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國產(chǎn)新一代核級離子交換樹(shù)脂在秦山核電站的應用

陶 鈞

( 上海交通大學(xué), 上海 200030)

[ 摘 要] 簡(jiǎn)要介紹了壓水堆核電站一回路主輔系統水處理的一些特點(diǎn)和對核級樹(shù)脂的特殊要求, 同時(shí)通過(guò)國產(chǎn)新一代/ 爭光牌核級樹(shù)脂在秦山核電站一回路主輔系統的應用情況, 說(shuō)明該核級樹(shù)脂完全能夠滿(mǎn)足秦山核電站的要求, 并且性能優(yōu)于原國產(chǎn)核級樹(shù)脂。

[ 關(guān)鍵詞] 樹(shù)脂; 核級樹(shù)脂; 核電站; 一回路; 冷卻劑; 水處理

[ 中圖分類(lèi)號] TM623 [ 文獻標識碼] A [ 文章編號] 1002 3364( 2004) 12 0059 03

秦山核電站是我國自行設計和建造的第一座核電站, 其反應堆采取的是壓水堆型, 裝機容量為300MW。與所有發(fā)電站一樣, 要保證核電站的安全穩定運行, 有效的化學(xué)控制與監督非常重要。本文就秦山核電站一回路水處理系統的特點(diǎn)和對核級樹(shù)脂的特殊要求進(jìn)行說(shuō)明, 并就國產(chǎn)新一代爭光牌核級樹(shù)脂( 國產(chǎn)新一代核級樹(shù)指) 在秦山核電站一回路的應用情況進(jìn)行介紹。

1 核電站一回路水處理系統特點(diǎn)

壓水堆( PWR) 核電站水處理系統見(jiàn)圖1。

                            圖1 壓水堆核電站水處理系統

從圖1 可知, 核電站的一回路水處理包括化學(xué)和容積控制系統( 化容系統) 、硼回收系統、乏燃料池凈化系統和廢液處理系統, 這些系統必須安裝特定的水處理裝置。一回路水處理系統的特點(diǎn)如下。

( 1) 化容系統中包括凈化床、除硼床和除鋰床。凈化床是對一回路冷卻劑中的放射性物質(zhì)進(jìn)行處理, 降低一回路冷卻劑系統的放射性水平; 除硼床是通過(guò)除去冷卻劑中的硼來(lái)調節反應堆的反應性能; 除鋰床是除掉一回路冷卻劑中的部分鋰, 使鋰濃度滿(mǎn)足硼鋰協(xié)調控制的要求。在這3 種樹(shù)脂床中, 凈化床是連續運行的, 而除硼床和除鋰床都是間斷運行的。

( 2) 硼回收系統中設置有除硼床和凈化床。除硼床用于除去硼回收系統蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝液中的硼。硼回收系統設置2 臺混床的目的是根據需要對所回收的含硼水進(jìn)行凈化。

( 3) 為了對乏燃料儲存水池的水進(jìn)行凈化, 在該系統中設置了1 臺混床, 采取間斷運行方法對水質(zhì)進(jìn)行控制。放射性廢液處理系統中還設置了2 臺陽(yáng)床和2臺陰床, 根據需要對廢液進(jìn)行處理。如果蒸發(fā)器傳熱管有破損, 在蒸發(fā)器排污系統中設置的4 臺混床可以起到除去放射性物質(zhì)的目的。

2 一回路水處理系統對核級樹(shù)脂的要求

應用于核電站一回路水處理系統的核級樹(shù)脂, 必須具備很高的再生轉型率, 很低的雜質(zhì)含量, 良好的抗輻照分解能力。同時(shí), 要求樹(shù)脂能夠在較高運行流速和較高溫度下工作, 使用過(guò)程中系統釋放出的有機或無(wú)機雜質(zhì)應在允許范圍內。秦山核電站運行以來(lái), 一回路一直采用國產(chǎn)核級樹(shù)脂, 其技術(shù)指標見(jiàn)表1。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和樹(shù)脂生產(chǎn)工藝的改進(jìn), 國際上早己推出了質(zhì)量更好的核級樹(shù)脂, 秦山核電站也提出了自己對核級樹(shù)脂的新要求( 表2) 。從表2 可見(jiàn), 原國產(chǎn)核級樹(shù)脂質(zhì)量已不能滿(mǎn)足秦山核電站對核級樹(shù)脂的新要求。

3 國產(chǎn)新一代核級離子交換樹(shù)脂

在秦山核電站的試應用

3. 1 樹(shù)脂性能

2002 年杭州爭光樹(shù)脂有限公司采用西安熱工研究院有限公司提供的技術(shù), 成功地生產(chǎn)出了新一代核級樹(shù)脂, 其性能實(shí)測結果見(jiàn)表3。從表3 可見(jiàn), 該產(chǎn)品完全滿(mǎn)足秦山核電站對核級樹(shù)脂的新要求。另外, 其耐輻照性能、耐熱性能等技術(shù)指標亦滿(mǎn)足核電站對核級樹(shù)脂的技術(shù)規范[ 1] 。因此, 秦山核電站決定試用該樹(shù)脂, 以檢驗其使用性能。

