第六章壓水反應(yīng)堆處理系統(tǒng)

第六章壓水反應(yīng)堆水處理系統(tǒng)水處理的目的：①改善水質(zhì),使其達(dá)到技術(shù)指標(biāo)限值內(nèi)②各系統(tǒng)的水最大限度的重復(fù)使用,以減小廢水量，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。冷卻劑水處理水進(jìn)行處理的必要性：水在壓水堆一回路是作為冷卻劑和慢化劑，在二回路是作為載熱劑傳熱的同時(shí)，把堆芯形成的放射性,裂變產(chǎn)物，活化的腐蝕產(chǎn)物載帶到了回路各個(gè)部位，形成了堆芯外的輻射場(chǎng)水在慢化中子的同時(shí)，又經(jīng)受輻照分解生成H2和O2一、二回路水中的雜質(zhì)又引起結(jié)構(gòu)材料和燃料包殼的腐蝕目的使水質(zhì)在指標(biāo)限值以?xún)?nèi)，保證各系統(tǒng)設(shè)備和結(jié)構(gòu)的完整性，使冷卻劑最大限度的重復(fù)使用，保持冷卻劑質(zhì)量在規(guī)定的指標(biāo)限値之內(nèi)處理技術(shù)機(jī)械過(guò)濾離子交換機(jī)械過(guò)濾目的

腐蝕產(chǎn)物的危害在反應(yīng)堆回路傳熱表面的沉積，使傳熱效率降低積累過(guò)多時(shí)，可能造成堆芯局部流道阻塞或換熱面過(guò)熱，引起嚴(yán)重事故在停堆檢修時(shí)，沉積的活化腐蝕產(chǎn)物的放射性，會(huì)給維修工作帶來(lái)很多麻煩

及時(shí)有效地除去冷卻劑中腐蝕產(chǎn)物，避免腐蝕產(chǎn)物在回路中的過(guò)量積聚機(jī)械過(guò)濾的應(yīng)用冷卻劑凈化主泵軸封水過(guò)濾離子交換器后過(guò)濾燃料水池澄清過(guò)濾試劑的過(guò)濾補(bǔ)給水、二路蒸汽發(fā)生器排污水和汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，以及廢水處理各系統(tǒng)的過(guò)濾設(shè)施磁過(guò)濾器原理利用磁吸引作用將水中鐵磁性雜質(zhì)分離和去除過(guò)濾對(duì)象必須是具有鐵磁性的物質(zhì)構(gòu)造非磁性金屬外殼體外加磁場(chǎng)內(nèi)部充填強(qiáng)導(dǎo)磁性填料磁過(guò)濾器在PWR的應(yīng)用已用于PWR一回路冷卻劑、SG排污水、汽輪機(jī)凝結(jié)水的過(guò)濾一回路冷卻劑的過(guò)濾對(duì)固體懸浮顆粒去除率約50%，對(duì)鈷的去除率達(dá)90%冷卻劑懸浮顆物濃度減少50%SG室內(nèi)的輻照劑量下降50%在去污過(guò)程中可迅速消除腐蝕產(chǎn)物顆粒，強(qiáng)化去污過(guò)程SG排污水和汽輪機(jī)凝結(jié)水的過(guò)濾排污水過(guò)濾時(shí)，降低水溫和提高pH可進(jìn)一步提高過(guò)濾效率一旦發(fā)生SG傳熱管破損，可通過(guò)加大過(guò)濾流量來(lái)降低排污水放射性強(qiáng)度凝結(jié)水的過(guò)濾可大大降低進(jìn)入SG補(bǔ)水中的腐蝕產(chǎn)物雜質(zhì)負(fù)荷量高，壓降變化明顯反映過(guò)濾器中的雜質(zhì)沉積程度，可決定過(guò)濾器的再生時(shí)機(jī)再生方便，去磁反洗即可，速度快，無(wú)需備用6.2離子交換樹(shù)脂基礎(chǔ)知識(shí)5.2.1離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)及基團(tuán)的引入5.2.1.1離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂是一種帶有與水溶液中離子進(jìn)行交換的活性基團(tuán)的高分子有機(jī)化合物。1.結(jié)構(gòu)（本體）：苯乙烯與二乙烯苯聚合而成的高分子化合物。2.交聯(lián)度聚合物中二乙烯苯的百分含量稱(chēng)為交聯(lián)度。3.引入各種交換基團(tuán)向聚合體骨架上引進(jìn)各種活性基團(tuán),根據(jù)交換基團(tuán)的酸堿性強(qiáng)弱分為:強(qiáng)酸（堿）性樹(shù)脂或弱酸（堿）性樹(shù)脂。6.2.1.2離子交換基團(tuán)的引入（1）強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（2）強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂6.2.2離子交換樹(shù)脂的主要物理性能6.2.2.1外形和顆度①離子交換樹(shù)脂一種半透明的球狀物質(zhì)，顏色有白、黃、黑和赤褐?jǐn)?shù)種。②樹(shù)脂顆粒大小對(duì)樹(shù)脂的交換能力、凈化效率、水流通過(guò)樹(shù)脂層的壓力降以及水流分布的均勻程度都有一定影響。相應(yīng)的顆粒直徑為0.3—1.2毫米?！?/p>

