岭澳核电站二期凝结水精处理系统设计及运行状况分析.pdf

第 3 4卷 第 1 2期 2 0 1 2年 1 2月 华 电技 术 Hua d i a n Te c hn o l o g y Vo 1 3 4 No 1 2 De c 20l 2 岭澳核 电站二期凝 结水精处理 系统设计 及 运行状 况分 析 沈建永， 杨满成 ， 王正平 ( 中国华电工程( 集团) 有限公司， 北京1 0 0 0 3 5 ) 摘要 ： 总结了岭澳核电站二期机组凝结水精处理系统的设计特点， 分析了该系统J l lJ 投产后的运行情况， 提供了应用 反馈。该系统设计合理 、 运行安全可靠 、 经济性良好且具有自主知识产权， 解决了以往设计和选型上的不足， 为后续核电 站凝结水精处理系统建设提供了有益的借鉴。 关键词： 凝结水精处理( A T E) 系统； WA N O化学指标； 大直径柱状离子交换设备； F i n e s e p高塔分离法 中图分类号： T K 2 2 3 5 文献标志码： B 文章编号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 3 2一 O 4 0 引言 为减少核 电站机组 因蒸汽发生器腐蚀造成的泄 漏， 核电站给水质量均有很高的要求， 并制订有严格 的水化学管理措施 ， 尤其是核 电站蒸汽发生器 二次 侧的水化学控制 。 蒸汽发生器二次侧的水化学控制主要包括 p H 值控制 、 溶解氧控制 、 凹痕腐蚀控制 、 减轻 晶间浸蚀 和应力腐蚀裂纹的化学控制以及控制参数与诊断参 数的控制等。作为控制参数与诊断参数的主要控制 措施 ， 除了保证补给水水质， 加强蒸汽发生器的排污 外 ， 还需设置凝结水净化装置 ， 以去除凝结水 中的悬 浮性杂质和溶解性盐类 ， 达到减少热力 系统设备腐 蚀 和结垢 ， 延长设备使用寿命的 目的。因此 ， 优 良的 凝结水精处理 ( A T E) 系统对提高核电站热力系统水 汽品质 、 延长机组运行寿命和保证热力设备安全 、 经 济运行具有十分重要的意义。 岭澳核电站二期机组是我国首台采用 自主品牌 的百万千瓦级核电机组 ， 结合大亚湾和岭澳核 电站 一 期建设和运行经验 ， 二回路 A T E系统由中国华 电 工程 ( 集团) 有限公司设计并提供 ， 应用 了多项具有 自主知识产权 的专利技术 ， 为机组 的成功投运 提供 了有力保证 。岭澳核 电站二期 1 ， 2机组分 别于 2 0 1 0年 7月和 2 0 1 1年 5月投产 ， 二回路 A T E 系统运行稳定 、 安全 ， 经济性 良好 。 1 岭澳核电站二期 A T E系统设计特点 1 1 无阀旁路设计 国内常规火 电机组及核电站机组的凝结水精处 收稿 日期 ： 2 0 1 21 01 6 ； 修回日期 ： 2 0 1 21 1 2 0 基金项 目： 中国华 电集团公司科技创新基金项 目( C H D K J 20 0 7 1 21 2 2、 理系统普遍采用有阀旁路。为满足新型核电机组的 安全运行要求， 岭澳核电站二期二回路 A T E系统采 用无阀旁路设计 ， 工艺流程如图 1 所示。 图 1无阀旁路 系统 工艺流程 在该设计中， 当 A T E系统出现故障时， 水流将 自主流经无阀旁路 ， 不会 因旁路 阀门的隔断造成系 统失水而导致事故 ； 设计 中增设 的升压泵可 以克服 A T E系统的运行阻力 ， 确保凝结水经过床层处理后 能顺利送出。 1 2 前置阳床 +混床的离子交换方式 除盐、 体外再 生工艺 该工艺与单一混床设置方式比较， 具有 以下 特点 ： ( 1 ) 由于设置 了前 置阳床 ， 保证 了系统对 N a 离子的充分去除， 确保了系统水质。 ( 2 ) 混床在酸性环境中对杂质阴离子 ( 如 c 1 一 ， s 0 ) 的去除能力进一步得到加强 。 ( 3 ) 混床运行周期大为延长。 ( 4 ) ? 