壓水堆化學(xué)07

1、第六章壓水反應(yīng)堆水處理系統(tǒng)v冷卻劑凈化的重要性v水凈化的方法v離子交換樹脂技術(shù)v純水的制備v冷卻劑凈化循環(huán)系統(tǒng)流程v化容系統(tǒng)v硼回收系統(tǒng)v壓水堆一回路冷卻劑盡管在進(jìn)入回路系統(tǒng)前，經(jīng)過凈化處理，但由于冷卻劑的浸潤(rùn)面積大，腐蝕、腐蝕產(chǎn)物的量是相當(dāng)可觀的。v冷卻劑在完成傳熱的功能時(shí), 把活化腐蝕產(chǎn)物載帶到了回路各個(gè)部位, 形成堆芯外輻射場(chǎng)，若不及時(shí)處理，有害物質(zhì)將隨冷卻劑循環(huán)運(yùn)動(dòng)，或沉積在系統(tǒng)設(shè)備上， 或阻塞管路，不僅使之導(dǎo)熱性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。6.1 冷卻劑凈化的重要性v為了充分發(fā)揮水的功能而限制其危害的程度達(dá)到可接受水平, 必須對(duì)各系統(tǒng)的水進(jìn)行連續(xù)或間歇的處理以達(dá)到核電廠所擬定的技術(shù)

2、指標(biāo)限制內(nèi), 并使各系統(tǒng)的水最大限度的重復(fù)使用以減小廢水量, 使排放的廢水低于所規(guī)定的放射性水平和有害于生態(tài)環(huán)境的雜質(zhì)含量.6.2 水凈化的方法v1.過濾（流體動(dòng)力過程的單元操作）過濾是指使液固混合物中的流體強(qiáng)制通過多孔性介質(zhì)，將其中的懸浮固體顆粒加以載留，從而實(shí)現(xiàn)混合物的分離。液固混合物的過濾在壓差或離心力作用下進(jìn)行，以得到澄清的濾液。按過濾介質(zhì)攔截固體顆粒的機(jī)理，可將其分為表面過濾和深層過濾。v表面過濾：利用過濾介質(zhì)表面或過濾過程中所生成的濾餅表面來攔截固體顆粒，使固體與流體分離。v只能除去粒徑大于濾餅孔道直徑的顆粒。（但并不要求過濾介質(zhì)的孔道直徑一定要小于被截留顆粒的直徑。）顆粒在介質(zhì)通

3、道入口發(fā)生的架橋現(xiàn)象，使小顆粒受到阻攔且在介質(zhì)表面形成濾餅。之后，真正起到攔截作用的是濾餅，而過濾介質(zhì)實(shí)際上僅起到支撐濾餅的作用。v深層過濾：當(dāng)顆粒尺寸小于介質(zhì)孔道直徑時(shí)，不能在過濾介質(zhì)表面形成濾餅，這些顆粒進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部，借助慣性和擴(kuò)散作用趨近孔道壁面，并在靜電和表面力的作用下沉積下來，從而與流體分離，稱為深層過濾。深層過濾會(huì)使過濾介質(zhì)內(nèi)部的孔道逐漸縮小，所以過濾介質(zhì)必須定期更換或再生。v用砂濾法過濾飲用水是深層過濾的實(shí)例。v核電站廢液處理系統(tǒng)中蒸發(fā)器預(yù)過濾器、直接排放過濾器以及樹脂滯留過濾器均為不銹鋼圓筒形過濾器。過濾粒度分別為100m、50m和25m，過濾效率為98%。v核電廠采用的過濾器

4、分為高溫過濾器和低溫過濾器v高溫過濾器早期應(yīng)用的高溫過濾設(shè)備是由抗腐蝕的惰性陶瓷材料所構(gòu)成，也曾采用多層不銹鋼網(wǎng)過濾器，雖能有效地除0.5微米的懸浮物質(zhì)點(diǎn)，但試驗(yàn)結(jié)果表明：在過濾器上面有一層淤渣，淤渣顆粒的平均直徑為0.3-0.5。v現(xiàn)正研究高溫磁性過濾器。其特點(diǎn)是利用反應(yīng)堆一、二回路系統(tǒng)冷卻劑中的腐蝕產(chǎn)物85%以上是磁性的Fe3O4或含有Co,Ni,Cr的Fe3-xCOxO4固態(tài)懸浮物。磁性過濾器曾用過永久性磁鐵，但永久性磁鐵的磁性會(huì)隨著冷卻劑溫度的升高不斷下降。近年來對(duì)永久性磁鐵的材料進(jìn)行了很大改進(jìn)以減少溫度的影響。 近年也有采用電磁過濾器。內(nèi)裝直徑為6毫米鐵素體鋼小球，在直流電場(chǎng)下小鋼球

5、均成為小磁性體。試驗(yàn)結(jié)果表明：一定條件下其過濾效率通常是97%，有時(shí)高達(dá)99.5%，但到固體懸浮物濃度降低到一定時(shí)候，過濾效率下降到72%。v低溫過濾器目前廣泛應(yīng)用于壓水反應(yīng)堆處理系統(tǒng)的是低溫（49.5強(qiáng)堿交聯(lián)的聚苯乙烯 -N(CH3)3Cl014弱堿交聯(lián)的聚苯乙烯 -NH（CH3)2OH 07v在壓水堆中使用的離子交換樹脂通常都是強(qiáng)在壓水堆中使用的離子交換樹脂通常都是強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性樹脂，原因如下：酸和強(qiáng)堿性樹脂，原因如下：水質(zhì)要求高：水質(zhì)要求高：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂具有交換速度快強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂具有交換速度快、交換能力強(qiáng)，對(duì)選擇性低的離子如硅酸根、銫、交換能力強(qiáng)，對(duì)選擇性低的離子如硅酸根、銫離子等

6、也有一定的效果；離子等也有一定的效果；對(duì)對(duì)pH的變化不敏感：的變化不敏感：強(qiáng)酸強(qiáng)堿性樹脂所荷官能強(qiáng)酸強(qiáng)堿性樹脂所荷官能團(tuán)在全團(tuán)在全pH范圍內(nèi)都發(fā)生離解，適應(yīng)于冷卻劑隨范圍內(nèi)都發(fā)生離解，適應(yīng)于冷卻劑隨硼酸濃度大幅變化而引起的硼酸濃度大幅變化而引起的pH變化。變化。穩(wěn)定性好：穩(wěn)定性好：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂耐熱、耐輻射、分強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂耐熱、耐輻射、分解性好。解性好。v 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂 白球的白球的磺化反應(yīng)磺化反應(yīng)是在加熱條件下是在加熱條件下, 在二氯乙烷和濃硫在二氯乙烷和濃硫酸作用下完成的酸作用下完成的v強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂向白球上引進(jìn)向白球上引進(jìn)季銨基

7、團(tuán)季銨基團(tuán)則要先經(jīng)氯甲基化則要先經(jīng)氯甲基化, 然后再用然后再用叔胺叔胺(R3N)處理處理2 離子交換樹脂的主要物理性能v外形和顆度外形和顆度離子交換樹脂是一種半透明的網(wǎng)狀球形物質(zhì)離子交換樹脂是一種半透明的網(wǎng)狀球形物質(zhì), 顏色有顏色有白、黃、黑和赤褐色數(shù)種白、黃、黑和赤褐色數(shù)種. 樹脂的顏色與性能關(guān)系樹脂的顏色與性能關(guān)系不大不大. 在使用過程中在使用過程中, 隨著樹脂漸趨飽和隨著樹脂漸趨飽和, 顏色往往顏色往往逐漸加深逐漸加深.離子交換樹脂外觀呈離子交換樹脂外觀呈不透明不透明或或半透明半透明球狀顆粒球狀顆粒。顏色有顏色有乳白乳白、淡黃色淡黃色或或棕褐色棕褐色等數(shù)種。等數(shù)種。膠粒粒徑一般為膠粒粒徑

