核电站凝结水精处理系统碱洗除去油污处理研究

核电站凝结水精处理系统碱洗除去油污处理研究

高云侦

福建福清核电有限公司  福建 福清  350318

摘要：蒸汽发生器对二回路给水有着较高的要求，凝结水精处理系统负责除去凝结水中的离子态及悬浮状杂质，保证除氧器给水满足要求。精处理系统处理水质的能力直接影响机组安全经济性及机组寿命，其混床在失效后需要进行树脂再生，混床由于再生时间长、再生工艺复杂的特点，要保证再生质量。混床再生效果好，净化出水指标会远好于期望值，混床总体累计净化流量基本都能达到250万吨以上且保证水质良好。如果再生效果差，导致混床累计净化量减少，造成人力和生产物资的浪费，许多核电厂都遇到过再生不彻底导致混床出水水质较差的情况，本论文梳理了混床再生过程中遇到的树脂油污污染、树脂分离不彻底、树脂混合不均匀等影响混床净化效果的问题，针对问题进行了分析并给出了解决办法，只有对再生工艺不断的进行研究和改进才能保证机组水质满足要求。

关键词：凝结水精处理；再生工艺；碱洗；

一.凝结水精处理系统（ATE）简介

凝结水精处理系统为永久性设置的系统，用以除去凝结水中的离子态及悬浮状杂质，  确保达到蒸汽发生器规定的给水水质。

1.1 主要功能

1)在机组启动阶段，投入ATE系统可使凝结水较快达到回收指标，从而减少凝结水的排放量，并缩短机组的启动时间；

2)在机组启动或正常运行期间，投入ATE系统可除去热力系统的腐蚀产物，为蒸汽发生器提供悬浮物质含量极低的给水；

3)在机组正常运行期间，投入ATE系统可除去凝汽器水侧或汽侧因微量泄露而进入凝结水的杂质，确保给水水质，满足热力系统的水化学要求；

4)在凝汽器发生微量泄露时，ATE系统作为应急措施，可使给水水质在短时间内免受凝汽器泄露的影响，有利于泄露事故的处理，从而达到蒸汽发生器安全运行。

1.2 系统装置及运行方式

1.2.1 系统主要装置

1、ATE主系统主要由5台阳床、5台混床组成，每台阳床和混床都设有中压树脂捕捉器；

2、设置两套体外再生装置，其中一套用于阳床的阳树脂擦洗和再生，一套用于高速混床阳、阴树脂的擦洗、分层、分离和再生；

3、设置酸、碱储存及计量设施和酸、碱废水中和设施；

4、设置三台净凝结水泵，正常为主用、副用及备用状态。

1.2.2 系统运行方式

全套凝结水精处理系统采用自动程序控制并且采用旁流式精处理凝结水。

在全流量处理情况下，4台阳床及混床运行，1台备用，待处理的凝结水从凝结水泵母管接出，先经过前置阳床处理，除去凝结水中大部分的氨，然后经过高速混床处理，以彻底除去凝结水中大部分的离子及悬浮杂质。混床出口的凝结水经过净凝结水泵送回主凝结水处理系统。与此同时，约有5%的净凝结水自动返回到精处理装置的入口母管，确保主凝结水达到全流量处理的目的。

1.3 凝结水精处理装置进、出口的凝结水主要水质指标

1.4 凝结水精处理系统阳床及混床失效标准

1.4.1 前置阳床运行的控制点为出水阴电导、压差值：

1)出水电导率、阴电导率（25℃）＜0.3us/cm

2)前置阳床前后压差＜0.3MPa；

3)树脂捕捉器压差＜0.1MPa

上述任一指标超标时，即表示阳床床失效。

1.4.2 混床的运行控制点为出水氢电导率、钠、二氧化硅、压差值：

1)出水电导率、阴电导率（25℃）＜0.08us/cm；期望值＜0.06us/cm

2)出水钠离子＜0.1ug/L；期望值＜0.06 ug/L

3)出水二氧化硅≤15ug/L；

4)混床压差＜0.3MPa；

5)树脂捕捉器压差＜0.1MPa；

上述任一指标超标时，即表示混床失效。

二、福清核电厂3#机组ATE系统树脂再生除去油类污染的方法研究

2.1 研究背景

2.1.1福清核电厂2#机组ATE系统混床树脂存在油类污染造成SG排污钠离子高

 图一 2# 机组ATE系统再生塔内阳树脂油污染照片

福清核电厂2#机组ATE系统投运后，出现SG排污钠离子高现象，并且经过连续正常步序再生混床三次后，2#机组SG排污的钠离子仍然高于控制值。根据现场混床再生分离观察，在分离过程中观察到树脂抱团、分离末期仍有树脂漂浮、悬浮、聚团现象，反洗排水可见水面油膜,分离结束后的落床树脂层在正洗前后高度相差30cm左右等典型症状，判断为树脂受到油类污染。污染后的树脂，阴阳聚团，难以分离，形成一定程度的交叉污染，是混床出水Na+偏高的主要原因。（混床的阳、阴树脂油类污染分别见图一、图二）

2.1.2 针对现场发现的问题、现象以及处理意见

2.1.3 降低油类污染影响的分析及处理方法原理

2.1.3.1降低油类污染影响分析

对此2#机组ATE系统油类污染问题，需要编制专门的操作票，制定以去除树脂油污染的操作工艺，并制定专门的再生方案，提出各注意事项，期望阳树脂的再生度达到99.5%以上。污染清除到一定程度（不可能达到彻底）时，分离不清、分离度不高的问题将迎刃而解，交叉污染可缓解到可以接受的程度。运行中前置阳床树脂上的油类，将随着运行水流，缓慢的向混床迁移，污染问题将在一定时间内存在。