昆 床再生次数少， 阴阳树脂的破碎降低 ， 降 低了运行成本， 提高了系统水质。 ( 5 ) 避免混床树脂因铁离子污染而引起系统水 质恶化。 1 3 前置阳床 、 混床设备的选型 国内 6 0 0 MW 及以上火电机组 的凝结水精处理 系统一般采用球状离子交换设备 ， 其直径通常为 第 1 2期 沈建永， 等： 岭澳核 电站二期凝结水精 处理 系统设计及运行状况分析 3 3 D N 3 0 0 0 mm或 D N 3 2 0 0m m， 每 台设备处理水量为 6 0 0 8 0 0 m h即可满足要求。岭澳核电站二期机 组要求每台离子交换设 备处理水量在 9 0 0 IT I 。 h以 上 ， 需要开发 D N 3 4 0 0 m m球罐或性 能更为优越 的 D N 3 2 0 0m m柱罐设备 ( 如图 2所示 ) 。 a DN34 0 0球罐 b DN 3 2 0 0柱罐 图 2 D N 3 4 0 0球罐与 D N 3 2 0 0柱罐对 比图 实验表明， 采用 D N 3 2 0 0 m m柱罐是最佳选择， 该中压离子交换设备前置 阳床树脂层高为 1 3 0 0 m m， 混床树脂层高为 1 2 0 0 m m， 阴阳树脂比为2 ：1 ， 可充分利用柱罐的设备性能和空间， 延长运行周期， 保证出水水质， 经济性更为优良。 1 4 整体 多子 L 板 +水帽的布水装置开发与应用 目前 ， 国内外核电机组二回路 A T E系统 中离子交 换设备的布水方式基本采用母支管式( 如图3 所示) ， 或拼装多孑 L 板 + 水帽布水方式( 如图4 、 图5所示) 。 进水 口 图3 母支管式布水结构示意图 图 4多孔板 +水帽布水结构示 意图 图 5多孔板 +水帽布水结构 上述 2种布水方式在实际运行时均出现了布水 不均现象 ， 导致离子交换设备内部树脂扰动严重 ， 影 响出水水质 。由于这 2种结构受力较差 ， 存在布水 板变形的安全隐患 ， 不能满足核 电站对 二回路 A T E 系统运行的要求 。 为此 ， 在岭澳核 电站二期机组二回路 A T E系统 设计中， 开发了一种适合于大直径离子交换设备的 新型布水装置。该装置由整体圆形布水板 + 布水器 组成 ， 如图 6所示。整体 圆形布水板上按一定规则 开孔 ， 布水器通过孔 口安装在布水板下方 ， 布水器采 用不锈钢梯形绕丝结构， 选用 0 3 5 m m缝隙宽度， 布 水板与简体整体焊接。 该装置不但能确保布水均匀， 3 4 华 电技 术 第 3 4卷 减少水流对设备的冲击及对设备 内部树脂填料的扰 动和磨损 ， 提高设备制水质量及周期制水量 ， 降低运 行成本 ， 还能有效阻止树脂进入布水装置上方 而进 入二回路热力系统。 图 6整体 多孔板 +水帽布水结构 1 5 碟形多孔板 +双速集水器 的出水装置开发与 应 用 大亚湾核 电站和岭澳核 电站一期机组二 回路 A T E系统 中的离子交换设备采用平底 结构 出水装 置 ， 虽然安装了漩流冲洗装置， 但在树脂失效输 送过程 中， 其底部仍残留有大量 的失效树脂 ， 不能确 保失效树脂彻底输送 ， 从 而影响 了制水品质 。而在 岭澳核 电站二期机组二 回路 A T E系统 中， 设计开发 了具有一定曲率的碟形多孔板 + 双速集水器的出水 装置 ， 并改进了树脂输送工艺 ， 利用压缩空气消除下 部死角、 减小树脂在罐内流动的阻力 ， 有效解决了失 效树脂输送不彻底的问题 。 1 6 “ F i n e s e p高塔分离法” 技术的应用 体外分离再生是凝结水精处理系统的重要组成部 分。目前， 国内具有代表性的分离技术主要有锥体分 离技术和高塔分离技术。锥体分离技术分离效果的理 论保证值仅为阴中阳 0 1 ， 阳中阴 0 4 ， 且不能 有效去除细小颗粒的碎树脂 ， 大亚湾核电站 、 岭澳核电 站一期机组二回路 A T E系统即采用该种技术。 