8、一般為0.31.2mm。樹脂顆粒大小樹脂顆粒大小對(duì)樹脂的對(duì)樹脂的交換能力交換能力、凈化效率凈化效率、水流通過樹脂層的壓力降水流通過樹脂層的壓力降以及以及水流分布的均水流分布的均勻程度勻程度都有一定影響都有一定影響. 樹脂顆粒越小樹脂顆粒越小, 離子在離子在其內(nèi)的擴(kuò)散路程越短其內(nèi)的擴(kuò)散路程越短, 交換過程就越迅速交換過程就越迅速, 越越充分充分. 但顆粒過小將引起樹脂床壓降劇增但顆粒過小將引起樹脂床壓降劇增, 逆逆洗時(shí)容易流失洗時(shí)容易流失.常用樹脂的粒度在常用樹脂的粒度在16-50目目之間之間, 相應(yīng)的顆粒相應(yīng)的顆粒直徑為直徑為0.3-1.2毫米毫米.v溶脹性和含水率溶脹性和含水率樹脂一經(jīng)浸入水

9、中樹脂一經(jīng)浸入水中, 水即擴(kuò)散到樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙水即擴(kuò)散到樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中中, 這時(shí)交換基團(tuán)發(fā)生離解這時(shí)交換基團(tuán)發(fā)生離解, 形成水合離子形成水合離子, 使樹脂使樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔增大交聯(lián)網(wǎng)孔增大, 樹脂體積也因此增大樹脂體積也因此增大, 這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹樹脂的溶脹.溶脹率溶脹率: 溶脹前、后樹脂的體積比溶脹前、后樹脂的體積比, 即樹脂層體積即樹脂層體積變化的百分比變化的百分比.若將干燥樹脂直接浸入水中若將干燥樹脂直接浸入水中, 溶脹過程的應(yīng)力往往溶脹過程的應(yīng)力往往會(huì)使樹脂崩裂會(huì)使樹脂崩裂. 通常樹脂總要保持一定水分通常樹脂總要保持一定水分, 一般一般是是50%左右左右. 包裝

10、破壞或貯藏條件改變都能使樹脂含水率發(fā)生變包裝破壞或貯藏條件改變都能使樹脂含水率發(fā)生變化化, 因此含水率也是鑒定樹脂性能的指標(biāo)之一因此含水率也是鑒定樹脂性能的指標(biāo)之一.v樹脂溶脹性和含水率均與交聯(lián)度有關(guān)樹脂溶脹性和含水率均與交聯(lián)度有關(guān), 交聯(lián)度交聯(lián)度越大越大, 溶脹性越小溶脹性越小, 含水率也越低含水率也越低. v樹脂的溶脹性還與交換基團(tuán)和交換離子的特樹脂的溶脹性還與交換基團(tuán)和交換離子的特性有關(guān)性有關(guān),交換基團(tuán)的電離度越大交換基團(tuán)的電離度越大, 或交換離子或交換離子的水合度以及水合離子的半徑越大的水合度以及水合離子的半徑越大, 樹脂的溶樹脂的溶脹率也越高脹率也越高.v強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂離子交換

11、時(shí)溶脹率的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂離子交換時(shí)溶脹率的大小順序?yàn)榇笮№樞驗(yàn)?v強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂離子交換時(shí)溶脹率的強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂離子交換時(shí)溶脹率的大小順序?yàn)榇笮№樞驗(yàn)?v強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)型或離子交換過程中強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)型或離子交換過程中體積的變化可達(dá)體積的變化可達(dá)5-20%. 樹脂的溶脹和收縮在樹脂的溶脹和收縮在樹脂預(yù)處理時(shí)有利于其內(nèi)部雜質(zhì)的洗脫樹脂預(yù)處理時(shí)有利于其內(nèi)部雜質(zhì)的洗脫.4HLiNaNHK223343OHHCOCOSOClNOv密度密度VRVPVIVSVBVR樹脂本身的體積樹脂本身的體積VP樹脂顆粒中孔隙的體積樹脂顆粒中孔隙的體積VS溶漲濕樹脂顆粒體積溶漲濕樹脂顆粒體積V

12、I樹脂顆粒之間的體積，樹脂顆粒之間的體積，即床層空隙體積即床層空隙體積VB床層的體積床層的體積 干、濕樹脂真密度干、濕樹脂真密度 濕樹脂表觀密度濕樹脂表觀密度VS=VR+VPVB=VS+VI干樹脂的真密度干樹脂的真密度RRRVW式中，式中，WR干燥恒重后的樹脂量干燥恒重后的樹脂量 VR樹脂本身的體積樹脂本身的體積濕溶脹樹脂真密度（濕真密度）濕溶脹樹脂真密度（濕真密度）RSSVW式中，式中，WS濕樹脂的量，其中除樹脂本身的濕樹脂的量，其中除樹脂本身的 量外，量外， 還包括樹脂孔隙中的水量。還包括樹脂孔隙中的水量。 VR樹脂本身的體積樹脂本身的體積S S的數(shù)值影響到操作中樹脂床的流化行為，即床層的

13、膨的數(shù)值影響到操作中樹脂床的流化行為，即床層的膨脹、混合與分離。脹、混合與分離。濕樹脂的表觀密度（濕視密度）濕樹脂的表觀密度（濕視密度） 樹脂的表觀密度樹脂的表觀密度(apparent density)也稱視密也稱視密度、堆積密度或松散密度度、堆積密度或松散密度(bulk density).BSaVW式中，式中，WS濕樹脂的量，其中除樹脂本身的濕樹脂的量，其中除樹脂本身的 量量外，外， 還包括樹脂孔隙中的水量。還包括樹脂孔隙中的水量。 VB樹脂堆積體積樹脂堆積體積VB包括濕樹脂體積包括濕樹脂體積VS與床層空隙體積與床層空隙體積VI，故，故a的的數(shù)值反映了樹脂床的數(shù)值反映了樹脂床的堆積狀況堆積狀

14、況，也就決定了樹脂，也就決定了樹脂床的流體力學(xué)行為?？捎脕碛?jì)算離子交換器所需床的流體力學(xué)行為?？捎脕碛?jì)算離子交換器所需裝填濕樹脂裝填濕樹脂的數(shù)量。的數(shù)量。v熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度 溫度對(duì)樹脂機(jī)械強(qiáng)度和交換容量有很大影響溫度對(duì)樹脂機(jī)械強(qiáng)度和交換容量有很大影響, 溫度溫度過高易使交換基團(tuán)分解過高易使交換基團(tuán)分解, 溫度過低樹脂的強(qiáng)度降低溫度過低樹脂的強(qiáng)度降低.當(dāng)水溫達(dá)到零度時(shí)當(dāng)水溫達(dá)到零度時(shí), 其內(nèi)部水分的凍結(jié)能將樹脂脹其內(nèi)部水分的凍結(jié)能將樹脂脹裂裂, 因此不可將樹脂存放在冰點(diǎn)溫度以下因此不可將樹脂存放在冰點(diǎn)溫度以下.陽(yáng)離子交換樹脂耐熱性較陰離子交換樹脂好陽(yáng)離子交換樹脂耐熱性較陰離子

15、交換樹脂好, 而鹽而鹽型樹脂又較游離酸型樹脂又較游離酸(或堿或堿)型樹脂為好型樹脂為好.國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)732強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂的使用溫度可達(dá)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂的使用溫度可達(dá)110, 而而717強(qiáng)堿陰離子交換樹脂不宜超過強(qiáng)堿陰離子交換樹脂不宜超過60.樹脂的機(jī)械強(qiáng)度與交聯(lián)度有關(guān)樹脂的機(jī)械強(qiáng)度與交聯(lián)度有關(guān), 交聯(lián)度越大交聯(lián)度越大, 機(jī)械強(qiáng)度越好機(jī)械強(qiáng)度越好. 在實(shí)際操作條件下樹脂會(huì)磨在實(shí)際操作條件下樹脂會(huì)磨損破碎損破碎, 年損耗率一般為年損耗率一般為3-7%. 為防止破碎為防止破碎樹脂顆粒流出樹脂顆粒流出, 在凈化樹脂床后在凈化樹脂床后, 設(shè)有高效率設(shè)有高效率過濾器過濾器.3 離子交換機(jī)理離子交換機(jī)

