核电站凝结水处理的特殊性
核电站凝结水处理的特殊性( Specialization of Condensate Polishing Technique of PWR)
熊京川，梁桥洪，朱镭，朱兴宝
（中广核工程有限公司常规岛及BOP设计处，广东省深圳 518124）
[摘 要] 凝结水混床处理技术主要存在的问题有：混床去除的主要是NH4OH、混床树脂失效后不易分离、输送到混床的树脂易分层、混床中树脂的扰动等等。核电站的水质要求比其它热力发电厂的水质要求更高，其凝结水混床处理技术的问题更为严重，本文对这些问题进行了剖析，并提出了解决的方法。
[关键词] 核电站 凝结水处理 混床 离子交换树脂
[Abstract]: The problems exist in Condensate Polishing Mixed bed Technique are: Mixed bed is mainly used to clean Na¬¬4OH、ion resins are difficult to separate if invalidate、ion exchange resins are easy stratified when transported to mixed bed、the agitation of the ion exchange resins in Mixed bed. Because the quality of water required in PWR is much higher than other thermal power stations, so the problems discussed above is more serious. This article analyses the reasons of these problem and gives the solvents.
[Key Words]: PWR; Condensate Polishing; Mixed bed; Ion Exchange Resins
在核电站，与常规的热力发电厂一样，蒸汽通过汽轮机做完功之后即由凝汽器冷却为凝结水，重新作为蒸汽发生器（锅炉）给水使用。为了保证蒸汽发生器（锅炉）给水的质量，必须对凝结水进行净化处理。目前常用的凝结水处理系统是混床处理技术。
1 核电站凝结水处理的特殊要求
核电站的凝结水含有蒸汽发生器的给水、向蒸汽发生器中加入的NH4OH等化学药品；水汽系统热力设备金属腐蚀产物；凝汽器泄漏时进入凝结水的海水冷却水；补给水带入的悬浮物和含盐量等各类杂质。尤其是为了调节给水pH值而加入的NH4OH，使凝结水中含有较高浓度的NH4OH，其[NH4+]含量为0.5~3mg/L=0.029~0.176mmol/L；而凝结水中除OH-外，其余总阴离子约0.41μmol/L,可见NH4OH的浓度是其他盐类的70~429倍。
为了保证核电站蒸汽发生器的高纯度的水质，核电站对凝结水处理装置的出水水质要求也极高。我国某核电站的凝结水处理混床出水控制标准为氢电导率小于 0.08μs/cm，[Na+]<0.1μg/L，[Cl-]≤0.1μg/L;[ SO4-2]≤0.2μg/L;SiO2<2.0μg/L。蒸汽发生器排污系统水汽质量为：氢电导率小于0.5μs/cm，[Na+]<3μg/kg， [Cl-]<2μg/ kg， [ SO4-2]<2μg/kg ，SiO2<40μg/kg。这些水质指标比其它热力发电厂的水质指标要求高出接近一个数量级，其中的Cl-、SO4-2在火力发电厂的炉水和凝结水处理出水是不作要求的。因此，核电站的凝结水处理要求采用更加可靠的处理技术。
2 核电站凝结水处理系统
凝结水混床处理技术主要有氢型混床（RH/ROH）、铵型混床（R NH4/ROH）和前置氢型阳床加氢型混床（RH --RH/ROH）等系统。
由于铵型混床（R NH4/ROH）在由氢型混床（RH/ROH）向铵型混床（R NH4/ROH）过渡过程中会有Na+的泄漏峰出现，使得出水的Na+无法满足[Na+]<0.1μg/L的要求；且铵型混床（R NH4/ROH）的离子交换能力较差，出水的其它离子浓度也很难保证达到要求，因此，铵型混床（R NH4/ROH）在核电站不宜采用。
氢型混床（RH/ROH）即使在混合很好的情况下，其中的强酸阳树脂（RH）由于主要承担了去除凝结水中的NH4+，影响了去除凝结水中的其它无机阳离子，因此，将其单独用来进行核电站的凝结水处理可能无法保证其出水水质。
前置氢型阳床加氢型混床（RH --RH/ROH）系统中，前置氢型阳床可首先将凝结水中的NH4+去除，则后面的氢型混床（RH --RH/ROH）中的RH可以去除余下的无机阳离子；前置氢型阳床出水的酸性水，也更有利于氢型混床（RH --RH/ROH）中的ROH的离子交换。
因此，核电站凝结水处理采用前置氢型阳床加氢型混床（RH --RH/ROH）系统。
凝结水处理混床与热力系统的连接，主要有低压（1-1.3MPa）凝结水处理混床系统、中压(3.5-3.9MPa)凝结水混床处理系统等。核电站采用中压(3.5-3.9MPa)凝结水混床处理系统。
