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秦山核电站凝结水精处理系统性能试验

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2010/5/20 14:03:05   

  所属频道:  火力发电    关键词:  凝结水 秦山核电 性能试验

秦山核电站300MW机组是中国自行设计、建造和运行治理的第一座核电站。其凝聚水精处理系统由华东电力设计院设计,浙江省火电建设公司安装,主要设备由上海电站辅机厂制造。根据秦山核电站并网发电的进度要求,凝聚水精处理系统于1991年8月至12月期间进行了调试,并随即投入了试运行。

1试验目的
凝聚水精处理系统设置在二回路凝聚水泵和凝聚水升压泵之间。其基本功能是去除凝聚水中的盐类杂质(如抓离子、钠离子和硫酸根离子等)和机械杂质(主要是铁的腐蚀产物)。在机组正常运行时,可以有效地除去二回路凝聚水中少量盐类杂质和腐蚀产物。确保给水品质,满足蒸汽发生器水化学工况的要求;在机组启动阶段,可除去较多的腐蚀产物,减少不合格水的排放量,缩短机组起动时间;在凝汽器泄漏的情况下,可使给水水质免受
凝汽器泄漏的影响,减少电站的非计划停堆。本试验的主要目的就是验证凝聚水精处理系统在上述不同运行条件下的除盐和除铁性能。

2系统和设备简介
秦山核电站凝聚水精处理系统为低压无前置过滤的混床系统,包括4台并列相联的混床,一套体外再生系统和相应的控制盘。系统中包含有5份树脂:除每台高速混床内各含有一份树脂外,还有一份树脂贮存于体外再生系统的树脂贮存塔内。每份树脂由阴树脂、惰性树脂和阳树脂组成,阴、阳树脂间的体积比为1:1,按H/OH型运行。少量惰性树脂的加入是为了减少失效树脂再生时阴、阳树脂间的交叉污染。在每台高速混床的出水管上,设有一在线电导仪和微钠表(母管共用)以监督高速混床的出水质量,并设有一树脂捕捉器以防止树脂碎末进入二回路系统内。高速混床内的树脂失效后,树脂被转移到体外再生系统进行再生,以恢复其原有的功能。体外再生系统由一个树脂分离兼阳树脂再生塔,一个阴树脂再生塔和一个树脂贮存塔组成。由于每台混床的最大设计出力可达487t/h,因而该系统的最大连续出力可达1460t/h,从而满足了电站的各个运行工况下对凝聚水处理流量的要求。图1和表1分别给出了秦山核电站凝聚水精处理系统简图及其主要设备的技术规范。

3主要技术参数
3.1凝聚水精处理系统出水水质要求、进水水质和系统运行条件
为了确保凝聚水精处理系统的出水质量达到表2的设计要求,其进水水质和系统运行条件必须符合表3的规定。
3.2再生药品
3.2.1硫酸
等级:工业优级纯,含量≥98;灰分:≤0.03;铁:≤0.01;铅:≤0.0;砷:≤0.0001;透明度:≥50mm.
3.2.2液碱
等级:高纯离子膜碱;含量:32;氯化钠:≤80mg/L;氧化铁:≤8mg/L;外观:无色透明。
3.3离子交换树脂
高速混床使用的树脂是争光化工厂专门为凝聚水精处理而生产的三层床树脂。每台高速混床的树脂装载量和树脂性能见表4。