16、理v離子交換的原理若將含有若將含有M離子的溶液在一定的溫度下離子的溶液在一定的溫度下, 以一定的速以一定的速度通過結(jié)構(gòu)為度通過結(jié)構(gòu)為R-A型樹脂床型樹脂床, 并測(cè)量進(jìn)、出口溶液并測(cè)量進(jìn)、出口溶液濃度的變化濃度的變化, M離子能被相當(dāng)徹底地去除離子能被相當(dāng)徹底地去除,以后樹脂以后樹脂逐漸飽和逐漸飽和, 交換能力下降交換能力下降, 直至完全失效直至完全失效.這一離子交這一離子交換過程表示為換過程表示為:RAMRMA在水質(zhì)凈化系統(tǒng)中，其交換原理可以用下式表示：在水質(zhì)凈化系統(tǒng)中，其交換原理可以用下式表示：HCs-RCsH-R例例1：使用氫型陽(yáng)離子樹脂去除溶液中荷正電的：使用氫型陽(yáng)離子樹脂去除溶液中荷正

17、電的Cs+離子，交換反應(yīng)式：離子，交換反應(yīng)式：溶液中銫鹽的負(fù)離子不受溶液中銫鹽的負(fù)離子不受Cs+被被H+置換的影響，維置換的影響，維持電中性持電中性v同理同理OHOHHOHClRClR-HHNa-RNH-R2a例例2：為了從溶液中去除荷正電與荷負(fù)電的離子，：為了從溶液中去除荷正電與荷負(fù)電的離子，一般在混床系統(tǒng)中應(yīng)用陽(yáng)樹脂與陰樹脂的混合物，一般在混床系統(tǒng)中應(yīng)用陽(yáng)樹脂與陰樹脂的混合物，如如NaCl溶液，其離子交換過程可用以下反應(yīng)式描述溶液，其離子交換過程可用以下反應(yīng)式描述v離子交換樹脂的選擇性離子交換樹脂的選擇性離子交換過程可以看作溶解化合物和不溶解樹脂兩者離子交換過程可以看作溶解化合物和不溶解樹

18、脂兩者之間的化學(xué)置換反應(yīng)之間的化學(xué)置換反應(yīng).p 離子電荷離子電荷在低濃度水溶液中在低濃度水溶液中, 交換離子的電荷越大交換離子的電荷越大, 越易被越易被樹脂吸附樹脂吸附, 對(duì)陽(yáng)離子有下列順序?qū)﹃?yáng)離子有下列順序: Th4+A13+Ca2+Na+對(duì)陰離子則有：對(duì)陰離子則有： PO43-SO42- NO3-但在高濃度水溶液中但在高濃度水溶液中, 選擇性差別縮小選擇性差別縮小, 高濃度的高濃度的低價(jià)離子往往具有較高的交換低價(jià)離子往往具有較高的交換“勢(shì)勢(shì)”, 這就是樹脂這就是樹脂的再生原理的再生原理.p 離子半徑與水合作用離子半徑與水合作用低濃度水溶液中低濃度水溶液中, 相同電荷的離子相同電荷的離子,

19、水合半徑越小水合半徑越小, 或離子的水合能越小或離子的水合能越小, 就越容易被交換吸附就越容易被交換吸附. 原子原子序數(shù)越大序數(shù)越大, 水合能越小水合能越小, 越易吸附越易吸附. 選擇性吸附順選擇性吸附順序序: CsRbKNaLi222222RaBaSrCaMgBeIBrClF但隨著溫度或濃度增高但隨著溫度或濃度增高, 同價(jià)離子交換同價(jià)離子交換“勢(shì)勢(shì)”的差的差別逐漸縮小別逐漸縮小, 甚至出現(xiàn)反常甚至出現(xiàn)反常. 因此因此, 分離溶液濃度分離溶液濃度不宜太高不宜太高, 但樹脂再生溶液濃度卻應(yīng)稍高些但樹脂再生溶液濃度卻應(yīng)稍高些.4 離子交換樹脂的交換容量與凈化效率離子交換樹脂的交換容量與凈化效率v離

20、子交換樹脂的交換容量離子交換樹脂的交換容量離子交換樹脂的交換容量：離子交換樹脂的交換容量：?jiǎn)挝惑w積或重量樹脂單位體積或重量樹脂能夠交換的離子數(shù)量能夠交換的離子數(shù)量. 在樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，在樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，交換基交換基團(tuán)的密度越高團(tuán)的密度越高, 交換容量就越大交換容量就越大.總交換容量總交換容量指樹脂完全失效、全部交換基團(tuán)都起作用時(shí)的交指樹脂完全失效、全部交換基團(tuán)都起作用時(shí)的交換能力換能力. 可用單位體積或重量的離子交換劑中交換可用單位體積或重量的離子交換劑中交換基團(tuán)的總數(shù)表示基團(tuán)的總數(shù)表示,單位一般為毫克當(dāng)量單位一般為毫克當(dāng)量/毫升濕樹脂毫升濕樹脂.工作交換容量工作交換容量又稱又稱穿透容量穿透容

21、量, 在在動(dòng)態(tài)條件下單位體積或重量樹脂動(dòng)態(tài)條件下單位體積或重量樹脂中能夠參加交換反應(yīng)的基團(tuán)數(shù)中能夠參加交換反應(yīng)的基團(tuán)數(shù), 單位也為毫克當(dāng)量單位也為毫克當(dāng)量/毫升濕樹脂毫升濕樹脂.工作交換容量代表了工作交換容量代表了在給定工作條件下的在給定工作條件下的樹脂的實(shí)際交換能力。樹脂的實(shí)際交換能力。 P1：再生完畢，除鹽開始前殘：再生完畢，除鹽開始前殘存交換離子所占的百分?jǐn)?shù)存交換離子所占的百分?jǐn)?shù) P3：除鹽結(jié)束時(shí)，樹脂層中交：除鹽結(jié)束時(shí)，樹脂層中交換不到部分所占的百分?jǐn)?shù)。換不到部分所占的百分?jǐn)?shù)。 P2（工作交換容量）（工作交換容量）P1+P2+P3100影響因素：再生程度、除鹽時(shí)的影響因素：再生程度、除

22、鹽時(shí)的流速、原水水質(zhì)流速、原水水質(zhì) v工作交換容量除了與交換過程的物理化學(xué)條工作交換容量除了與交換過程的物理化學(xué)條件有關(guān)外件有關(guān)外, 還取決于出水的水質(zhì)要求還取決于出水的水質(zhì)要求. 出水水出水水質(zhì)越高質(zhì)越高, 工作交換容量越低工作交換容量越低.v工作交換容量與總交換容量之比稱為工作交換容量與總交換容量之比稱為離子交離子交換樹脂的利用率換樹脂的利用率.v離子交換的凈化效率和去污因子離子交換的凈化效率和去污因子凈化效率定義：凈化效率定義：流經(jīng)樹脂床后溶液中雜質(zhì)被去除流經(jīng)樹脂床后溶液中雜質(zhì)被去除的份額的份額, 常用百分?jǐn)?shù)表示常用百分?jǐn)?shù)表示.C1和和C2分別為樹脂床進(jìn)出口溶液中核素濃度分別為樹脂床進(jìn)出

23、口溶液中核素濃度, 或或進(jìn)出口料液的比放放射性進(jìn)出口料液的比放放射性.去污因子定義：去污因子定義：樹脂床進(jìn)出料液中特定核素的濃樹脂床進(jìn)出料液中特定核素的濃度或放射性強(qiáng)度之比度或放射性強(qiáng)度之比.5 核級(jí)離子交換樹脂性能核級(jí)離子交換樹脂性能v核工業(yè)應(yīng)用的離子交換樹脂在性能上的核工業(yè)應(yīng)用的離子交換樹脂在性能上的要求要求:出水水質(zhì)純度高出水水質(zhì)純度高 無論從補(bǔ)給水的純度無論從補(bǔ)給水的純度, 還是從廢還是從廢水處理的放射性物質(zhì)去除的程度考慮水處理的放射性物質(zhì)去除的程度考慮, 都必須優(yōu)于都必須優(yōu)于商用樹脂商用樹脂. 通常采用通常采用核級(jí)強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性樹脂核級(jí)強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性樹脂, 它們它們具備具備交換速度快、交