溶脹性和含水率⒈溶脹樹(shù)脂一經(jīng)浸入水中，水即擴(kuò)散到樹(shù)脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中，離解，形成水合離子，樹(shù)脂體積也因此增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為樹(shù)脂的溶脹。⒉含水率50％樹(shù)脂總要保持一定水分，一般在50%左右⒊交聯(lián)度的關(guān)系樹(shù)脂溶脹性和含水率均與交聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度越大，溶脹性越小，含水率也越低。⒋樹(shù)脂的溶脹性還與交換基團(tuán)和交換離子的特性有關(guān)。交換離子的水合度以及水合離子的半徑越大，樹(shù)脂的溶脹率也越高。①?gòu)?qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂溶脹率的大小順序?yàn)椋?/p>

H+＞Li+

＞Na+

＞NH＋4＞K+②而強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂在進(jìn)行離子交換時(shí)的溶脹率順序?yàn)椋?/p>

⊙

熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度溫度過(guò)高易使交換基團(tuán)分解，當(dāng)水溫達(dá)到零度時(shí)，其內(nèi)部水分的凍結(jié)能將樹(shù)脂脹裂。樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度與交聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度越大，機(jī)械強(qiáng)度越好。5.2.3離子交換機(jī)理⊙

離子交換原理離子交換過(guò)程可用下式表示：在水質(zhì)凈化系統(tǒng)中，其交換原理可用下式表示：⊙

離子交換樹(shù)脂的選擇性化學(xué)置換反應(yīng)規(guī)律：（1）離子電荷①在低濃度水溶液中，交換離子的電荷越大，越易被樹(shù)脂吸附，對(duì)陽(yáng)離子有下列順序：對(duì)陰離子則有：②高濃度的低價(jià)離子往往具有較高的交換“勢(shì)”，這就是樹(shù)脂的再生原理。（2）離子半徑與水合作用原子序數(shù)越大，水合能越小，因此有以下選擇性吸附順序：活度系數(shù)越高，交換“勢(shì)”也越大。

6.2.4離子交換樹(shù)脂的交換容量與凈化效率⊙

離子交換樹(shù)脂的交換容量離子交換樹(shù)脂的交換容量系指單位體積或重量樹(shù)脂能夠交換的離子數(shù)量。交換容量可用下面兩種方法表示：（1）總交換容量單位體積或重量的離子交換劑中交換基團(tuán)的總數(shù)，毫克當(dāng)量/毫升濕樹(shù)脂。（2）工作交換容量穿透容量，動(dòng)態(tài)條件下單位體積或重量樹(shù)脂中能夠參加交換反應(yīng)的基團(tuán)數(shù)。工作交換容量與總交換容量之比稱(chēng)為離子交換樹(shù)脂的利用率?！?/p>

離子交換的凈化效率和去污因子①凈化效率η定義為：流經(jīng)樹(shù)脂床后溶液中核素被去除的份額。常用百分?jǐn)?shù)表示：

②去污因子DF定義為樹(shù)脂床進(jìn)出料液中特定核素的濃度或放射性強(qiáng)度之比：6.3核級(jí)離子交換樹(shù)脂性能（1）出水水質(zhì)純度高（2）樹(shù)脂對(duì)pH值變化不敏感（3）穩(wěn)定性好，耐熱性能、耐輻照性能都較強(qiáng)。機(jī)械強(qiáng)度高，樹(shù)脂的磨損率低。（4）核級(jí)樹(shù)脂雜質(zhì)含量低，顆度均勻，轉(zhuǎn)型率高。6.5水處理系統(tǒng)6.5.1冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)⊙系統(tǒng)功能設(shè)立冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)的主要目的，在于不斷地除去冷卻劑中的腐蝕產(chǎn)物和裂變產(chǎn)物，維持合適的冷卻劑水質(zhì)。

