秦山第二核电厂凝结水精处理系统改造

[摘要]:蒸发器水质问题是影响秦山第二核电厂安全稳定运行的重大缺陷之一，经过近几年的观察、试验，结合外部经验和系统实际情况，对系统实施有针对性的改造，使二回路水质有了明显改善和提高，为机组的长期安全稳定运行提供了有力的保障。

[关键词]：水质； 凝结水精处理系统； 离子交换树脂； 再生； 树脂分离

中图分类号：C35文献标识码： A

长期以来，蒸发器水质超标问题一直列为秦山二期十大缺陷之一，由于钠离子偏高导致WANO化学指标大大超过世界中值水平，蒸发器长期在这种水质下运行对传热管寿命存在严重的威胁。为此，公司领导非常重视，成立专门水质小组致力于改善电厂的水质问题。经过近两年的观察、试验，结合外部经验以及本电厂的实际情况，对现有系统进行改造和运行方式的改进，取得了良好的效果。

一、精处理系统简介

秦山第二核电厂精处理系统流程为阳床+混床，各设置5台，四用一备。这种设置具有以下优点：1、由于设置前置阳床，混床处理的是酸性水，增加了去除阴离子的能力，阴树脂的工作交换容量也因此提高。2、前置阳床去除了凝结水中大部分的氨，使混床运行周期大大提高，再生次数减少，减少了树脂的破碎。3、进入混床的铁含量低，有效减少混床阴树脂的铁污染，混床出水CL-、SO42-就比较低。4、由于有前置氢，绝大部份钠离子已被除去，再加上混床中已无氨离子与钠离子竞争，混床出口钠离子的泄漏也减少了。

再生采用体外再生方式，设置树脂分离塔、阳再生塔、阴再生塔兼混合塔，再生剂为浓硫酸和氢氧化钠，树脂采用气水输送方式。设计满负荷运行流量为2800t/h，运行方式为全流量处理。

二、存在的问题

秦山二期二回路水质控制设计了凝结水精处理系统（ATE），在二回路启动和正常运行期间进行全流量处理。电厂运行初期，按照设计运行方式运行时，蒸汽发生器水质长期维持在2区，甚至有时会到3区，也就是Na+维持在15-20ppb之间，虽然满足机组满功率运行时技术规范的要求，但与其他电厂相比，Na+离子明显高出同类电厂的数倍，对蒸发器传热管寿命存在严重的威胁。

三、问题的分析

通过对ATE系统流量调整试验，发现存在ATE处理流量越大，蒸汽发生器排污水质Na+离子越高、但阳电导率能降低，停运ATE系统则Na+离子降低，但阳电导升高的现象。证明ATE除盐床有漏钠的现象，属再生效果不好。

离子交换树脂出水水质的好坏，取决于树脂再生的好坏，混合床出水水质的好坏最关键的技术在于树脂分离的效果。树脂分离程度越高，其出水水质越好。因此，改善混合床的再生效果必需从树脂分离上考虑。

为了改善树脂分离的效果，在树脂再生方式上采用碱浸泡的方式进行改进。即失效树脂进入分离塔后，首先进行碱液浸泡，将阴树脂由失效的氯型转化为氢氧型，利用氢氧型树脂真密度小于氯型树脂的原理，增加分离塔内阳阴树脂的密度差，反洗后更容易分层。经过这样处理后，再生效果有了一定程度的改善，单台混合床（流量为600t/h）投运后，蒸发器内能控制在2ppb左右，处理流量越大，Na+离子越高。为了平衡Na+离子和阳电导率的矛盾，ATE系统被迫采用25%流量运行方式，排污水Na+离子控制在2ppb左右、阳电导率也得到了有效控制，蒸汽发生器水质能维持在1区运行。

经过反复对ATE系统树脂再生情况进行观察以及试验，确定目前系统存在以下问题：

1、按照树脂的展开率计算，目前分离装置高度无法满足树脂彻底展开的要求，这样将直接影响树脂的分离沉降。

2、分离装置底部输送阳树脂设计不合理。

3、分离装置阴树脂输送口设计太低。

4、阴再生塔底部输送树脂不干净。

5、阴阳树脂粒径相差太小导致分离困难。

6、树脂输送过程控制存在缺陷。

针对以上存在的问题，进行相关的分析：

1、针对分离塔分离高度不够的问题分析：由于目前分离塔已达到厂房的顶部，如更换分离塔，将影响整个厂房的结构，同时也考虑分离塔属预装设备，目前进行更换难度太大，因此不能考虑。