24、換能力強(qiáng)、對(duì)選擇性低的離交換速度快、交換能力強(qiáng)、對(duì)選擇性低的離子，如硅酸根子，如硅酸根, 銫離子等也有較好的去除效果銫離子等也有較好的去除效果.對(duì)對(duì)pH值變化不敏感值變化不敏感 在反應(yīng)堆運(yùn)行中在反應(yīng)堆運(yùn)行中, 冷卻劑中硼冷卻劑中硼酸的濃度變化很大酸的濃度變化很大, pH值隨之變化值隨之變化. 強(qiáng)酸強(qiáng)酸(堿堿)性樹性樹脂脂在很寬在很寬pH值范圍內(nèi)都具有良好的離子交換作用值范圍內(nèi)都具有良好的離子交換作用.穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好, 耐熱性能、耐輻照性能都較強(qiáng)耐熱性能、耐輻照性能都較強(qiáng), 機(jī)械強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度高度高, 樹脂的磨損率低樹脂的磨損率低.核級(jí)樹脂雜質(zhì)含量低核級(jí)樹脂雜質(zhì)含量低, 顆度均勻顆度均勻, 轉(zhuǎn)型率

25、高轉(zhuǎn)型率高.6 放射性核素的離子交換過程放射性核素的離子交換過程在核動(dòng)力堆中，設(shè)置離子交換系統(tǒng)在核動(dòng)力堆中，設(shè)置離子交換系統(tǒng)主要目的：主要目的： 去除微量的放射性核素去除微量的放射性核素運(yùn)行環(huán)境：運(yùn)行環(huán)境： 在含有常量濃度的陽(yáng)離子在含有常量濃度的陽(yáng)離子(如如Li+, NH4+) 和陰離子和陰離子(如硼酸離子如硼酸離子)溶液中進(jìn)行溶液中進(jìn)行.1. 微量放射性元素在離子交換過程中的行為微量放射性元素在離子交換過程中的行為在正常情況下在正常情況下, 一回路冷卻劑中一回路冷卻劑中單個(gè)放射性核素單個(gè)放射性核素的的濃度還不到濃度還不到g/kg級(jí)水平級(jí)水平, 其行為十分復(fù)雜其行為十分復(fù)雜. 它們除它們除了以

26、了以離子態(tài)形式離子態(tài)形式存在外存在外. 還可以其它多種形式出現(xiàn)還可以其它多種形式出現(xiàn),如中性分子如中性分子(I2), 絡(luò)合物絡(luò)合物, 膠體粒子膠體粒子(粒徑粒徑10-3-1微米微米)以及懸浮固體粒子以及懸浮固體粒子(粒徑大于粒徑大于1微米微米)等等.裂變產(chǎn)物裂變產(chǎn)物144Ce-144Pr, 106Ru106Rh, 95Zr-95Nb在堿在堿性水中幾乎都不以離子形式存在；性水中幾乎都不以離子形式存在；釔、鋁、銅、鐵、鈷、稀土元素等金屬氧化物釔、鋁、銅、鐵、鈷、稀土元素等金屬氧化物在堿在堿性水中易發(fā)生水解性水中易發(fā)生水解, 或沉積在設(shè)備表面或沉積在設(shè)備表面, 或生成膠體或生成膠體吸附在氧化物上吸附

27、在氧化物上;某些過渡元素某些過渡元素, 如如90Mo, 51Cr在堿性溶液中可以形成在堿性溶液中可以形成陰離子陰離子.有些微量核素有些微量核素可能吸附在固體粒子上或者與粒子中可能吸附在固體粒子上或者與粒子中的離子發(fā)生交換的離子發(fā)生交換, 此后其行為猶如固體顆粒此后其行為猶如固體顆粒.某些非離子態(tài)核素某些非離子態(tài)核素可通過離子核素的化學(xué)反應(yīng)可通過離子核素的化學(xué)反應(yīng)(如如氧化還原氧化還原)產(chǎn)生產(chǎn)生.例如例如, 含氧溶液中部分含氧溶液中部分131I不能被陰不能被陰離子交換樹脂去除離子交換樹脂去除, 可能歸因于可能歸因于I-被氧化成被氧化成I2 .按理說按理說, 樹脂的交換作用僅能去除離子態(tài)核素樹脂的

28、交換作用僅能去除離子態(tài)核素, 但但因樹脂有很大的荷電表面積以及堆積深度因樹脂有很大的荷電表面積以及堆積深度, 對(duì)非離對(duì)非離子態(tài)膠體和懸浮顆粒也有一定去除作用子態(tài)膠體和懸浮顆粒也有一定去除作用, 只是效率只是效率較低而已較低而已.通常通常, 非離子態(tài)核素的存在是離子交換系統(tǒng)放射性非離子態(tài)核素的存在是離子交換系統(tǒng)放射性漏泄的原因漏泄的原因. 運(yùn)行中經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)運(yùn)行中經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn), 樹脂床表層沉樹脂床表層沉積了很多粘稠膠體物質(zhì)和固體顆粒積了很多粘稠膠體物質(zhì)和固體顆粒, 因而樹脂床流因而樹脂床流阻增大阻增大, 甚至被迫更換樹脂甚至被迫更換樹脂, 盡管此時(shí)樹脂的交換盡管此時(shí)樹脂的交換容量尚未耗竭容量尚未

29、耗竭.酸性介質(zhì)有助于膠體的破壞和核素的離子化酸性介質(zhì)有助于膠體的破壞和核素的離子化, 故在故在廢水處理時(shí)廢水處理時(shí), 將蒸發(fā)冷凝液先通過陽(yáng)床將蒸發(fā)冷凝液先通過陽(yáng)床, 使流出液使流出液呈微酸性呈微酸性, 再經(jīng)熱力除氣再經(jīng)熱力除氣, 有效地破壞膠體顆粒有效地破壞膠體顆粒, 可使其后陰床和混床的凈化效率大為提高可使其后陰床和混床的凈化效率大為提高.由于放射性衰變?cè)跇渲擦鞒鲆褐袝?huì)出現(xiàn)某些離由于放射性衰變?cè)跇渲擦鞒鲆褐袝?huì)出現(xiàn)某些離子態(tài)核素子態(tài)核素. 樹脂對(duì)于惰性氣體沒有交換作用樹脂對(duì)于惰性氣體沒有交換作用, 流過流過樹脂床的某些惰性氣體可衰變成堿金屬核素及一樹脂床的某些惰性氣體可衰變成堿金屬核素及一

30、系列衰變子體系列衰變子體, 如如Xe的穿透的穿透, 將造成流出液中的將造成流出液中的Cs, Ba, Ce, La等核素的產(chǎn)生等核素的產(chǎn)生, 而這些核素照理是可以而這些核素照理是可以被樹脂去除的被樹脂去除的.某些核素在離子狀態(tài)下被樹脂截留某些核素在離子狀態(tài)下被樹脂截留, 轉(zhuǎn)化為其它形轉(zhuǎn)化為其它形態(tài)時(shí)又可能解吸下來態(tài)時(shí)又可能解吸下來, 如樹脂上碘離子衰變成氙如樹脂上碘離子衰變成氙,解吸后再衰變成堿金屬解吸后再衰變成堿金屬. 所以所以, 放射性衰變效應(yīng)有放射性衰變效應(yīng)有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致樹脂床流出液中某些核素的放射性時(shí)甚至?xí)?dǎo)致樹脂床流出液中某些核素的放射性高于進(jìn)口料液高于進(jìn)口料液.此外此外, 被離子交換

31、樹脂截留的被離子交換樹脂截留的Sr同位素同位素, 經(jīng)衰變后經(jīng)衰變后生成生成Y, Zr-Nb. 這些高價(jià)元素對(duì)樹脂的親和力比這些高價(jià)元素對(duì)樹脂的親和力比Sr還高還高, 本應(yīng)繼續(xù)留在樹脂上本應(yīng)繼續(xù)留在樹脂上, 但常因它的轉(zhuǎn)化為非但常因它的轉(zhuǎn)化為非離子狀態(tài)離子狀態(tài), 而穿透樹脂床而穿透樹脂床.微量放射性核素的行為十分復(fù)雜微量放射性核素的行為十分復(fù)雜, 同時(shí)冷卻劑中往同時(shí)冷卻劑中往往有常量元素往有常量元素B, Li等等, 這將帶來某些異?，F(xiàn)象這將帶來某些異?，F(xiàn)象, 對(duì)對(duì)此應(yīng)引起注意此應(yīng)引起注意.6.4 純水的制備純水的制備1. 水中主要溶解雜質(zhì)水中主要溶解雜質(zhì)離子：離子：Ca2+, Mg2+, Na+