3. 2 應用及效果

為了驗證新一代國產(chǎn)核級樹(shù)脂的性能, 秦山核電站首先在一回路輔助系統進(jìn)行了試驗。2003 年5 月8日, 在硼回收系統的除硼床中裝填了422 kg 的陰樹(shù)脂( ZGA NR170) , 用來(lái)除掉冷凝液中殘留的硼及其它陰離子。運行期間實(shí)測樹(shù)脂床進(jìn)水的硼濃度為( 8. 8~25. 9) mg / L, 出水硼濃度為( 1. 1~ 4. 6) mg/ L, 除硼床出口的氯離子和氟離子均小于檢測限( 使用離子色譜分析, 檢測限為5 Lg / L) , 二氧化硅的濃度小于10 Lg/L。整個(gè)運行期間, 3 個(gè)硼回收系統補水箱的硼濃度在3 Lg/ L 左右, 水質(zhì)完全滿(mǎn)足一回路冷卻劑系統的補水水質(zhì)要求。該床間斷運行近一年時(shí)間, 當其出水的硼濃度達到10. 3 mg / L 后退出運行( 此時(shí)進(jìn)口硼濃度為13 mg / L) , 周期處理水量為918 m3, 而采用原國產(chǎn)核級樹(shù)脂周期處理水量為。除硼床的運行統計情況見(jiàn)表4、表5。

從表4、表5 可知, 使用新一代國產(chǎn)核級樹(shù)脂后,不但制水量增多, 而且出水水質(zhì)也得到改善。

新一代國產(chǎn)核級樹(shù)脂在硼回收系統應用成功后,秦山核電站又將該樹(shù)脂用于廢燃料凈化系統( 試運

行) 。在廢燃料凈化床中共裝入800 kg 的陽(yáng)樹(shù)脂( ZGC NR50) 和400 kg 的陰樹(shù)脂( ZG A NR170) , 用來(lái)對乏燃料池及換料水箱的水進(jìn)行凈化處理。這次裝填的樹(shù)脂主要考慮對換料水箱1 200 m

3 水進(jìn)行處理, 以降低其中的鈉離子含量。樹(shù)脂床投運時(shí)其進(jìn)出口的水質(zhì)見(jiàn)表6。

經(jīng)過(guò)20 天的運行, 整個(gè)換料水箱的水質(zhì)鈉[10 Lg /L、氯[ 5 Lg/ L, 氟[ 5 Lg / L, 狀態(tài)良好。目前

該樹(shù)脂床仍處于可運行狀態(tài)。從以上兩個(gè)系統樹(shù)脂的實(shí)際使用情況看, 新一代國產(chǎn)核級樹(shù)脂可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。在與主冷卻劑水質(zhì)密切相關(guān)的一回路化容系統的一個(gè)凈化床中也裝填了該樹(shù)脂進(jìn)行試運行( 圖2) , 到目前為止, 該床共除鋰27次, 累計除鋰時(shí)間52 h, 共除掉一回路主冷卻劑中的鋰1 459. 5 g。從圖2 可見(jiàn), 使用該凈化床除鋰后一回路主冷卻劑中鋰濃度完全滿(mǎn)足水質(zhì)控制要求。該樹(shù)脂床使用期間, 主冷卻劑的放射性水平維持在1 @ 106 Bq/L 左右, 氯、氟離子控制在5 Lg/ L 左右, 有機酸未見(jiàn)異常。表7 是最近一次化容系統凈化床放射性去污效率的實(shí)測結果。從表7 可見(jiàn), 新一代國產(chǎn)核級樹(shù)脂放射性去污效率明顯優(yōu)于原國產(chǎn)核級樹(shù)脂。

4 結論

( 1) 新一代國產(chǎn)核級樹(shù)脂的理化性能完全滿(mǎn)足秦山核電站對核級樹(shù)脂的新要求。

( 2) 新一代國產(chǎn)核級樹(shù)脂在秦山核電站的硼回收系統、乏燃料凈化系統、化容系統試用效果良好, 樹(shù)脂運行穩定, 除去放射性核素、硼、鋰和鈉、氯、氟等各種雜質(zhì)離子作用明顯; 樹(shù)脂使用后未見(jiàn)有機酸根離子的升高, 樹(shù)脂的溶出物很低, 說(shuō)明樹(shù)脂具備良好的抗輻照性能; 使用效果明顯優(yōu)于原國產(chǎn)核級樹(shù)脂。