4调试
4.1调试前的预备工作
(1)完成所有管道设备安装和电气仪表接线工作。
<2)保证用电、仪表用压缩空气、工艺用压缩空气,除盐水供给充足。
(3)贮存足够量的液碱和工业硫酸。
(4)离子交换树脂运到现场,化验后合格。
<5)水泵、风机等处于良好备用状态。
(6)二回路凝聚水系统应调试完毕,处于待运行状态。
4.2容器的内部检查
打开各容器的人孔,进行内部检查,检查的主要项目有:
(1)电火花试验以确认衬胶设备的完整性.检查结果发现各个容器均有不同程度的漏电处,由制造厂家修补。
(2)检查各个容器的进水装置、排水装置和树脂分离塔的中间排脂装置以确认这些装置配水是否均匀、部件是否完好和材料选择是否得当.结果发现以下三个间题:
a.各个容器内部均有碳钢螺栓和螺母,并已严重生锈,由安装公司更换为不锈钢材质的螺栓和螺母。
b.树脂分离/阳树脂再生塔和阴树脂再生塔内部均有许多排水帽缝隙大于0.4mm,由安装公司更换成合格产品。
c.在检查各个混床底部排水装置时,发现排列管的尼龙外套破损处较多,由安装公司进行更换。
4.3水压试验
4.3.1高速混床系统(1B-4B)
在0.85MPa的水压情况下,该系统基本无泄漏。但随着水压上升,高速混床进出水母管泄漏严重。对此进行设计变更:直径为500mm进口母管由原来法兰连接的衬胶管道改为焊接的碳钢管,直径为500mm的出口母管由原来法兰连接的衬胶管道改为焊接的不锈钢管,从而达到了在1.0MPa下水压的要求。
4.3.2体外再生系统
体外再生系统在水压为0.73MPa下进行,结果系统无泄漏。
4.4树脂的初次再生
(1)在树脂进行初次再生前,用于凝聚水精处理的树脂必须进行预处理,其预处理的基本步骤为:
a.用水力装卸器将阳树脂2.7m3和惰性树脂0.5m3装入阳树脂再生塔(CT)中,将阴树脂2.7m,装入阴树脂再生塔(AT)中。为了保护底部装置,在装树脂前应先在塔由加入lm深度的除盐水。
b.用4NaOH溶液浸泡阳树脂8h,5H2SO4溶液浸泡阴树脂8h。
c.在8h后用除盐水淋洗上述两种树脂到排水电导率≤100μS/cm。
d.再用4NaOH溶液浸泡阴树脂8h,5H2SO4溶液浸泡阳树脂8h。
e.8h后,用除盐水冲洗上述两种树脂到排水电导率≤100μS/cm。
(2)将预处理过的树脂按表5规定的再生工艺分别在阳树脂再生塔和阴树脂再生塔中进酸碱再生。
<3)将再生完的阴树脂由AT转移至CT,然后用压缩空气将阴、阳树脂混合,用除盐水淋洗,直至洗到电导率小于0.2us/cm后送到树脂贮存塔(CRT)。
(4)将树脂贮存塔内的树脂转移到1号高速混床(1B)备用。
按上述初次再生程序分别再生好另外4份树脂后分别贮存于2号、3号、4号高速混床(2B-4B)和树脂贮存塔备用。
4.5树脂正常再生的墓本过程
4.5.1失效树脂送到树脂分离塔CT
树脂在高速混床系统因出水水质超标或压差大而失效后,即利用压缩空气和压力水将混床内的失效树脂输送到树脂分离塔CT。
4.5.2新鲜树脂从树脂贮存塔送到高速混床系统
当1B-4B的失效树脂送到树脂分离塔CT后,备在RT的树脂即被送往1B-4B.
4.5.3树脂的空气擦洗
树脂在运行中不仅吸附了很多盐类杂质,而且还截留了很多腐蚀产物(主要是铁的氧化物)。为保证再生效果,在进酸碱前必须把吸附在树脂上的腐蚀产物用空气擦洗工艺(ABRO)擦洗下来。ABRO就是反复地从底部通1min压缩空气进树脂分离塔以使失效树脂间产生相互摩擦从而使吸附在树脂上的腐蚀产物脱落下来,然后立即用除盐水从上到下淋洗2min,从而使脱落下来的腐蚀产物从底部排走。擦洗次数一般视树脂被污染情况而定,在电站正常运行期间一般需擦洗25次左右。在机组启动期间,由于凝聚水中大量腐蚀产物被高速混床内的树脂吸附,其擦洗次数可达60-80次。
4.5.4树脂的反洗分层
树脂擦洗完毕后,用除盐水对树脂进行反洗分层,使树脂从下到上分阳树脂、惰性树脂和阴树脂三层,然后将上层的阴树脂通过中间排脂装置转移到AT内。
4.5.5按表5规定的再生工艺分别对阴、阳树脂进行再生
4.5.6树脂的混合
将再生好的阴树脂从AT转移回CT,然后进行6次左右的空气擦洗工艺,以除去因进酸、碱再生后而松动的少量腐蚀产物。再用压缩空气对阴阳树脂进行混合,最后用除盐水正洗直至电导率镇0.2t.S/cm后转送到RT中备用。
5试运行
5.1电站启动期间
在电站启动期间,二回路热力系统凝聚水中含有大量腐蚀产物,这是由于:
(1)启动前二回路系统基本上处于无化学控制状态,系统内表面因氧腐蚀严重而产生大量腐蚀产物,这些腐蚀产物将在启动期间脱落下来进入凝聚水中,使凝聚水中的含铁量升高,这种现象在电站初次并网的启动过程中表现得尤为严重。
(2)二回路系统在启动过程中还未建立起良好的水化学环境,系统内表面的腐蚀情况还是比较严重,这也使得凝聚水中的含铁量升高。
基于上述情况,电站启动期间二回路凝聚水必须进行全流量处理。
秦山核电站凝聚水精处理系统于1991年12月14日第一次投人运行。投运时,凝聚水泵出口水的铁含量高达1.65ml/L,超过了高速混床进水含铁量1.0mg/L(最大值),但为了保证蒸汽发生器给水品质小于0.1mg/L,该系统被迫投入运行,连续运行到12月18日,由于混床进出口压差已达到0.2MPa,混床被迫停运,但该混床的周期制水量仍达3万t左右。
由于电站初次并网发电,汽/水系统腐蚀产物极多,取样时可见凝聚水中有小颗粒,混床运行12h后,发现其上层树脂结了厚约10cm的板结层,层内可见大氧化铁屑,树脂中铁污染相当严重,板结层下部分树脂呈浅灰色,树脂颗粒被氧化铁裹包。
因进水条件极差,所以被污染的树脂送往体外再生系统再生时,空气擦洗竟达上百次,擦洗排水长时间呈黑酱油色,但这份树脂仍恢复了初始性能。这说明高速混床系统的设计和体外再生程序是合理的。
5.2凝汽器泄漏
在凝汽器泄漏期间,由于含有大量杂质的冷却水进入凝聚水中,使电站凝聚水中的酸电导率、抓离子等严重超标。这在用杭州湾海水冷却的秦山核电站表现得尤为突出.因而在凝汽器泄漏期间,也必须对凝聚水进行全流量处理。
秦山核电站自1993年10月以来,二回路凝聚汽器经常出现间断性泄漏,这使得查漏工作难以顺利进行,只得依靠凝聚水精处理系统来保证蒸汽发生器炉水和给水的品质。因凝汽器泄漏而使凝聚水泵出口的酸电导值最高竟达70μS/cm(标准为<0.3μ/cm),相应的氯离子约为4.6mg/L。假如这样的水进入蒸汽发生器势必造成因炉水严重超标而停堆,为此必须对凝聚水进行全流量处理,处理后混床出水的酸电导率<0.15μS/cm,氯离子<1μg/L,从而使整个二回路系统的水质维持在规定的范围内,保证了机组满功率安全运行.
5.3正常功率运行
电站在正常功率运行期间,二回路水质良好,凝聚水泵出口的酸电导率小于0.3μS/cm,氯离子小于1μg/L。因而凝聚水精处理系统能以部分流量运行,其进出口水质如表6和表7所示。
尽管在凝聚器不发生泄漏的情况下二回路水质良好,然而假如凝聚水精处理系统仍以全流量运行则整个二回路的汽/水品质将提高到一个新的层次.表8列出了在凝聚水全流量处理和不进行处理两种工况下二回路各种样水的酸电导率值。