32、(K+) HCO3-, SO42-, Cl- 一般一般Fe2+, SiO32-含量較少。含量較少。氣體：氣體：CO2,O2 總硬度：總硬度：Ca2+, Mg2+碳酸鹽硬度（碳酸鹽硬度（carbonate hardness、暫、暫時(shí)硬度）時(shí)硬度） 非碳酸鹽硬度（非碳酸鹽硬度（noncarbonate hardness）含鹽量：含鹽量：陽(yáng)陽(yáng)陰陰 軟化：軟化：降低硬度，僅需去除鈣、鎂離子等引起降低硬度，僅需去除鈣、鎂離子等引起硬度的物質(zhì)即可，軟化過程中含鹽量并未降低。硬度的物質(zhì)即可，軟化過程中含鹽量并未降低。除堿：除堿：HCOHCO3 3（鍋爐給水、堿度太高，會(huì)汽水（鍋爐給水、堿度太高，會(huì)汽水共沸）

33、共沸） 除鹽：除鹽：降低含鹽量。降低含鹽量。2.2.水的純度水的純度以含鹽量（相對(duì)而言測(cè)定較為復(fù)雜）或水的電以含鹽量（相對(duì)而言測(cè)定較為復(fù)雜）或水的電阻率或電導(dǎo)率表示（單位：歐姆阻率或電導(dǎo)率表示（單位：歐姆 厘米）厘米）除鹽水：除鹽水：相當(dāng)于普通蒸餾水，含鹽量相當(dāng)于普通蒸餾水，含鹽量1 15mg/L5mg/L深度除鹽水（純水）：深度除鹽水（純水）：亦稱去離子水，含鹽量亦稱去離子水，含鹽量1mg/L1mg/L高純水：高純水：含鹽量含鹽量0.1mg/L 0.1mg/L 3.3.軟化和除鹽基本方法軟化和除鹽基本方法1.1.軟化軟化 (1)(1)加熱：去除暫時(shí)硬度加熱：去除暫時(shí)硬度 (2)(2)藥劑軟化

34、：根據(jù)溶度積原理藥劑軟化：根據(jù)溶度積原理(3)(3)離子交換：離子交換硬度去除比較徹底。離子交換：離子交換硬度去除比較徹底。2.2.除鹽除鹽 ：蒸餾法、電滲析法、反滲透法、離：蒸餾法、電滲析法、反滲透法、離子交換法子交換法 v壓水堆核電廠設(shè)制水車間（或稱水廠），生產(chǎn)的除壓水堆核電廠設(shè)制水車間（或稱水廠），生產(chǎn)的除鹽水可供一、二回路給水的需要。其處理工藝大體鹽水可供一、二回路給水的需要。其處理工藝大體上與常規(guī)電廠的相同。上與常規(guī)電廠的相同。原水處理原水處理除鹽處理除鹽處理v（1）原水處理：）原水處理： 混凝、沉淀、過濾、消毒混凝、沉淀、過濾、消毒v原水中有機(jī)物含量高，增加活性炭吸附原水中有機(jī)物含

35、量高，增加活性炭吸附v膜分離裝置前均應(yīng)有微孔過濾作為保護(hù)措施膜分離裝置前均應(yīng)有微孔過濾作為保護(hù)措施v（2）除鹽處理：）除鹽處理： 離子交換除鹽和膜分離除鹽處理。離子交換除鹽和膜分離除鹽處理。也有將二者結(jié)合起來的。也有將二者結(jié)合起來的。4.4.除鹽水的制備過程除鹽水的制備過程v(1)(1)復(fù)床除鹽：復(fù)床除鹽：復(fù)床指陽(yáng)、陰離子交換器串聯(lián)復(fù)床指陽(yáng)、陰離子交換器串聯(lián)使用，達(dá)到水的除鹽的目的。使用，達(dá)到水的除鹽的目的。v復(fù)床除鹽的組合方式：強(qiáng)酸復(fù)床除鹽的組合方式：強(qiáng)酸- -脫氣脫氣- -強(qiáng)堿系統(tǒng)、強(qiáng)堿系統(tǒng)、強(qiáng)酸強(qiáng)酸- -脫氣脫氣- -弱堿弱堿- -強(qiáng)堿系統(tǒng)強(qiáng)堿系統(tǒng)5.5.離子交換除鹽工藝離子交換除鹽工藝

36、陽(yáng)床：去除陽(yáng)床：去除Ca2+、Mg2+、Na+等陽(yáng)離子，出水為酸性水等陽(yáng)離子，出水為酸性水除二氧化碳器：去除除二氧化碳器：去除CO2陰床：去除陰床：去除SO42-、Cl-、HCO3-、HSiO3-強(qiáng)堿陰床設(shè)置在強(qiáng)酸陽(yáng)床之后的原因：強(qiáng)堿陰床設(shè)置在強(qiáng)酸陽(yáng)床之后的原因： 進(jìn)水先通過陰床，進(jìn)水先通過陰床，CaCO3、Mg(OH)2沉積在樹脂層沉積在樹脂層,使使強(qiáng)堿樹脂交換容量降低。強(qiáng)堿樹脂交換容量降低。 陰床在酸性介質(zhì)中易于進(jìn)行離子交換。陰床在酸性介質(zhì)中易于進(jìn)行離子交換。 強(qiáng)酸樹脂抗有機(jī)物污染的能力勝過強(qiáng)堿樹脂。強(qiáng)酸樹脂抗有機(jī)物污染的能力勝過強(qiáng)堿樹脂。A.若原水先通過陰床，本應(yīng)由除二氧化碳器去除的碳酸

37、，若原水先通過陰床，本應(yīng)由除二氧化碳器去除的碳酸，都要由陰床承擔(dān)，從而增加了再生劑耗用量。都要由陰床承擔(dān)，從而增加了再生劑耗用量。弱堿樹脂：去除強(qiáng)酸陰離子弱堿樹脂：去除強(qiáng)酸陰離子 強(qiáng)堿樹脂：除硅強(qiáng)堿樹脂：除硅再生采用串聯(lián)再生方式，全部再生采用串聯(lián)再生方式，全部NaOH再生液先用來再生強(qiáng)再生液先用來再生強(qiáng)堿樹脂，然后再生弱堿樹脂。堿樹脂，然后再生弱堿樹脂。適用于：原水有機(jī)物含量較高、強(qiáng)酸陰離子含量較大的情適用于：原水有機(jī)物含量較高、強(qiáng)酸陰離子含量較大的情況況v（2 2） 混合床除鹽混合床除鹽v什么是混合床？什么是混合床？v陰、陽(yáng)離子交換樹脂按一定比例混合裝填于同一交陰、陽(yáng)離子交換樹脂按一定比例混

38、合裝填于同一交換柱內(nèi)的離子交換器。如同許多陽(yáng)床與陰床串聯(lián)，換柱內(nèi)的離子交換器。如同許多陽(yáng)床與陰床串聯(lián)，構(gòu)成無數(shù)微型復(fù)床。構(gòu)成無數(shù)微型復(fù)床。v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：出水水質(zhì)優(yōu)良出水水質(zhì)優(yōu)良出水水質(zhì)穩(wěn)定出水水質(zhì)穩(wěn)定間斷運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)的影響小，恢復(fù)到停運(yùn)前水質(zhì)所需間斷運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)的影響小，恢復(fù)到停運(yùn)前水質(zhì)所需的時(shí)間比復(fù)床短，一般的時(shí)間比復(fù)床短，一般35min35min。交換終點(diǎn)明顯：混床在失效前，出水電導(dǎo)率上升很快，交換終點(diǎn)明顯：混床在失效前，出水電導(dǎo)率上升很快，這有利于失效監(jiān)督。這有利于失效監(jiān)督。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 樹脂層工作交換容量的利用率低，再生劑利用率低。樹脂層工作交換容量的利用率低，再生劑利用率低。（再