保持反應(yīng)堆冷卻劑內(nèi)合適的pH值，減少冷卻劑對(duì)設(shè)備和管系的腐蝕。

調(diào)節(jié)反應(yīng)堆冷卻劑中硼濃度，滿(mǎn)足控制堆芯反應(yīng)性的需要?！严到y(tǒng)工藝由反應(yīng)堆高壓回路引出的一股下泄流，經(jīng)熱交換器冷卻并降壓后，順次通過(guò)前置過(guò)濾器、混合離子交換器，并聯(lián)一個(gè)除鋰離子交換器和一個(gè)除硼的離子交換器。再經(jīng)后過(guò)濾器、噴嘴霧化后噴入容積控制箱，而后再經(jīng)泵加壓通過(guò)再生熱交換器的被加熱側(cè)升溫補(bǔ)入主回路。流程6.5.2系統(tǒng)組成及其各部性能⊙

前置過(guò)濾器1．高溫過(guò)濾器⑴高溫過(guò)濾的設(shè)備是由抗腐蝕的惰性陶瓷材料所構(gòu)成，＜0.5微米的懸浮物質(zhì)。⑵高溫磁性過(guò)濾器。其特點(diǎn)是反應(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。2．低溫過(guò)濾器低溫（＜60℃）過(guò)濾器。一般由不銹鋼環(huán)、不銹鋼網(wǎng)或高分子聚合物有孔纖微板組成。除去以懸浮物固體和膠體形式存在腐蝕產(chǎn)物和粉碎的離子交換樹(shù)脂微粒。⊙

鋰型和硼酸型混合離子交換器鋰型陽(yáng)離子樹(shù)脂和硼酸型陰離子樹(shù)脂混合組成，功能是去除冷卻劑中離子型雜質(zhì)和部分不溶性腐蝕產(chǎn)物以及放射性核素。⊙

除鋰離子交換器H+型陽(yáng)離子樹(shù)脂交換器，用于除去冷卻劑中多余的Li。H+型樹(shù)脂與冷卻劑中Li的交換反應(yīng)為：

⊙

除硼離子交換器OH+型陰離子交換器的功用在于去除冷卻劑中的硼酸。

ROH-

+B-

RB-

+OH-

⊙

容積控制箱容積控制箱的功能：①變功率運(yùn)行時(shí)，水容積變化。②去除裂變氣體6.5.2反應(yīng)堆排水的處理與硼的回收

⊙

反應(yīng)堆排水的來(lái)源反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中總要不斷地排出含有放射性和含硼的冷卻劑，因此，凈化反應(yīng)堆的排水，并將其轉(zhuǎn)化成合格的堆補(bǔ)給水和濃硼酸，是硼回收系統(tǒng)的主要任務(wù)。反應(yīng)堆正常排水由以下幾個(gè)原因造成：（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6.5.3硼的回收系統(tǒng)

硼回收系統(tǒng)應(yīng)該具備如下三種功能：（1）為堆排水提供足夠的貯存容量；（2）去除堆排水中的放射性物質(zhì)及其其它雜質(zhì)；（3）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)由三個(gè)單元組成（見(jiàn)圖9－4）1－堆排水貯罐；2－循環(huán)泵；3－供料泵；4－前置過(guò)濾器；5－陽(yáng)離子交換器；6－后過(guò)濾器；7－預(yù)熱器；8－脫氣器；9－蒸發(fā)器；10－吸收塔；11－冷凝器；12－冷凝水泵；13－冷卻劑；14－凝水離子交換器；15—過(guò)濾器；16－檢測(cè)槽；17—檢測(cè)槽泵；18—濃硼酸卸放器；19—濃硼酸泵；20—濃硼酸過(guò)濾器。圖9－4硼回收系統(tǒng)原理流程圖（1）堆排水貯存和輸送單元包括堆排水貯槽和相應(yīng)的泵組（2）凈化單元過(guò)濾器、離子交換器和脫氣器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。設(shè)置一組H＋型陽(yáng)樹(shù)脂床，去除Cs、Mo、Y等循環(huán)凈化系統(tǒng)不易除去的核素以及PH添加劑的陽(yáng)離子（Li＋、）。（3）硼水分離單元

