凝结水精处理系统问题改进

任军兵+白春淼+宋炜

【摘 要】为保证核电机组二回路给水水质，行业内目前普遍采用凝结水精处理系统对二回路凝结水进行处理，以期达到水质指标要求。本文通过对参考电站凝结水精处理系统出现的问题进行原因分析，对福清1、2号机组凝结水精处理系统针对问题进行改进，从而达到有效解决问题的目的，为后续项目提供参考。

【关键词】核电；凝结水精处理；改进

0 前言

凝结水精处理系统（以下简称ATE）是百万压水堆核电站二回路重要的系统之一。其位于凝结水泵与低压加热器之间，对二回路水中杂质离子进行树脂交换处理，保证蒸汽发生器供水水质。主要功能是：

（1）连续去除热力系统在机组正常运行或机组启停期间形成的腐蚀产物和离子杂质，为蒸汽发生器提供悬浮物质含量极低的给水；

（2）机组启动时可以大大减少系统冲洗时间，使机组尽快投入运行并节约除盐水用量；

（3）当凝汽器发生轻微泄露时，凝结水精处理系统的运行可除去漏入的微量溶解性矿物质，阻止冷却水中的杂质进入常规岛热力系统；当凝汽器发生较大泄露且必须停机时，凝结水精处理系统的运行又可为机组的停运提供一定的准备时间。

该系统的设置对保证核电机组二回路高质量的水质、确保核电设备安全经济运行具有重要意义。

1 系统简要介绍

福清核电1、2号机组ATE采用全流量旁路式“前置阳床+混床+高塔分离法”的系统配置方案，5台25%流量前置阳床（4用1备），5台25%流量混床（4用1备），每台前置阳床、混床后置1台树脂捕捉器，2台前置阳床再生塔，采用高塔法对混床失效树脂进行分离再生，包括1台混床树脂分离塔、1台混床阳树脂再生塔、1台混床阴树脂再生塔、1台混床树脂混合贮存塔，外加配套的管道、阀门、罗茨风机、水泵等。

相比参考电站，福清核电1、2号机组ATE前置阳床、混床单台设备处理量降低，处理设备与再生设备的冗余的设计保证系统的无间断运行。

2 参考电站ATE投运后问题描述及原因分析

参考电站ATE系统投入运行后，在运行期发现以下问题：

（1）前置阳床和混床树脂在水流作用下被搅动起来，混床树脂扰动严重时出现树脂破碎现象；

（2）蒸汽发生器中SO42-超标；

（3）混床树脂分离效果下降，破碎树脂无法排出，其锥体粘结的排水装置结构容易堵塞和损坏；

（4）混床树脂从贮存罐进入混床时出现分层，导致树脂混合不均匀，出水水质得不到保证。

经过查找、分析，其产生问题的主要原因为：

（1）造成前置阳床和混床树脂扰动、破碎主要原因是布水装置设计不合理，布水装置为水平挡板并在下方设置4个出水大喷头，导致树脂在大水流、较高流速下受到冲击而出现扰动、破碎；