39、生時(shí)，陰、陽(yáng)樹脂很難徹底分層。導(dǎo)致交叉污染）（再生時(shí)，陰、陽(yáng)樹脂很難徹底分層。導(dǎo)致交叉污染） 樹脂破碎率大于復(fù)床。樹脂破碎率大于復(fù)床。 再生操作復(fù)雜，每再生一次所需時(shí)間較長(zhǎng)再生操作復(fù)雜，每再生一次所需時(shí)間較長(zhǎng) 在水處理系統(tǒng)中用在水處理系統(tǒng)中用強(qiáng)酸與強(qiáng)堿強(qiáng)酸與強(qiáng)堿樹脂裝填的混合床出水樹脂裝填的混合床出水純度最高，使用廣泛，其他性質(zhì)樹脂的混床較差。純度最高，使用廣泛，其他性質(zhì)樹脂的混床較差。 注意事項(xiàng)：混合床對(duì)注意事項(xiàng)：混合床對(duì)有機(jī)污染很敏感有機(jī)污染很敏感。陰樹脂變質(zhì)與。陰樹脂變質(zhì)與污染導(dǎo)致出水電阻率逐步下降。為防止污染，應(yīng)進(jìn)行必污染導(dǎo)致出水電阻率逐步下降。為防止污染，應(yīng)進(jìn)行必要的要的預(yù)處理預(yù)處理

40、。裝置及再生方式裝置及再生方式混合床反洗分層主要借助于陰、陽(yáng)混合床反洗分層主要借助于陰、陽(yáng)樹脂濕真密度的差別。樹脂濕真密度的差別。再生方式：再生方式： 體內(nèi)再生體內(nèi)再生 陰樹脂外移再生陰樹脂外移再生體外再生體外再生體外再生體外再生以以體內(nèi)再生體內(nèi)再生為例，介紹混合床再生操作步驟：為例，介紹混合床再生操作步驟：1）反洗分層）反洗分層 2）進(jìn)堿再生）進(jìn)堿再生3）陰樹脂正洗）陰樹脂正洗4）進(jìn)酸再生）進(jìn)酸再生5）陽(yáng)樹脂正洗）陽(yáng)樹脂正洗6）混合）混合7）最后正洗）最后正洗混合床體外再生混合床體外再生 將失效的樹脂用水力輸將失效的樹脂用水力輸送到專設(shè)的再生器再生。送到專設(shè)的再生器再生。步驟與體內(nèi)再生大致相

41、步驟與體內(nèi)再生大致相同。同。 反洗分層后，將陰樹脂反洗分層后，將陰樹脂輸送到另一再生器，陰、輸送到另一再生器，陰、陽(yáng)再生分開進(jìn)行。陽(yáng)再生分開進(jìn)行。（3）高純水的制備與終端處理）高純水的制備與終端處理 復(fù)床與混合床串聯(lián)復(fù)床與混合床串聯(lián)或或二級(jí)混合床串聯(lián)二級(jí)混合床串聯(lián)是當(dāng)前是當(dāng)前制取純水以至高純水的有效方法。制取純水以至高純水的有效方法。如：強(qiáng)酸如：強(qiáng)酸-脫氣脫氣-強(qiáng)堿強(qiáng)堿-混合床混合床 強(qiáng)酸強(qiáng)酸-弱堿弱堿-混合床混合床-混合床混合床（4）其他常見的除鹽處理）其他常見的除鹽處理 膜處理膜處理+離子交換離子交換，其工藝流程：，其工藝流程： 生水生水-雙料過濾器雙料過濾器-超濾超濾-反滲透反滲透-混床

42、混床v核島除鹽水分配系統(tǒng)核島除鹽水分配系統(tǒng)向整個(gè)核電廠提供所有需要向整個(gè)核電廠提供所有需要pHpH值為值為7 7的核級(jí)水質(zhì)的除鹽水，的核級(jí)水質(zhì)的除鹽水，包括核島、汽輪機(jī)廠房、輔助廠房等到。包括核島、汽輪機(jī)廠房、輔助廠房等到。v常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)的功能是貯存并分配常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)的功能是貯存并分配pHpH值為值為9 9的除的除鹽水至電廠各用水系統(tǒng)。鹽水至電廠各用水系統(tǒng)。具體地說是在除鹽水終點(diǎn)加入具體地說是在除鹽水終點(diǎn)加入pHpH調(diào)節(jié)劑（如氨水），將調(diào)節(jié)劑（如氨水），將pHpH值由值由7 7提高到提高到9 9，送到指定廠房?jī)?nèi)除鹽水儲(chǔ)存箱備用。，送到指定

43、廠房?jī)?nèi)除鹽水儲(chǔ)存箱備用。6.6.核電站除鹽水的供給核電站除鹽水的供給6.5 冷卻劑凈化系統(tǒng)冷卻劑凈化系統(tǒng)1. 冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)冷卻劑水質(zhì)惡化的原因及后果冷卻劑水質(zhì)惡化的原因及后果回路結(jié)構(gòu)材料的腐蝕回路結(jié)構(gòu)材料的腐蝕 大型壓水堆主回路系統(tǒng)每天大型壓水堆主回路系統(tǒng)每天可產(chǎn)生數(shù)十克腐蝕產(chǎn)物可產(chǎn)生數(shù)十克腐蝕產(chǎn)物, 腐蝕產(chǎn)物的積累不僅會(huì)惡腐蝕產(chǎn)物的積累不僅會(huì)惡化傳熱條件化傳熱條件, 提高冷卻劑及設(shè)備表面的輻射劑量提高冷卻劑及設(shè)備表面的輻射劑量, 甚至有可能造成堆芯燃料組件局部流道阻塞甚至有可能造成堆芯燃料組件局部流道阻塞.裂變產(chǎn)物從元件中逸出裂變產(chǎn)物從元件中逸出 使冷卻劑的放射性水平

44、大使冷卻劑的放射性水平大大提高大提高, 對(duì)核電站的運(yùn)行維護(hù)以及環(huán)境保護(hù)都十分對(duì)核電站的運(yùn)行維護(hù)以及環(huán)境保護(hù)都十分不利不利.中子反應(yīng)的影響中子反應(yīng)的影響 例如例如10B (n,)反應(yīng)可生成反應(yīng)可生成7Li , 7Li能逐漸改變冷卻劑的能逐漸改變冷卻劑的pH值值.v凈化系統(tǒng)的兩大功用：在核電站正常運(yùn)行時(shí)，去除冷卻劑中的腐蝕產(chǎn)物和裂變產(chǎn)物，維持合適的冷卻劑水質(zhì)；在停堆換料時(shí)循環(huán)凈化換料水池池水，去除有可能由燃料的破損處釋放出來的裂變產(chǎn)物，保證換料過程順利進(jìn)行。1）凈化系統(tǒng)的流程凈化系統(tǒng)的主要裝置v前置過濾器：除去冷卻劑中懸浮腐蝕產(chǎn)物顆粒；v混合床離子交換器：去除可溶性裂變產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物；v后置過濾器

45、：防止細(xì)碎樹脂漏入主回路；v容積控制箱：將凈化流霧化除去部分裂變氣體。 通常凈化流流量為主回路流量的0.1%，所有的冷卻劑能在一天內(nèi)得到12次凈化。2）前置過濾器前置過濾器置于鋰前置過濾器置于鋰-硼型混合樹脂床之前的機(jī)械過濾器硼型混合樹脂床之前的機(jī)械過濾器, 具有截獲不溶性腐蝕產(chǎn)物和放射性物質(zhì)的功能具有截獲不溶性腐蝕產(chǎn)物和放射性物質(zhì)的功能. 在在水處理中常采用高溫過濾器或電磁過濾器水處理中常采用高溫過濾器或電磁過濾器.高溫過濾器高溫過濾器 用于高溫過濾的設(shè)備是由抗腐蝕的惰用于高溫過濾的設(shè)備是由抗腐蝕的惰性陶瓷材料所構(gòu)成性陶瓷材料所構(gòu)成, 它們可有效地除去它們可有效地除去0.5微米的微米的懸浮物