6总结
秦山核电站凝聚水精处理系统经过调试和近3年的试运行证实,该系统完全能够达到设计要求的各项性能指标。尤其在以下两方面:
(1)在凝汽器泄漏的情况下,该系统能将二回路凝聚水中的抓离子降到1μg/L以下,从而保证蒸汽发生器给水、炉水和出口蒸汽等各种汽水品质满足二回路水化学的技术要求。
(2)在机组启动期间,尽管有时进水条件超过设计要求,但该系统仍然能使给水中的铁含量很快降到0.1mg/L以下,满足了电站升温的条件,从而缩短电站启动时间,减少蒸汽发生器内泥渣的积累。
然而该系统,目前仍然存在以下几方面的问题:
(1)高速混床中阴、阳树脂体积比为1:1,
由于秦山核电站二回路系统采用全挥发处理,给水pH值控制得较高((9.3-9.4),正常运行时凝聚水中的盐类物质绝大部分是氨,混床的失效主要为氨饱和所致,而此时阴树脂远未失效,所以适当增加阳树脂量、减少阴树脂量可延长混床的运行周期,减少再生次数。如将阳、阴树脂体积比由1:1改为2:1,此时高速混床的运行周期将延长34,这将有利于降低混床的运行成本。
(2)惰性树脂的引入。
高速混床中引入惰性树脂,虽然能使失效树脂在其再生过程中分为三层从而减少阴、阳树脂间的交叉污染,但是由于惰性树脂无交换容量,从而使高速混床中的混合树脂的比交换容量降低,混床运行周期变短;另一方面,由于惰性树脂是亲油性的,极易吸收水中的微量油类杂质,从而使其比重变小,经过几年运行后已发现少量惰性树脂在分层时不能从阴树脂层中分离出来,从而使惰性树脂失去原有的作用。随着电站运行年限的增加,这种现象会越来越严重,混床出水品质也将会随之越来越差,因而必须对该树脂分层技术进行改进。

电力工业部西安热工所高秀山、阎现等同志参加了容器内部检查和树脂初次再生部分的试验;浙江省火电建设公司孙强等同志参加了凝聚水精处理系统的水压试验;华东电力设计院蒋如丰同志和秦山核电公司李幼新、庄炳奇、许美景、董黎明、何森伟等同志先后参加了部分试验,高明华、方岚等同志为试验的水质分析提供了服务,作者谨表示深切的谢意。

来源:中国发电网
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