（2）由于强酸型阳树脂能溶解出硫酸根，破碎树脂漏入热力系统也能溶解硫酸根，ATE的投运导致SG中硫酸根超标；

（3）混床树脂分离使用锥斗法，由于自身的结构问题，混床树脂分离效果不佳，树脂交叉感染，使得破碎树脂无法排出；

（4）阴阳树脂混合后在输送至混床过程中由于密度差，导致分层。

3 福清核电1、2号机组ATE改进

鉴于参考电站出现的问题，福清核电1、2号机组ATE从系统设计工艺有针对性进行了设计改进：

（1）合理选择树脂、设计离子交换器，并从理论上进行分析，避免树脂扰动、破碎；

（2）从工艺上保证混床树脂分离的效果、树脂输送时树脂分层问题以及树脂交叉感染的问题；

（3）在前置阳床、混床设置树脂捕捉器，并分析在少量树脂破碎后，树脂捕捉器是否能够有效收集破碎树脂，避免树脂进入热力系统，造成硫酸根超标；

（4）设置二次混脂功能，一旦阳、阴树脂在混床内分层后，通过二次混脂使得树脂均匀分布。

针对以上所述改进项从多个角度分析，以论证其设计改进的可行性、有效性。

3.1 树脂扰动、破碎问题

为避免树脂扰动、破碎，技术上采取的措施为：

（1）树脂应当满足技术指标，并具有更好的均一性和强度，均一性可以保证树脂的交换效果和均匀分布，树脂强度保证树脂不易破碎；

（2）布水装置的改进，使得水流的冲击力大大减小；

（3）前置阳床、混床内部配水均匀，避免压力分布不均。

3.1.1 树脂选型

福清核电1、2号机组树脂检测指标均高于技术规格书要求，树脂整体的颗粒均一系数、抗压强度和颗粒完整率等大部分指标优于参考电站所用树脂，尤其是树脂抗压强度100%合格，阴树脂的强度大大提高，在水流冲击下不容易破碎，有利于树脂均匀分布，且具有良好的水力特性，在混床树脂分离塔中，易于分离。

树脂的选择适合ATE系统的技术要求，离子交换律高、不易破碎、易于分离。

3.1.2 布水装置改进及冲击力

福清核电1、2号机组ATE前置阳床、混床改进设计后，三级布水装置有利于布水均匀，水流流经更长距离，通过多次能量转化，水流速度和冲击力度得以减小，最后通过水帽均匀细化减小了对树脂的冲击，使得树脂不会因为大水流的冲击导致扰动、破碎。

3.1.3 压力平衡

为避免前置阳床平衡管遭到酸性腐蚀，其平衡管设置于罐体外部，混床平衡管设置于树脂内部。

平衡管的设置对压力容器整体的布水装置起辅助作用，使得前置阳床、混床内压力分布更均匀。

3.2 树脂分离再生

目前国内主要有两种混床树脂分离再生方法，分别是锥斗法和高塔法，参考电站采用的锥斗法，福清核电1、2号机组ATE使用高塔法。相比参考电站使用的锥斗法，高塔法混床树脂分离过程更加合理。每台设备所承担的功能更加单一、明确，阳阴树脂分离后，最大限度的避免了树脂的交叉感染。而参考电站使用的锥斗法，每台设备承担功能更为复杂，在分离再生过程中，更容易出现树脂的交叉感染问题。如混床树脂分离罐既承担阳、阴树脂分离的功能，同时要承担阴树脂再生的功能，阳树脂再生塔既承担阳树脂再生功能，又要承担再生后阳、阴树脂混合贮存的功能，在这些过程中，难免出现阳、阴树脂的交叉感染，影响ATE的出水水质。

3.3 破碎树脂收集分析

系统在前置阳床、混床出水口设置树脂捕捉器，以收集破碎树脂，以免其漏入热力系统造成硫酸根超标，影响水质。福清核电1、2号机组采用卧式树脂捕捉器，树脂捕捉器的设置完全可以有效的阻止破碎树脂漏入热力系统，导致系统硫酸根超标。但是为了机组大修时方便考虑，后续技术改造可以更换为立式树脂捕捉器。

4 分析与结果对比

通过上述对比分析福清核电1、2号机组ATE相比参考电站ATE在以下方面得到了改进或优化，参考电站出现的问题，在福清核电1、2号机组得到解决：

（1）前置阳床、混床的树脂选型优于参考电站树脂，完全满足机组的技术要求，布水装置更加合理，而且设计了平衡管，能够有效避免树脂层的扰动，大大降低水流冲击下树脂破碎概率。

（2）采用高塔法、树脂输送双管道布置，混床树脂分离再生过程简化，最大限度避免阴、阳树脂交叉感染的概率，能够实现树脂的彻底分离；增加了二次分离、二次混脂功能，保证混床树脂分离更彻底，再生后均匀混合。

（3）树脂捕捉器的设计，能在少量树脂破损时有效收集破碎树脂，以免漏入热力系统，造成水质污染，硫酸根超标。

5 结论

福清核电1、2号机组ATE，充分考虑了参考电站ATE问题，通过合理的改进措施，有效避免参考电站出现的树脂扰动、破碎及硫酸根超标等同类问题，确保二回路水质达到技术要求，其改进是合理的，可为同类核电ATE设计提供参考。

【参考文献】

[1]朱兴宝.岭澳核电站二期凝结水处理系统重大技术改进[J].核动力工程，2009，30（6）：1-5.

[责任编辑：朱丽娜]