因此，核电站凝结水处理采用中压(3.5-3.9MPa)的前置氢型阳床加氢型混床（RH --RH/ROH）系统。
3 核电站“前置氢型阳床加氢型混床”凝结水处理系统存在的问题
核电站“前置氢型阳床加氢型混床”凝结水处理系统和火力发电厂凝结水混床处理系统一样，也存在混床使用的强酸阳树脂和强碱阴树脂混合与分离的矛盾；运行中树脂扰动的问题等等。而最主要的是“前置氢型阳床加氢型混床”凝结水处理系统投运后，会导致蒸汽发生器内的SO4-2超过规定的2μg/L标准的几倍至十几倍。
“前置氢型阳床加氢型混床”凝结水处理系统投运后，会导致蒸汽发生器内的SO4-2超过规定的2μg/L标准的原因有：
3.1 离子交换器的衬胶
衬胶由天然橡胶、碳黑、Ba SO4 等组成，并采用硫磺硫化控制胶板的硬度。因此，这样的衬胶中有可能存在SO4-2或硫化物，前置氢型阳床和氢型混床运行时可能不断释放出SO4-2而进入蒸汽发生器。
3.2 漏过树脂捕捉器的破碎强酸阳树脂
离子交换树脂，尤其是强酸阳树脂破碎后，有可能漏过树脂捕捉器而进入蒸汽发生器中，在高压、高温下分解释放出TOC和磺酸基，磺酸基再转化为硫酸根。据资料介绍，1ml强酸阳树脂加热分解可释放1.8mmol[SO4-2]。
3.3 强酸阳树脂的溶出物
试验研究证明，新、旧离子交换树脂在水中都会有TOC和无机离子溶出。（1）基本上所有的新、旧强酸阳树脂都会有不同程度的溶出物；而且，强酸阳树脂的溶出物的pH值呈酸性，溶出物主要是无机阴离子，特别是SO4-2含量相对较大。这些SO4-2会进入蒸汽发生器。
3.4 混床树脂混合、运行、设备等操作的不合理
混床中树脂混合不均匀，会导致湿真比重大的一部分强酸阳树脂沉在混床的最底部，在投入运行时，这部分强酸阳树脂的溶出物会进入蒸汽发生器。
混床投入运行时，由于布水装置等布水不合理，导致混床内树脂的扰动、水的偏流或短路，可能使得离子交换不充分，泄漏出的SO4-2会进入蒸汽发生器。
在饱和蒸汽压力为17Mpa情况下，SiO2、NaCI、Na2 SO4的分配系数分别为0.1、0.003、0.00001。由于Na2 SO4的分配系数极小，微量的SO4-2也会在蒸汽发生器中发生浓缩。
一台1000MW核电站的蒸发器的水容积约为3×120 m3，排污率为1%左右。凝结水混床处理水量最大为3635m3/h。如混床出水漏过[ SO4-2]为0.1µg/L，以3635m3/h计，则每小时漏过为[ SO4-2]为363500µg，每天漏过[ SO4-2]为8724000µg。所以，一天进入蒸汽发生器内的[ SO4-2]为8724000µg，则每天在蒸汽发生器内浓缩的[ SO4-2]浓度达24.2µg/L ，比混床出水的[ SO4-2]提高242倍。每天通过定期排污、连续排污毕竟有限，最终导致蒸汽发生器中的[ SO4-2]浓度越来越高。我国某核电站的前置氢型阳床加氢型混床（RH --RH/ROH）处理系统投运处理水量为33%的情况下，蒸汽发生器所含SO4-2明显增高，最高达30μg/kg，一般为4~6μg/kg，与上述计算值相近。
4 核电站“前置氢型阳床加氢型混床”凝结水处理系统存在的问题解决
前置氢型阳床的设置解决了去除凝结水中高浓度的NH4OH问题。减小混床的直径、改善混床进水的布水装置，可降低树脂的扰动。凝结水处理混床树脂再生分离问题，可以采用高塔分离法、锥体分离法、“顶、底双锥体分离法”和采用均粒树脂等方法解决。凝结水处理混床运行时的树脂混合问题，可以采用在混床底部设置压缩空气混合装置，将树脂再次混合以确保树脂的均匀混合；还可采用均粒树脂改善二种树脂的混合效果。
核电站“前置氢型阳床加氢型混床”凝结水处理系统存在的最严重的问题，即该系统投运后导致蒸汽发生器内的SO4-2超过规定的2μg/L标准的问题，可通过以下措施解决：
4.1防止破碎的强酸阳树脂进入蒸汽发生器
采用渗磨圆球率、抗压强度高的树脂，减少树脂破碎后漏入蒸汽发生器的可能。
选用合适的树脂捕捉器等过滤设备，尽量减少破碎树脂漏入蒸汽发生器的可能。
加强前置氢型阳床和氢型混床的反冲洗，尽可能去除破碎树脂和树脂的溶出物，减少破碎树脂和树脂溶出物漏入蒸汽发生器的可能。
4.2采用交联度较高的树脂
采用交联度较高的树脂，减少树脂SO4-2和其他溶出物漏入蒸汽发生器的可能。例如高交联度（例如交联度达16%）的超超凝胶强酸阳树脂，其溶出物（尤其是SO4-2）少，降低SO4-2进入蒸发器的可能性。
4.3筛选合适的离子交换器的衬胶
筛选不含或少含SO4-2及硫化物的离子交换器的衬胶，使其释放的SO4-2较少。
4.4混床底部设置压缩空气二次混合装置
混床底部设置高效率的二次混合装置，确保混床底部的强酸阳树脂和强碱阴树脂能均匀混合，使得强酸阳树脂溶出的SO4-2能由强碱阴树脂交换去除。 谢谢老前辈的热情指导啊 核电水处理是一个较生疏的领域，欢迎多发相关资料。 谢谢您的指点 我们厂的前置氢床本来是氨化运行的，后来混床分离效率不够导致氢床氨饱和后氯离子释放导致蒸发器氯离子超标，目前只要氢床氨饱和就再生，目前运行还行。硫酸根的问题我们没有，可能我们的要求要比2ug/L高很多
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