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國產新一代核級離子交換樹脂在秦山核電站的應用

陶 鈞

( 上海交通大學, 上海 200030)

[ 摘 要] 簡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和對核級樹脂的特殊要求, 同時通過國產新一代/ 爭光牌核級樹脂在秦山核電站一回路主輔系統的應用情況, 說明該核級樹脂完全能夠滿足秦山核電站的要求, 并且性能優于原國產核級樹脂。

[ 關鍵詞] 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。與所有發電站一樣, 要保證核電站的安全穩定運行, 有效的化學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和對核級樹脂的特殊要求進行說明, 并就國產新一代爭光牌核級樹脂( 國產新一代核級樹指) 在秦山核電站一回路的應用情況進行介紹。

1 核電站一回路水處理系統特點

壓水堆( PWR) 核電站水處理系統見圖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進行處理, 降低一回路冷卻劑系統的放射性水平; 除硼床是通過除去冷卻劑中的硼來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, 使鋰濃度滿足硼鋰協調控制的要求。在這3 種樹脂床中, 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產生的冷凝液中的硼。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行凈化。

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

2 一回路水處理系統對核級樹脂的要求

應用于核電站一回路水處理系統的核級樹脂, 必須具備很高的再生轉型率, 很低的雜質含量, 良好的抗輻照分解能力。同時, 要求樹脂能夠在較高運行流速和較高溫度下工作, 使用過程中系統釋放出的有機或無機雜質應在允許范圍內。秦山核電站運行以來, 一回路一直采用國產核級樹脂, 其技術指標見表1。隨著科學技術的進步和樹脂生產工藝的改進, 國際上早己推出了質量更好的核級樹脂, 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, 原國產核級樹脂質量已不能滿足秦山核電站對核級樹脂的新要求。

3 國產新一代核級離子交換樹脂

在秦山核電站的試應用

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, 成功地生產出了新一代核級樹脂, 其性能實測結果見表3。從表3 可見, 該產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、耐熱性能等技術指標亦滿足核電站對核級樹脂的技術規范[ 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 應用及效果

為了驗證新一代國產核級樹脂的性能, 秦山核電站首先在一回路輔助系統進行了試驗。2003 年5 月8日, 在硼回收系統的除硼床中裝填了422 kg 的陰樹脂( ZGA NR170) , 用來除掉冷凝液中殘留的硼及其它陰離子。運行期間實測樹脂床進水的硼濃度為( 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。整個運行期間, 3 個硼回收系統補水箱的硼濃度在3 Lg/ L 左右, 水質完全滿足一回路冷卻劑系統的補水水質要求。該床間斷運行近一年時間, 當其出水的硼濃度達到10. 3 mg / L 后退出運行( 此時進口硼濃度為13 mg / L) , 周期處理水量為918 m3, 而采用原國產核級樹脂周期處理水量為。除硼床的運行統計情況見表4、表5。

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

新一代國產核級樹脂在硼回收系統應用成功后,秦山核電站又將該樹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 水進行處理, 以降低其中的鈉離子含量。樹脂床投運時其進出口的水質見表6。

經過20 天的運行, 整個換料水箱的水質鈉[10 Lg /L、氯[ 5 Lg/ L, 氟[ 5 Lg / L, 狀態良好。目前

該樹脂床仍處于可運行狀態。從以上兩個系統樹脂的實際使用情況看, 新一代國產核級樹脂可以滿足生產要求。在與主冷卻劑水質密切相關的一回路化容系統的一個凈化床中也裝填了該樹脂進行試運行( 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, 有機酸未見異常。表7 是最近一次化容系統凈化床放射性去污效率的實測結果。從表7 可見, 新一代國產核級樹脂放射性去污效率明顯優于原國產核級樹脂。

4 結論

( 1) 新一代國產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) 新一代國產核級樹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, 樹脂運行穩定, 除去放射性核素、硼、鋰和鈉、氯、氟等各種雜質離子作用明顯; 樹脂使用后未見有機酸根離子的升高, 樹脂的溶出物很低, 說明樹脂具備良好的抗輻照性能; 使用效果明顯優于原國產核級樹脂。