硼水分離是通過(guò)蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。蒸發(fā)器、霧沫去除器、吸收塔、冷凝器以及冷卻器構(gòu)成。檢測(cè)合格后送堆補(bǔ)給水箱貯存起來(lái)。而蒸發(fā)器釜底溶液濃縮到一定程度后，經(jīng)冷卻過(guò)濾送往濃硼酸貯槽。硼回收系統(tǒng)蒸發(fā)后的兩種產(chǎn)物：①二次蒸汽冷凝液（純水）②濃硼酸

⊙

硼酸的熱再生

改變通過(guò)離子交換器水流溫度來(lái)調(diào)節(jié)硼濃度的方法，叫硼酸的熱再生法。在需要“減硼”時(shí)，降低循環(huán)凈化流的溫度，使其通過(guò)陰樹(shù)脂床，這時(shí)硼被吸附，水液中的硼濃度降低；在需要“加硼”時(shí)，則提高水流的溫度，使其通過(guò)同一個(gè)陰樹(shù)脂床，這時(shí)硼由樹(shù)脂上解吸下來(lái)，水流中的硼濃度提高。這種用改變通過(guò)離子交換器水流溫度來(lái)調(diào)節(jié)硼濃度的方法，叫硼酸的熱再生法。

6.5.4放射性廢水的處理⊙

放射性廢水概況與處理原則廢水處理的目的在于保護(hù)環(huán)境。

⊙

一回路廢水處理①放射性較高的設(shè)備排水、采用過(guò)濾、蒸發(fā)處理，必要時(shí)，將二次蒸汽冷凝液再經(jīng)一次離子交換。②對(duì)各種放射性水平較低的地面沖洗水，用過(guò)濾和離子交換就足夠了。③洗衣水、淋浴水等，則往往可以直接排放。弱放廢水的處理，滲析和反滲透等方法?！?/p>

二回路放射性廢水的處理二回路化學(xué)系統(tǒng)用離子交換法全部地或部分地凈化汽輪機(jī)凝水（即蒸汽發(fā)生器補(bǔ)給水）。反滲透法處理蒸汽發(fā)生器排污水蒸發(fā)、離子交換等方法處理二回路廢液，膜式蒸發(fā)器⊙

燃料貯存池水的凈化①目的：除去池水中的懸浮顆粒是保證池水的清澈透明。②系統(tǒng)組成：燃料貯存水池的水凈化系統(tǒng)，一個(gè)過(guò)濾器和混合離子交換器組成的回路循環(huán)。冷卻劑水處理對(duì)核電站各系統(tǒng)的水進(jìn)行處理的原因水在傳熱的同時(shí)，把堆芯形成的放射性，特別是活化的腐蝕產(chǎn)物載帶到了回路，形成堆芯外的輻射場(chǎng)水在慢化中子的同時(shí)，受到活化造成放射性,又經(jīng)受輻照分解生成H2和O2一、二回路水中的雜質(zhì)又引起結(jié)構(gòu)材料和燃料包殼的腐蝕目的使水質(zhì)達(dá)到技術(shù)指標(biāo)限制以?xún)?nèi)保證各系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)材料的完整性使冷卻劑最大限度的重復(fù)使用并使排放的廢水低于所規(guī)定的放射性水平和有害于環(huán)境的雜質(zhì)含量冷卻劑水處理任務(wù)循環(huán)凈化冷卻劑，保持冷卻劑質(zhì)量在規(guī)定的指標(biāo)限度之內(nèi)處理反應(yīng)堆排放的冷卻劑并加以回復(fù)利用處理反應(yīng)堆產(chǎn)生的放射性廢液處理技術(shù)機(jī)械過(guò)濾離子交換機(jī)械過(guò)濾目的

腐蝕產(chǎn)物的危害在反應(yīng)堆回路傳熱表面的沉積，使傳熱效率降低積累過(guò)多時(shí)，可能造成堆芯局部流道阻塞或換熱面過(guò)熱，引起嚴(yán)重事故在停堆檢修時(shí)，沉積的活化腐蝕產(chǎn)物的放射性，會(huì)給維修工作帶來(lái)很多麻煩

及時(shí)有效地除去冷卻劑中腐蝕產(chǎn)物，避免腐蝕產(chǎn)物在回路中的過(guò)量積聚離子交換機(jī)理離子交換的凈化效率和去污因子凈化效率

流經(jīng)樹(shù)脂床后溶液中核素被去除的份額

去污因子(去污系數(shù))