填料粒子的湿态真值与其水质相近，在中水环境中容易流通。在对流动的干扰很小的情况下，树脂粒子会被悬浮在空中。利用树脂粒子的上述特征，结合其在填料中的液阻变化，实现对填料的流动速度、填料的高度等进行有效的调控，进而对填料的流动速度、填料的厚度等进行有效的评价。

1.2试验方法

在不同树脂层高（1200 mm、1300 mm、1400 mm）的条件下，在965 m³/h到1200 m³/h的流量下进行操作，对装置中的树脂状况进行观察，并对床层的压力差进行记录[1]。

1.3试验结果与分析

在所需的条件下，对所需的流量、进口、出口等进行了详细的分析，并对各种树脂层的流量等参数进行了分析。在965m³/h的情况下，对应的床层流速是120m/h，按照体系的规定，阳离子混合床的工作压力差通常不超过0.2 MPa。

在同一层位上，压差随流体速度增大而增大，与流体速度呈正比关系。在同样的流体速度下，随着树脂厚度的增加，两种流体之间的压差逐渐增大。该曲线的坡度随树脂层的高度而增大，在1400mm的树脂层厚度下，坡度变大。按照说明书，当树脂层高为1400mm时，装置的流速为965m³/h，压力差大于0.2 MPa；一般情况下，在设计留出裕度的情况下，阳离子型混合床的净床操作压力差为0.175 MPa。在树脂层高1300mm的装置中，最大流速大约是1005m³/h，对应的操作处理量是125m/h；在1200mm的树脂层高度的设备中，最大流量大约是1100m³/h。对应的工作流率大约是136m/h。

在该装置中，对树脂的状况进行了观测，发现其层高分别为1200mm，1300mm，1400mm。实验期间，树脂层表面没有发现显著的缺陷，但是，装置的流速大于1100m³/h，且有少数的树脂在装置的树脂层上悬浮，其高度分别为1200mm和1300mm，提示有缺陷的起动因子。在1400mm的树脂层高的装置中，流速是965m³/h，有几个树脂脱落，说明对树脂层有轻微的扰动。这与树脂层的高度增大、水屏障的高度减小相关，即装置树脂层之上的水屏障高度不能低于850mm。

1.4试验结论

通过对试验结果的分析，首先，对于具有1400mm的树脂层的装置，其最大操作流量应该不超过885m³/h，也就是说，流动速度应该不超过110m/h。其次，1300mm的树脂层高的装置，其最大操作流量应该不大于1005m³/h，也就是说，流动速度应该不大于125m/h。其三，对于具有1200mm的树脂层高的装置，其最大操作流量应当不大于1100m³/h，也就是，流速应当不大于136m/h。其四，若设备均在较高的流量下运行，那么在床层树脂层的上方，水垫的高度应该不低于850mm

[2]。

2工程应用

在此基础上，提出了百万级核电厂凝结水精处理装置的设计方案，其中，树脂层数为1300mm，用于混合床。该设备的配置方式为“四用一备”。实际生产中的污水指标能较好地反映出该装置的适应性。项目混床在2.15 MPa的运行压力下的电子记录数据显示，电导率指数与纯水非常接近，钠和硅指数达到 Pic值，远远低于项目设计指数 Na+<0.1μ G/L，电导率<0.08 m S/cm，硅<2 m g>

3对凝结水精处理系统设计及设备选型的一些思考

3.1系统方案的选择

当前，我国凝结水精处理多为不带预滤器的混合床。

再生主要通过体外培养实现。主要有色谱柱的分离再生、锥柱再生和介质萃取再生。在实际运行中，从再生的结果来看，柱层析-再生法明显好于其它几种方法。这也是为什么目前我国正在建设的核电厂凝结水精处理大多是以塔式分离和再生为主。

无论是对新建还是对原有的设备进行大修，在运行过程中，二次回路的水质量都很低。为减少设备的操作周期，凝结水精处理系统往往在出水未达到系统标准时就开始投运，从而加大了原阳离子层树脂“中毒”的风险。在此情形中，可将过滤器加入到该系统中。在启动阶段，对进入的水进行了过滤，以达到尽可能快的速度达到要求，从而保证了阳离子层的正常运转；当系统运转良好时，可以打开阀门，重新设定过滤装置，以便截留细小的微粒，例如树脂粉[3]。

3.2主要设备、产品的选择和使用

由于用户有能力对以前的体系中存在的问题作出大量的改善，并且有足够的证据来验证改善方案，因此，在工厂开始运作的时候，污水指标就符合《化学和放射化学技术规范》中所规定的要求。如预阳离子床层、混合床层等，为了使其具有较好的流动性能、较高的粘胶性能，采用了圆柱型容器，代替了在热力场中通常采用的球型容器。其特点是：填料高度高，能有效地确保二次搅拌高度。在此基础上，对塔筒上部的进水口进行了改造，并对其进行了数值仿真实验。在计算机模拟的基础上，对1:1的装置进行了小试，并在实验的基础上对设计参数进行了微调。为保证该装置的安全、可靠运行，研制出了该装置。并对所设计的二次搅拌函数进行了试验，最后得出了满足设计需求的设计参数。并对所用的树脂进行了一系列的试验，从中筛选出最合适的树脂。这也就要求，在进行新设计或者是需要进行进一步改良的设计的时候，一方面，要对之前的类似设计进行仔细的总结和学习，另一方面，也要对新的产品或者新的想法进行充分的展现和测试，以避免今后的修改工作会有所增加。

结语

核电凝结水精处理是一种对核电生产有很大影响的次级循环。在试验设备中，充填树脂层的高度为1200mm和1300mm时，可能会超过说明书中所说的操作电流，但是这个超出数值是指充填树脂层的高度。冷凝水精化混合床运行时，其含水量可达2 pg/L。当采用这样的设备时，在设计中，水的厚度应不低于850mm。在百万级以上的核电厂中，应针对其运行状态，选择合适的设备直径、树脂层高度及设备个数，以达到最优的性能要求。

参考文献：

[1] 张宝军. 凝结水精处理运行控制现状与优化研究[J]. 给水排水,2020,46(1):73-76.

[2] 杨雪彬. 660MW火电机组凝结水精处理系统运行优化[J]. 流体测量与控制,2022,3(3):55-57.

[3] 和慧勇,田文华,贾予平,等. 凝结水精处理运行优化技术在1000 MW机组上的应用[J]. 热力发电,2014(12):110-113.