岭澳核 电站二期机组二 回路 A T E系统采用 了 “ F i n e s e p 高塔分离法” 体外再生技术 J ， 其分离效果的 理论保证值为阴中阳 0 0 8 ， 阳中阴 0 C r 7 ， 且能 有效去除细小颗粒的碎树脂， 该技术在国内火电机组 中就有上百套的良 好运行业绩， 技术成熟可靠。 针对核电机组二 回路 A T E系统树脂量大 、 分离 率要求高的特点， “ F i n e s e p 高塔分离法” 体外再生技 术进一步优化了分离装置的高径比， 并优化了擦洗 程序， 能有效去除腐蚀产物和微粒杂质， 很好地满足 了核电机组对树脂高分离率和再生度的要求。 1 7 选择 良好性能的离子交换树脂 通过对不同生产厂家几种树脂的性能试验 ， 选 用了具有 良好的均匀性 、 优越 的机械稳定性和具有 较低溶 出物的树脂。 1 8 程控软件的开发 核电站 A T E系统 的设备较火 电机组 的设备数 量要多， 且运行工况复杂， 可靠性要求更高。岭澳核 电站二期的 A T E系统程控软件 ， 结合 了以往 国内火 电机组凝结水精处理系统的工程经验 ， 采用模块化 方式编程 ， 并成功开发了核电水处理控制专用软件 ， 该软件使系统运行更为可靠和简便 ， 大大降低了维 护工作量。 2系统运行情况 岭澳核电站二期机组二 回路 A T E系统投运至 今 ， 系统运行稳定 ， 设备运转 良好 ， 设备 ( 前置 阳床 和混床 ) 周期制水量 以及系统制水 品质均优于设计 值 ， 有效改善了二回路系统 的水化学环境。 ( 1 ) 该系统投运后 ， 二 回路水质很快达到机组 要求 ， 节约了大量的冲洗用水 ， 水质稳定 ， 为机组提 前并网发 电提供 了必 要保 障， 产生 了明显 的经济 效益 。 ( 2 ) 在机组调试 及试运行期间 ， 凝汽器发生一 定量 的冷却水泄漏时 ， 该系统发挥了重要作用 ， 确保 了机组的安全运行 。 ( 3 ) 运行设备树脂利用率高 、 制水周期长( 阳床 周期平均制水量为 1 3万 t ， 混床周期平均制水量为 1 0 0万 t ) ， 减少 了树脂再生次数 ， 从而减少了酸碱再 生液的用量和排放 ， 减少了再生用水 ， 社会及经济效 益显著 。 ( 4 ) 机组 自进入世界核营运者协会 ( WA N O) 考 核期以来 ， 蒸 汽发生 器二 回路运行 化学 监测 数据 如下 ： 1 ) 二 回路给水 ： 铁离子质量浓度 ， 0 7 0 L ； 铜离子质量浓度 ， 0 0 2 L 。 2 ) 蒸汽 发生器排 污 ： 钠离子 质量 浓度 ， 0 4 2 L ； 氯离子质量浓度 ， 0 6 5 g L； 硫酸根离子质量 浓度 ， 1 2 5 g L 。 上述参与 WA N O化学性能指标计算 的 5个控 制参数的运行值远小于世界中值， 机组 WA N O化学 性能指标始终保持在 1 0 0 。 3 应用反馈 3 1 取消后置过滤单元设置 在岭澳核电站二期最初 A T E系统的设计 中， 为 防止出现大亚湾核电站一期、 岭澳核电站一期机组二 回路 A T E系统运行时所发生的碎树脂泄漏事故， 保 留了后置过滤单元。从岭澳核电站二期 A T E系统实 际运行情况看 ， A T E中可以不设置后置过滤单元 。 第 1 2期 沈建永 ， 等 ： 岭 澳核 电站二期凝结水精处理 系统设计及运行状况分析 3 5 3 2 建议增设前置过滤单元 由于离子交换树脂存在铁离子污染问题， 因此 只有当凝结水中铁离子的质量浓度降低到一定范围 ( 如 5 0 0 g L ) 时， 才能将前置阳床和高速混床投 入运行， 避免造成树脂污染而影响树脂性能和使用 寿命 。但在机组启动以及新机组运行初期 ， 凝结水 中铁离子的质量浓度往往很高 ， 需花费一定 时间用 水进行冲洗， 才能投人 A T E系统。因此， 如果 A T E 系统中设置了前置过滤器 ， 就能有效去 除金属腐蚀 产物和悬浮物 ， 从而消除 A T E系统该 阶段的投运风 险， 确保机组水质。 