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國產(chǎn)新一代核級離子交換樹脂在秦山核電站的應(yīng)用

陶 鈞

( 上海交通大學(xué), 上海 200030)

[ 摘 要] 簡要介紹了壓水堆核電站一回路主輔系統(tǒng)水處理的一些特點(diǎn)和對核級樹脂的特殊要求, 同時通過國產(chǎn)新一代/ 爭光牌核級樹脂在秦山核電站一回路主輔系統(tǒng)的應(yīng)用情況, 說明該核級樹脂完全能夠滿足秦山核電站的要求, 并且性能優(yōu)于原國產(chǎn)核級樹脂。

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

[ 中圖分類號] TM623 [ 文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [ 文章編號] 1002 3364( 2004) 12 0059 03

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

1 核電站一回路水處理系統(tǒng)特點(diǎn)

壓水堆( PWR) 核電站水處理系統(tǒng)見圖1。

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

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(tǒng)( 化容系統(tǒng)) 、硼回收系統(tǒng)、乏燃料池凈化系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng), 這些系統(tǒng)必須安裝特定的水處理裝置。一回路水處理系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。

( 1) 化容系統(tǒng)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(tǒng)的放射性水平; 除硼床是通過除去冷卻劑中的硼來調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的反應(yīng)性能; 除鋰床是除掉一回路冷卻劑中的部分鋰, 使鋰濃度滿足硼鋰協(xié)調(diào)控制的要求。在這3 種樹脂床中, 凈化床是連續(xù)運(yùn)行的, 而除硼床和除鋰床都是間斷運(yùn)行的。

( 2) 硼回收系統(tǒng)中設(shè)置有除硼床和凈化床。除硼床用于除去硼回收系統(tǒng)蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝液中的硼。硼回收系統(tǒng)設(shè)置2 臺混床的目的是根據(jù)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(tǒng)中設(shè)置了1 臺混床, 采取間斷運(yùn)行方法對水質(zhì)進(jìn)行控制。放射性廢液處理系統(tǒng)中還設(shè)置了2 臺陽床和2臺陰床, 根據(jù)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(tǒng)中設(shè)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(tǒng)對核級樹脂的要求

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

3 國產(chǎn)新一代核級離子交換樹脂

在秦山核電站的試應(yīng)用

3. 1 樹脂性能

2002 年杭州爭光樹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)出了新一代核級樹脂, 其性能實(shí)測結(jié)果見表3。從表3 可見, 該產(chǎn)品完全滿足秦山核電站對核級樹脂的新要求。另外, 其耐輻照性能、耐熱性能等技術(shù)指標(biāo)亦滿足核電站對核級樹脂的技術(shù)規(guī)范[ 1] 。因此, 秦山核電站決定試用該樹脂, 以檢驗其使用性能。

3. 2 應(yīng)用及效果

為了驗證新一代國產(chǎn)核級樹脂的性能, 秦山核電站首先在一回路輔助系統(tǒng)進(jìn)行了試驗。2003 年5 月8日, 在硼回收系統(tǒng)的除硼床中裝填了422 kg 的陰樹脂( ZGA NR170) , 用來除掉冷凝液中殘留的硼及其它陰離子。運(yùn)行期間實(shí)測樹脂床進(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。整個運(yùn)行期間, 3 個硼回收系統(tǒng)補(bǔ)水箱的硼濃度在3 Lg/ L 左右, 水質(zhì)完全滿足一回路冷卻劑系統(tǒng)的補(bǔ)水水質(zhì)要求。該床間斷運(yùn)行近一年時間, 當(dāng)其出水的硼濃度達(dá)到10. 3 mg / L 后退出運(yùn)行( 此時進(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)核級樹脂周期處理水量為。除硼床的運(yùn)行統(tǒng)計情況見表4、表5。

從表4、表5 可知, 使用新一代國產(chǎn)核級樹脂后,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)核級樹脂在硼回收系統(tǒng)應(yīng)用成功后,秦山核電站又將該樹脂用于廢燃料凈化系統(tǒng)( 試運(yùn)

行) 。在廢燃料凈化床中共裝入800 kg 的陽樹脂( ZGC NR50) 和400 kg 的陰樹脂( ZG A NR170) , 用來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。樹脂床投運(yùn)時其進(jìn)出口的水質(zhì)見表6。

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

該樹脂床仍處于可運(yùn)行狀態(tài)。從以上兩個系統(tǒng)樹脂的實(shí)際使用情況看, 新一代國產(chǎn)核級樹脂可以滿足生產(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(tǒng)的一個凈化床中也裝填了該樹脂進(jìn)行試運(yùn)行( 圖2) , 到目前為止, 該床共除鋰27次, 累計除鋰時間52 h, 共除掉一回路主冷卻劑中的鋰1 459. 5 g。從圖2 可見, 使用該凈化床除鋰后一回路主冷卻劑中鋰濃度完全滿足水質(zhì)控制要求。該樹脂床使用期間, 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(jī)酸未見異常。表7 是最近一次化容系統(tǒng)凈化床放射性去污效率的實(shí)測結(jié)果。從表7 可見, 新一代國產(chǎn)核級樹脂放射性去污效率明顯優(yōu)于原國產(chǎn)核級樹脂。

4 結(jié)論

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

( 2) 新一代國產(chǎn)核級樹脂在秦山核電站的硼回收系統(tǒng)、乏燃料凈化系統(tǒng)、化容系統(tǒng)試用效果良好, 樹脂運(yùn)行穩(wěn)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; 樹脂使用后未見有機(jī)酸根離子的升高, 樹脂的溶出物很低, 說明樹脂具備良好的抗輻照性能; 使用效果明顯優(yōu)于原國產(chǎn)核級樹脂。