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)限值以內(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)械過濾離子交換機(jī)械過濾目的

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多時(shí)，可能造成堆芯局部流道阻塞或換熱面過熱，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)物在回路中的過量積聚機(jī)械過濾的應(yīng)用冷卻劑凈化主泵軸封水過濾離子交換器后過濾燃料水池澄清過濾試劑的過濾補(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)的過濾設(shè)施磁過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)水的過濾一回路冷卻劑的過濾對(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%在去污過程中可迅速消除腐蝕產(chǎn)物顆粒，強(qiáng)化去污過程SG排污水和汽輪機(jī)凝結(jié)水的過濾排污水過濾時(shí)，降低水溫和提高pH可進(jìn)一步提高過濾效率一旦發(fā)生SG傳熱管破損，可通過加大過濾流量來降低排污水放射性強(qiáng)度凝結(jié)水的過濾可大大降低進(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濾器中的雜質(zhì)沉積程度，可決定過濾器的再生時(shí)機(jī)再生方便，去磁反洗即可，速度快，無需備用6.2離子交換樹脂基礎(chǔ)知識(shí)5.2.1離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)及基團(tuán)的引入5.2.1.1離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹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）性樹脂或弱酸（堿）性樹脂。6.2.1.2離子交換基團(tuán)的引入（1）強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂（2）強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂6.2.2離子交換樹脂的主要物理性能6.2.2.1外形和顆度①離子交換樹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樹脂顆粒大小對(duì)樹脂的交換能力、凈化效率、水流通過樹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)的空隙中，離解，形成水合離子，樹脂體積也因此增大，這種現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹。⒉含水率50％樹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，樹脂的溶脹率也越高。①?gòu)?qiáng)酸性陽離子交換樹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)能將樹脂脹裂。樹脂的機(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，越易被樹脂吸附，對(duì)陽離子有下列順序：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離子交換樹脂的交換容量與凈化效率⊙

離子交換樹脂的交換容量離子交換樹脂的交換容量系指單位體積或重量樹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為離子交換樹脂的利用率?！?/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)離子交換樹脂性能（1）出水水質(zhì)純度高（2）樹脂對(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，樹脂的磨損率低。（4）核級(jí)樹脂雜質(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，順次通過前置過濾器、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)后過濾器、噴嘴霧化后噴入容積控制箱，而后再經(jīng)泵加壓通過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⊙

前置過濾器1．高溫過濾器⑴高溫過濾的設(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．低溫過濾器低溫（＜60℃）過濾器。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脂微粒?！?/p>

鋰型和硼酸型混合離子交換器鋰型陽離子樹脂和硼酸型陰離子樹脂混合組成，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?！?/p>

除鋰離子交換器H+型陽離子樹脂交換器，用于除去冷卻劑中多余的Li。H+型樹脂與冷卻劑中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)堆排水的來源反應(yīng)堆運(yùn)行過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（見圖9－4）1－堆排水貯罐；2－循環(huán)泵；3－供料泵；4－前置過濾器；5－陽離子交換器；6－后過濾器；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＋型陽樹脂床，去除Cs、Mo、Y等循環(huán)凈化系統(tǒng)不易除去的核素以及PH添加劑的陽離子（Li＋、）。（3）硼水分離單元

硼水分離是通過蒸發(fā)來實(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。而蒸發(fā)器釜底溶液濃縮到一定程度后，經(jīng)冷卻過濾送往濃硼酸貯槽。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

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硼酸的熱再生

改變通過離子交換器水流溫度來調(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，使其通過陰樹脂床，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，使其通過同一個(gè)陰樹脂床，這時(shí)硼由樹脂上解吸下來，水流中的硼濃度提高。這種用改變通過離子交換器水流溫度來調(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。

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一回路廢水處理①放射性較高的設(shè)備排水、采用過濾、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)限制以內(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)械過濾離子交換機(jī)械過濾目的

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多時(shí)，可能造成堆芯局部流道阻塞或換熱面過熱，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)樹脂床后溶液中核素被去除的份額

去污因子(去污系數(shù))