2、分离塔底部直径为1800MM，输送阳树脂的管口位于分离塔底部中央，管口直径为80MM。分离塔底面积与输送管口面积相差太大。在输送过程中，靠近管口附近的树脂很容易送出，而离管口较远的树脂基本不动，管口附近的树脂逐渐由上层树脂来补充，最终在输送同样体积的树脂时，阴树脂已穿透，形成“漏斗”形式。这样在阳树脂输送过程中，容易造成混脂层的穿透，大量阴树脂进入阳树脂中，影响出水水质。在实际操作过程中也发现，每次阳树脂输送到阳再生塔进行反洗后，发现阳树脂上有大约3-5mm厚度的阴树脂。如图一所示：

3、分离装置阴树脂卸脂口设计在阴阳树脂界面上100MM处，一般树脂混脂层设计厚度为500MM（上300下200），所谓混脂层即阴阳树脂混合比例较大的一层树脂。阴树脂卸树脂口设计低后，在输送阴树脂时就将混脂层的树脂带走，造成阴树脂中阳树脂的比例升高，影响水质。

4、阴再生塔底部为多孔板加水帽结构。阴阳树脂分别再生完成后需在阴再生塔中混合正洗，合格后再送到混合床中使用。由于阴再生塔底部的结构，导致在卸树脂时树脂输送不干净，影响下一次树脂的再生。如图二所示：

5、阴阳离子交换树脂粒径相差很小，对树脂的分离效果存在一定的影响。由于更换树脂一次投资较大，可暂不考虑。

6、在树脂输送过程中，由于输送速度较快，分离装置中输送界面波动非常大，导致界面以下200MM层的树脂能全部带走，影响树脂的分离效果。

综合以上问题提出以下改进措施：

1、树脂一次分离效果不好且设备无法改进，考虑进行二次分离。

2、抬高阴树脂卸脂口，保证卸树脂口在阴阳树脂界面以上300MM。

3、将树脂分离装置底部阳树脂卸脂口改造为支母管形式，保证底部卸树脂均匀。

4、将阴再生塔底部输送树脂形式改为侧面输送树脂，消除底部残留树脂的影响。

5、考虑阴树脂的氨淋洗条件，进一步消除阴树脂中少量阳树脂的影响。

四、改造方案

增加一树脂混合罐，内设顶部布水装置，底部设多孔板水帽，树脂混合罐内部有效容积不小于10立方，罐体直径2米，材料为不锈钢。并设相应排气管线和排空管线及阀门。

有原系统中连接一根由阳塔至混合罐的阳树脂输送管道，并设相应气动阀门。管道材料为不锈钢。

对原分离塔设备底部结构进行改造，增加支母管卸脂口。

对原系统中阴再生塔进行侧面开孔，并做相应的防腐处理。孔中心距阴再生塔底部焊缝不小于300MM。连接该孔至混合罐的阴树脂输送管道。并设相应阀门。管道材料为不锈钢。

由原系统水回路中接一路混合罐的正洗用水，并设相应阀门。管道材料为不锈钢。

由原系统气回路接一路混合罐中树脂混合用的气源，并设相应阀门。管道材料为不锈钢。

增设一路原阴再生塔至新增混合罐之间的水循环管线并增设加氨点，保证阴再生塔内的水能对混合罐内树脂进行循环正洗。

五、改造后效果分析

3月5日改造后的首床树脂再生后投运，运行流量为500t/h，发现SG中钠离子有了明显下降；3月17，第二床树脂投运，2ATE流量升至1100t/h，SG中钠离子基本没有增加，说明再生效果较好，漏钠的问题得到了很大改善。下面是水质变化的数据图：

从上述数据可以看出，改造后SG钠离子有明显下降。说明改造达到较好效果，WANO化学周指标从1.28降到1.08左右。

六、总结

在离子交换混合床水处理中，最关键的技术就是树脂分离技术，如何达到最高的树脂分离效果，也是全世界水处理工程师所追求的目标。目前国外有很多树脂分离方法，如中抽法、完全分离法和锥体分离法等，这些技术能够达到较高的树脂分离度，也各有利弊。如何将这些技术吸收到国内水处理工业中，并在实际工作中加以应用，还需要水处理工作者进行细致、深入的研究和不断的实践。

作者简介：尹峰（1971年），男，湖北洪湖，高级工程师，大学学士，核电厂水化学。