2.1.3.2 处理油污染方法原理

对于使用的ROR方式进行的再生工艺调整，已收到一定效果，证明是一种有效手段。

ROR处理方式原理为：先对阴树脂进行再生，然后在SPT中进行二次分离，将已经转为钠型的阳树脂利用其密度增加的有利条件，在分离中回归阳树脂集团，部分缓解交叉污染。此法解决污染问题程度有限，但不失为一种有效方式。

2.2 研究3#机组ATE系统除去树脂油类污染方案

2.2.1 二回路中油类杂质的来源及危害

二回路水理论上是不应含油类杂质的，但在实际运行中，二回路内各水泵、阀门等设备本身制造的缺陷、设备密封不严、管道防腐层析出等原因，都可能导致其润滑油等油类杂质进入二回路，从而造成二回路水质的油污染。

如果树脂附上油将被油污染，不仅影响阴阳树脂无法分离，而且油附在树脂多孔结垢表面，导致树脂无法交换离子。

2.2.2 除去树脂油类污染的实施方案

2.2.2.1 机组间相同系统之间的差异

福清核电厂3#机组ATE系统与1/2#机组的设备厂家不同、调试厂家不同及安装有所差别，但床体内装填树脂类型、工艺流程及主要设备相同，故2#机组发生油类污染的问题同样会发生在3#机组ATE系统上，但除去树脂油类污染的方案受机组间设备及安装的不同而不能替用。

2.2.2.2 独特的分离塔树脂碱液侵泡除油法

经过对图纸和现场系统反复研究，最终开辟3#机组ATE树脂除油污新方案。通过碱再生系统管道把经过再生喷射器稀释后的氢氧化钠碱液（3%浓度）打进混床阴树脂再生塔（以下简称阴塔），再通过混床分离塔和阴塔之间的阴树脂传送管道和阀门（3ATE312VR）把阴塔的碱液反打进分离塔，待分离塔的顶部排气阀有碱液溢出后，关闭树脂输送阀并停运再生泵，使混床分离塔内的树脂在稀释的碱液中浸泡2个小时，除去树脂上被沾污的大部分油类污染，最后通过分离塔的充水、排水、擦洗、冲洗等步骤重复操作，排出油污及碱液混合废水，使其达到除去树脂油污的效果。

2.2.2.3 具体操作方案流程图

首先打开分离塔的顶部溢流阀3ATE311VJ,稀释的碱液通过再生泵3ATE503/504PO经过阴塔再生阀3ATE323VR 进入阴塔3ATE302CW，待阴塔压力表3ATE302LP达到0.1Mpa时（防止分离塔内树脂流出到阴塔），打开阴树脂输送阀3ATE312VR,此时碱液进入分离塔3ATE3021CW,待观察到3ATE311VJ管道有液体流出时，先关闭3ATE312VR，再停运再生功泵3ATE503/504PO，再关闭3ATE312VR、3ATE311VJ等，分离塔内树脂在碱液中侵泡达到除去油污目的。

图二  混床再生分离塔树脂碱液侵泡除油法

2.2.2.4 碱洗除油擦洗前、后的效果

目前3ATE系统已编写并使用《FQ3-ATE-C-082 混床分离塔301CW进碱及擦洗操作票（手动）》进行全部混床碱洗除油操作，其下图是碱洗除油前擦洗排水（图四）、碱洗除油后擦洗排水（图五）效果。

从图四可以看出分离塔碱洗除油前的擦洗排水只是浑浊脏污，是由二回路脏污水质经过ATE系统床体时被净化所致，而通过图五的排水可以明显看到经过碱液泡洗后树脂上的油污被除去，随擦洗排放出来，呈现出黑色油污及油泡沫现象。

由此看出，通过碱液泡洗分离塔内的树脂，可以将大部分油类除去，避免树脂再生不充分导致混床处理水流量减少，二回路水质恶化，同时增加现场值班员的再生工作量。

2.2.2.5 碱洗再生后的混床出口水质效果

经过碱洗后3#机组ATE的3号混床（其余混床出水水质也很好，在此举此一例）树脂在运行时出口水质得到明显的改善，其中电导0.057 us/cm，远低于控制值0.1us/cm且低于期望值0.08us/cm；钠离子0.058 ug/l，远低于控制值0.1ug/l且低于期望值0.06ug/l；总硅2.2ug/l,远低于控制值15 ug/l；累计处理流量也达到270万（正常混床累计处理量最大值是250万左右）且出水水质良好，见图六。

图三  3#机组 3号混床运行的出口水质及累计流量

三结束语

凝结水精处理系统是二回路水质净化最关键设备，机组水质的好坏不仅影响机组安全经济性，还影响机组寿命。通过对3#机组ATE系统树脂再生除去油类污染的方法研究，编写了适合3#机组ATE系统树脂除油污的操作票，解决了混床树脂被油类污染造成的树脂抱团及交叉污染所带来的再生不彻底的问题，，减轻了运行值对机组水质运行控制的负担，提高了凝结水精处理系统混床的出水水质，其精处理系统出水钠离子等指标远好于期望值，水质在同类型机组处于先进水平，得到化学处及其它电厂好评。此树脂除油污研究方案的成果切实提高了ATE凝结水精处理系统设备的可靠性和实用经济性。

参考文献

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