46、質(zhì)點(diǎn)懸浮物質(zhì)點(diǎn), 水冷反應(yīng)堆開發(fā)早期階段水冷反應(yīng)堆開發(fā)早期階段, 采用多層采用多層不銹鋼網(wǎng)過濾器不銹鋼網(wǎng)過濾器.低溫過濾器低溫過濾器 目前廣泛應(yīng)用于壓水反應(yīng)堆處理系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于壓水反應(yīng)堆處理系統(tǒng)的是低溫的是低溫(60)過濾器過濾器. 一般由不銹鋼環(huán)一般由不銹鋼環(huán), 不銹鋼不銹鋼網(wǎng)或高分子聚合物有孔纖微板組成網(wǎng)或高分子聚合物有孔纖微板組成.主要功能是除去以懸浮物固體和膠體形式存在于水主要功能是除去以懸浮物固體和膠體形式存在于水中的腐蝕產(chǎn)物和粉碎的離子交換樹脂微粒中的腐蝕產(chǎn)物和粉碎的離子交換樹脂微粒(化容系化容系統(tǒng)凈化器后過濾器統(tǒng)凈化器后過濾器).3)鋰型和硼酸型混合離子交換器冷卻劑中都加入硼

47、酸作為反應(yīng)性補(bǔ)償控制手段冷卻劑中都加入硼酸作為反應(yīng)性補(bǔ)償控制手段, 同同時(shí)還要加入一定量的時(shí)還要加入一定量的pH控制劑控制劑(LiOH), 這就要求這就要求凈凈化系統(tǒng)的離子交換樹脂在吸附雜質(zhì)的同時(shí)化系統(tǒng)的離子交換樹脂在吸附雜質(zhì)的同時(shí), 不改變不改變冷卻劑中硼和冷卻劑中硼和pH控制劑的含量控制劑的含量. 因此，混合離子交因此，混合離子交換器必須采用換器必須采用硼酸型陰離子樹脂硼酸型陰離子樹脂和和pH控制劑相應(yīng)控制劑相應(yīng)的陽(yáng)離子交換樹脂的陽(yáng)離子交換樹脂(如鋰型陽(yáng)離子樹脂如鋰型陽(yáng)離子樹脂)混合組成混合組成. 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明:此混合床對(duì)各種離子此混合床對(duì)各種離子(除銫外除銫外)的交換的交換作

48、用都十分令人滿意作用都十分令人滿意. 其中對(duì)腐蝕產(chǎn)物中的其中對(duì)腐蝕產(chǎn)物中的Ni2+, Cr2+, Fe2+以及以及I-的去污因子可達(dá)到數(shù)百以上的去污因子可達(dá)到數(shù)百以上. 但是但是,這種混合床對(duì)于這種混合床對(duì)于Cs, Mo, Y和惰性氣體等去除效果和惰性氣體等去除效果不理想不理想.綜上所述綜上所述, 鋰鋰硼酸型樹脂能有效地去除冷卻劑中大硼酸型樹脂能有效地去除冷卻劑中大多數(shù)放射性核素多數(shù)放射性核素, 但設(shè)計(jì)時(shí)考慮到輻照等原因但設(shè)計(jì)時(shí)考慮到輻照等原因, 樹脂樹脂的的工作交換容量宜取理論值的工作交換容量宜取理論值的50%-70%, 凈化效率凈化效率以以90%計(jì)計(jì)(Cs, Mo, Y和惰性氣體除外和惰性

49、氣體除外), 以留有充分以留有充分的余地的余地.雖然雖然, 混床對(duì)冷卻劑總放射性的去除率并不高混床對(duì)冷卻劑總放射性的去除率并不高, 如對(duì)如對(duì)冷卻劑放射性組分中的惰性氣體的放射性水平冷卻劑放射性組分中的惰性氣體的放射性水平, 但但是是, 在保持冷卻劑的化學(xué)水質(zhì)和減少活化腐蝕產(chǎn)物在保持冷卻劑的化學(xué)水質(zhì)和減少活化腐蝕產(chǎn)物的累積方面效果顯著的累積方面效果顯著. 在一回路凈化系統(tǒng)中在一回路凈化系統(tǒng)中, 混床的混床的使用周期很長(zhǎng)使用周期很長(zhǎng), 更換樹脂的原因常常不是因?yàn)轱柡透鼡Q樹脂的原因常常不是因?yàn)轱柡?而是由于表面劑量過大或樹脂層壓降過高所致而是由于表面劑量過大或樹脂層壓降過高所致.施施塔德電廠的混床連

50、續(xù)運(yùn)行了塔德電廠的混床連續(xù)運(yùn)行了3年仍無需更換年仍無需更換.4)除鋰和除硼離子交換器除鋰和除硼離子交換器v冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)還備有兩種離子交換器冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)還備有兩種離子交換器, 一種是一種是H型陽(yáng)離子樹脂交換器型陽(yáng)離子樹脂交換器, 另一種是另一種是OH-型陰離子交換器型陰離子交換器. 其主要功能在于維持合其主要功能在于維持合適的冷卻劑水質(zhì)適的冷卻劑水質(zhì).v在冷卻劑中在冷卻劑中, 10B(n,)反應(yīng)將生成反應(yīng)將生成7Li, 特別在堆特別在堆芯運(yùn)行初期芯運(yùn)行初期, 7Li的生成量相當(dāng)大的生成量相當(dāng)大, 需要適時(shí)地需要適時(shí)地使凈化流通過使凈化流通過H+型陽(yáng)樹脂床型陽(yáng)樹脂床, 以以除去冷卻劑除

51、去冷卻劑中多余的中多余的7Li, 故常將其稱為除鋰離子交換器故常將其稱為除鋰離子交換器. 該離子交換器除了對(duì)鋰有很好的吸附作用外該離子交換器除了對(duì)鋰有很好的吸附作用外, 還能吸還能吸附附Li型和硼酸型混合離子交換器所不易吸附的型和硼酸型混合離子交換器所不易吸附的Mo, Y, Cs等等. 這些微量放射性元素的濃度遠(yuǎn)小于水中鋰這些微量放射性元素的濃度遠(yuǎn)小于水中鋰濃度濃度, 所以最終該床吸附的元素主要仍是鋰所以最終該床吸附的元素主要仍是鋰.v除硼離子交換器v在反應(yīng)堆運(yùn)行后期，燃料的過剩反應(yīng)性逐漸下降，需降低冷卻劑中的硼酸濃度。換料周期前半段：采用注入清水的方式使之稀釋而后半段，硼酸濃度已經(jīng)很低，不宜

52、再采用注入清水的方式稀釋，會(huì)引起大量的冷卻劑排放除硼離子交換器（OH-型陰離子交換器） 。為什么在冷卻劑中硼濃度較高時(shí)不用樹脂除硼為什么在冷卻劑中硼濃度較高時(shí)不用樹脂除硼?在較高的硼濃度下樹脂極易飽和在較高的硼濃度下樹脂極易飽和, 再生樹脂將產(chǎn)生再生樹脂將產(chǎn)生大量難以處理的放射性再生廢水大量難以處理的放射性再生廢水. 如果將一次飽和如果將一次飽和了的樹脂當(dāng)作固體廢物拋棄了的樹脂當(dāng)作固體廢物拋棄, 樹脂的消耗量太大樹脂的消耗量太大.樹脂不論是再生或者是直接拋棄樹脂不論是再生或者是直接拋棄, 吸附的硼酸都不吸附的硼酸都不能回收使用能回收使用, 這將造成每年數(shù)十噸的硼酸消耗這將造成每年數(shù)十噸的硼酸消

53、耗.容積控制箱容積控制箱v功能：功能：容積控制：容積控制：承擔(dān)反應(yīng)堆從冷態(tài)到熱態(tài)零功率啟動(dòng)承擔(dān)反應(yīng)堆從冷態(tài)到熱態(tài)零功率啟動(dòng)過程中的最大溫升速率和從熱態(tài)零功率到冷停堆過程中的最大溫升速率和從熱態(tài)零功率到冷停堆過程中的最大降溫速率所引起的水容積的變化過程中的最大降溫速率所引起的水容積的變化.v變功率運(yùn)行時(shí)變功率運(yùn)行時(shí), 承擔(dān)負(fù)荷線性變化最大速率為承擔(dān)負(fù)荷線性變化最大速率為5%滿滿功率功率/分的約分的約40%的水容積變化的水容積變化.噴霧除氣：噴霧除氣：當(dāng)下泄流被霧化噴入容積控制箱上部當(dāng)下泄流被霧化噴入容積控制箱上部空間時(shí)空間時(shí), 其余部分裂變氣體即會(huì)通過液滴表面擴(kuò)其余部分裂變氣體即會(huì)通過液滴表面擴(kuò)