3 3 开发并采用更大直径的离子交换设备 在第 3代百万千瓦级核电机组 中， 二 回路凝结 水量大幅增加， 即使采用 D N 3 2 0 0 m m柱罐设备， 也 需要设置 6套精处理设备， 系统运行将更为复杂。 因此 ， 有必要在 D N 3 2 0 0 m m柱状离子交换设备的 基础上开发更大型化的柱状系列设备， 典型规格有 D N 3 4 0 0 mm， D N 3 6 0 0 m m， D N 3 8 0 0m m等 ， 这样 ， 在 需要时可提供层高( 1 6 0 0 m m) 所需的合理结构空 间， 提高单台离子交换设备的处理能力， 减少运行设 备数量 、 再生次数、 药耗 、 再生用水和 占地面积 。 4 结论 运行实践证明 ， 岭澳 核电站二期所设计 的 A T E 系统在设备选 型和技术开发方 面均达到 了预期要 求 ， 实现了 自主化的 目标 ， 其性能达到或超过了国内 外其 他百万千 瓦核 电机组 A T E系 统 的处理水 平。 该系统 的使用 ， 彻底解 决了百万 千瓦级核 电机组二 回路 A T E系统因阳床、 混床树脂混合不均、 分离困 难 、 易扰动破损而导致 系统出水水质差 的世界性技 术难题， 不但延长了设备运行寿命， 增大了周期制水 量 ， 并彻底解决了以往核 电机组 A T E系统投运导致 二 回路 中 S O 或 c l 一 离子质量浓度超标的问题 ， 有 效改善 了机组的水 汽品质 ， 为延长二 回路蒸 汽发生 器等重要设备的使用寿命提供了有力保障。岭澳核 电站二期 A T E系统的成功运行 ， 可为后续核 电站机 组 A T E系统的设计和设备选型提供宝贵的经验。 参考文献 ： 1 甘建衡 蒸汽发生器 的水化学管理 J 核动力工程， 1 9 9 7 ， 1 8 ( 2 ) ： 1 5 81 6 2 2 P J Mi l l e t t ， F H u n d l e y 美国压水堆核电站二回路水化学 优化 J 国外核动力 ， 1 9 9 8 ( 6 ) ： 4 9 3 李永明， 王正平， 沈建永 ， 等 一种大流量中压凝结水精 处理设备 ： 中国， 2 0 0 7 1 0 1 1 8 6 2 6 2 2 P 2 0 0 8 0 2 2 7 4 沈建永 ， 王正平， 沈明忠 ， 等 一种电站凝结水精处理的 方法及装置 ： 中国， 2 0 1 0 1 0 2 0 2 9 9 2 8 P 2 0 1 01 01 3 5 李永明 一种凝结水精处理分离设备 ： 中国， 0 2 2 0 5 5 4 4 4 P 2 0 0 3一叭 一 0 8 6 王正平， 沈建永 一种用于高流速离子交换设备的布水 装置： 中国， 2 0 1 1 2 0 0 9 0 6 8 0 P 2 0 1 1 0 83 1 7 朱兴宝， 熊京川 I ， 梁桥洪 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， 2 0 0 9 ， 3 0 ( s 2 ) ： 1 5 8 范哗晖 凝结水精处理系统改造 J 华 电技术， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 1 ) ： 8 9 9 周小琴 凝结水精处理系统在岭澳核电站二期中的应用 J 企业技术开发， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 9 ) ： 4 8 5 0 1 0 王正平， 王建华 核电站凝结水精处理系统无阀旁路的 设计特点 J 华电技术 ， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 1 2 ) ： 2 1 2 3 1 1 沈建永， 王正平， 胡建 国 离子交换设备在核电站凝结 水精处理系统中的应用 J 华 电技术，