54、散而出散而出, 借此而被除去借此而被除去. v短半衰期的裂變氣體在容積控制箱滯留過程中很快衰短半衰期的裂變氣體在容積控制箱滯留過程中很快衰變了變了; 而對(duì)長(zhǎng)期半衰期的核素而對(duì)長(zhǎng)期半衰期的核素(如如85 Kr),噴霧除氣的效噴霧除氣的效果被氣體重新溶解抵消了許多果被氣體重新溶解抵消了許多, 因此因此,噴霧除氣對(duì)長(zhǎng)半噴霧除氣對(duì)長(zhǎng)半衰期裂變氣體不明顯衰期裂變氣體不明顯.v維持氣相空間一定氫分壓。維持氣相空間一定氫分壓。使冷卻劑中溶氫使冷卻劑中溶氫量在量在25-35毫升每公斤水范圍內(nèi)，只要堆的功毫升每公斤水范圍內(nèi)，只要堆的功率在率在1兆瓦以上，就可抑制冷卻劑的輻射分解兆瓦以上，就可抑制冷卻劑的輻射分解

55、，使冷卻劑中氧含量低至，使冷卻劑中氧含量低至5微克每微克每kg量級(jí)。量級(jí)。6.6 化學(xué)和容積控制系統(tǒng)凈化回路凈化回路v系統(tǒng)功能：容積控制、化學(xué)控制和反應(yīng)性控制(1)保持反應(yīng)堆主系統(tǒng)內(nèi)合適的水容積，使穩(wěn)壓器水位按規(guī)定的水位功率曲線變化。(2)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆冷卻劑中硼濃度，控制堆芯反應(yīng)性。(3)減少反應(yīng)堆冷卻劑中裂變產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物等雜質(zhì)的數(shù)量，使主系統(tǒng)的放射性在允許范圍內(nèi)。(4)保持反應(yīng)堆冷卻劑內(nèi)合適的腐蝕和抑制劑的濃度，減少冷卻劑對(duì)設(shè)備和管系的腐蝕。(5)提供反應(yīng)堆主泵的軸封水。(6)對(duì)反應(yīng)堆主系統(tǒng)充水和進(jìn)行檢漏試驗(yàn)。(7)作為安全系統(tǒng)的補(bǔ)充，事故工況時(shí)間反應(yīng)堆主系統(tǒng)緊急注入含硼水和濃硼酸溶液。(8

56、)對(duì)穩(wěn)壓器進(jìn)行輔助噴淋。6.7 硼回收系統(tǒng)1.反應(yīng)堆排水的處理與硼的回收反應(yīng)堆排水的處理與硼的回收v反應(yīng)堆排水的來源：v反應(yīng)堆排水的主要原因是功率改變時(shí)調(diào)節(jié)硼酸濃度的需要 1）反應(yīng)堆的停閉和啟動(dòng)； 2）補(bǔ)后備反應(yīng)性的降低； 3）反應(yīng)堆負(fù)荷變化； 4）反應(yīng)堆換料或檢修排水； 5）主回路系統(tǒng)的泄壓、引漏。反應(yīng)堆停堆和啟動(dòng)v反應(yīng)堆停堆和啟動(dòng)時(shí)，要求用改變硼濃度的方法來補(bǔ)償一下幾種效應(yīng)引起的反應(yīng)性的變化：補(bǔ)償多普勒效應(yīng)引起的反應(yīng)性變化；補(bǔ)償冷卻劑（慢化劑）溫度效應(yīng)引起的反應(yīng)性變化；補(bǔ)償中子吸收截面很高的裂變產(chǎn)物135Xe和149Sm；有維持足夠的停堆深度到堆啟動(dòng)所需的反應(yīng)性變化（停堆加硼，啟動(dòng)減硼）

57、。補(bǔ)后備反應(yīng)性的降低反應(yīng)堆負(fù)荷變化v負(fù)荷跟蹤電站：運(yùn)行負(fù)荷隨電網(wǎng)用電要求而改變。高峰時(shí)滿功率甚至超功率發(fā)電，低谷時(shí)低功率甚至停止發(fā)電。v現(xiàn)代壓水堆電站實(shí)現(xiàn)這種負(fù)荷跟蹤時(shí)采用調(diào)節(jié)冷卻劑的硼濃度來實(shí)現(xiàn)，因而引起相應(yīng)的排水量，如果功率變化頻繁，則引起的排水量可觀。主回路系統(tǒng)的泄壓、引漏v主回路超壓時(shí)，穩(wěn)壓器泄壓閥開啟，將蒸汽排入泄壓箱，并為箱中積水冷凝吸收，最后排入堆排水排水貯槽。v出于輻射安全和環(huán)境保護(hù)的考慮，主回路壓力法蘭以及泵閥的密封處都設(shè)有引漏裝置，以收集泄漏出來的冷卻劑并送往堆排水貯槽。硼酸濃度與排水量030VP002BA上充TEP下泄注入純水V升REA排出含硼水V升注入硼酸V升030VP

58、002BA上充TEP下泄REA排出含硼水V升稀釋稀釋硼化硼化除硼除硼030VP002BA上充TEP除硼除硼段段下泄REA2.硼的回收系統(tǒng)（硼的回收系統(tǒng)（TEP）硼回收系統(tǒng)的功能硼回收系統(tǒng)的功能為堆排水提供足夠的貯存容量；為堆排水提供足夠的貯存容量；去除堆排水中的放射性物質(zhì)及其它雜質(zhì)；去除堆排水中的放射性物質(zhì)及其它雜質(zhì)；為堆的運(yùn)行再生補(bǔ)給水和濃硼酸為堆的運(yùn)行再生補(bǔ)給水和濃硼酸.硼回收系統(tǒng)組成與各部功能硼回收系統(tǒng)組成與各部功能堆排水存貯和輸送單元 凈化單元硼水分離單元堆排水貯存和輸送單元堆排水貯存和輸送單元包括堆排水貯槽和相應(yīng)的泵組包括堆排水貯槽和相應(yīng)的泵組. 為保證反應(yīng)堆排水為保證反應(yīng)堆排水順暢

59、順暢, 并為本系統(tǒng)的運(yùn)行保留足夠的機(jī)動(dòng)能力并為本系統(tǒng)的運(yùn)行保留足夠的機(jī)動(dòng)能力, 通通常堆排水貯槽的容量取一回路冷卻劑總體積的常堆排水貯槽的容量取一回路冷卻劑總體積的2.5倍以上倍以上. 這樣的容量能夠容納任何條件下連續(xù)兩次這樣的容量能夠容納任何條件下連續(xù)兩次停堆啟動(dòng)的排水停堆啟動(dòng)的排水.較大的貯存能力同時(shí)也可提供堆排水較長(zhǎng)的放射較大的貯存能力同時(shí)也可提供堆排水較長(zhǎng)的放射性衰變時(shí)間性衰變時(shí)間, 對(duì)于去除短半衰期核素很有效對(duì)于去除短半衰期核素很有效. 貯槽貯槽采用氮封采用氮封, 防止冷卻劑中逸出的氫氣和空氣相混引防止冷卻劑中逸出的氫氣和空氣相混引起爆炸的可能性起爆炸的可能性.凈化單元凈化單元組成組

60、成: 由過濾器、離子交換器和脫氣器構(gòu)成由過濾器、離子交換器和脫氣器構(gòu)成, 分別分別去除堆排水中的不溶性顆粒雜質(zhì)、可溶性離子雜去除堆排水中的不溶性顆粒雜質(zhì)、可溶性離子雜質(zhì)以及溶解氣體質(zhì)以及溶解氣體.凈化凈化: 本系統(tǒng)的原料水大部分己經(jīng)冷卻劑循環(huán)凈化本系統(tǒng)的原料水大部分己經(jīng)冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)混合床離子交換器處理系統(tǒng)混合床離子交換器處理, 所以一般僅僅設(shè)置一所以一般僅僅設(shè)置一組組H+型陽(yáng)樹脂床型陽(yáng)樹脂床, 用以去除用以去除Cs, Mo, Y等循環(huán)凈化等循環(huán)凈化系統(tǒng)不易除去的核素以及系統(tǒng)不易除去的核素以及pH添加劑的陽(yáng)離子添加劑的陽(yáng)離子(Li+, K+, NH4+). 樹脂床后過濾器是用以防止破碎樹脂