核电除盐水系统树脂早期失效原因及改进措施

核电除盐水系统树脂早期失效原因及改
进措施
摘要：离子交换树脂在核电除盐过程中是重要介质，因此树脂的质量要而决定了除盐的效果，为了避免树脂发生污染或变质、尽可能延长树脂的使用寿命、保障经济效果，就要积极的分析树脂早期失效的原因，制定合理的改进对策。

本文根据我国某核电站除盐水系统运行情况分析，一年内发生早期树脂失效给核电站带来了严重的经济损失，也带来了不小的安全隐患，从而根据树脂早期失效的原因进行分析，制定合理的解决对策。

关键词：核电除盐水系统；树脂；早期失效；原因；改进措施
核电厂水处理中最常用的化学除盐介质就是离子交换树脂。

离子交换树脂的质量直接关系到除盐水的质量和除盐水设备的稳定运行，若是离子交换树脂发生了问题，那么就会对核电站一回路、二回路的设备产生影响，极易发生结垢或腐蚀，严重阻碍了其安全运行。

通常来讲，新树脂使用后不会出现水质问题，不过随着使用时间的延长以及各项因素的影响，就会形成运行压差的提高，出水质量受损，工作交换容量降低，再生硝酸消耗量增大。

要解决离子交换树脂失效的情况，就需要先分析发生早期失效的原因，只有解决了早期失效的问题才能提高核电站的经济效益。

除盐水系统中的阳离子交换树脂较为稳定，相比强碱阴离子交换树脂的安全性和抗污染性更高。

1.核电除盐水系统的工作流程
以某核电站为例，除盐水原水分成两路进水，一路进水来源于核电站10公里意外的密云水库，水库中的水通过管道运输到核电站自来水厂中，自来水厂进行加氯处理后在运输到厂区的二级淡水箱中；另一路进水来源于海淡系统，通过一级和二极反渗透处理后在运输到二极淡水箱中，除盐水系统生产需要的水源主要来源于二级淡水箱[1]。

在除盐水系统制水的初期阶段，海淡系统处于建筑安装
的阶段无法使用，因此除盐水系统需要的水源主要来源于自来水厂。

操作流程图见图1。

图1 除盐水装置工艺流程
2.核电站除盐水树脂失效的原因分析
核电站除盐水系统运行半年后，本身呈淡黄色的树脂变成了暗褐色，部分还变成黑色，阴床出水的质量严重恶化，通过检测电导率明显提高，漏硅量提高、PH值下降，周期制水批量明显降低，再生的正洗量提高且时间也明显延长。

正常水质和恶化水质对比见表1。

污染后的树脂送到苏州热工院中进行化学检验，通过各项参数对比可知5树脂有机物污染较为严重，阳树脂的污染不甚明显，阳树脂和阴树脂化学成分分析对比见表2。

表1 正常水质和恶化时水质的对比[2]
处理单元分析项目正常运行时结果水质恶化时结果
阴床出水酸度（mmol·L-1）电导（s·cm-1）
Na+（g·L-1）3.53 3.57 1.82 1.82〈100 〈100
阴床出水 PH值电导（s·cm-1）Na+（g·L-1）
〈8.0 〉9.0
5 〉35
〈100 2000～3000表2 阴阳树脂化学成分[3]
化学成分分析阴树脂阳树脂
含水量
体积交换容量（mmol/ml）
体积交换容量（未实施酸碱预处理）mmol/ml
有效粒径
均一系数
含铁量（μg/g）
有机物含量（mg/L）
有机污染物（mg/g）
外观
结论
53.3 44.3
1.29
2.15
1.29
2.07
0.64 0.52
1.06 1.12
69.4 263.8
1491 1471.1
2.48 0.19
树脂呈暗褐色树脂呈褐色
有机物中度污染均一性较高，未出现污染
通过化学全用分析，阴树脂出现了明显的有机物污染就会导致水质受到污染。

其原因为：树脂在发生污染后，极性基团明显降低，树脂的含水量也因此下降，污染物中的羟基在碱再生后变为钠盐，淋洗的过程中会持续的释放钠离子，水耗因此增加从而延长了清洗的时间，正洗的时候水中的阴离子会与阴树脂形成互换，从而也提高了交换的容量，污染物占据强碱基团从而导致硅漏提前，聚集的有机物以及钠运行中持续释放，产水电导明显提高。

阴树脂再生复苏需要的现场条件和设备不充分，因此核电站除盐水系统的树脂进行报废处理，给核电站也带来了严重的经济损失[4]。

更换新树脂后，为了提高除盐水系统运行的安全性和可靠熊，就要制定有效的防范解决这一问题。

3.树脂污染预防对策
3.1混凝沉淀过滤法
水中的有机物基本通过胶体的状态存在于水中，通过混凝沉淀过滤方法解决。

若是混凝沉淀过滤处理效果较好，那么基本可以除去50～80%的有机物，决定去除效果的关键因素是混凝时的PH值，一般最佳的PH值控制在5～6之间，根据水质的情况不定时的针对沉淀地进行反复清洗，能够避免有机物对下游系统造成污染。

3.2加氯氧化处理方法
原水通过混凝土沉淀池、过滤处理后实施加氯氧化处理，能够有效去除水中的有机物。

氯气作为强氧化剂，水中的有机物通过氧化转变为二氧化碳。

加氯的时候，水中的余氯浓度维持在0.1mg/L，不过需要注意的饿一点味，加氯出水在进入阳离子交换器之前，要将残留的余氯清除干净。

3.3活碳吸附方法
活性炭、有机物都属于疏水性物质，因此吸附性都非常强，活性炭的表面面积较大能够有效吸附水中的有机物。

在自来水厂可以安装活性炭吸附器，以此来去除水中的有机物，也能避免树脂受到污染。

活性炭吸附有机物是一项不可逆的过程，因此化学再生的效果较差，要定期进行更换，才能保证树脂的质量[5]。

3.4反渗透法
原水通过反渗透处理技术能够去掉98%以上的离子和有机物。

通过研究分析，宁德除盐水系统采用海淡来水，除盐水的质量也因此得到明显的提升，阴树脂再生周期也从2周延长到2周，再生碱的消耗量也要因此降低。

小结
除盐水系统中的阳离子交换树脂较为稳定，相比强碱阴离子交换树脂的安全性和抗污染性更高。

关于树脂污染的原因进行分析，制定合理的预防及解决对策，从而有利于严格控制工艺流程和相关指标，若是有机物的含量超过了4mg/L的时候，就要及时进行水质的调节。

针对树脂被有机物污染的情况进行监测和分析，若是发现阴床周期制水量降低的情况，出水硅含量则会提高，及时进行体外的擦洗复苏，在除盐水生产过程中通过海淡反渗透水技术，有效提高了除盐水形同的出水质量，避免早期发生树脂失效的情况。

参考文献：
[1] 韩彦宁,冯巍,胡素静. 宁德核电除盐水系统强碱性阴树脂早期失效原因分析及防范措施[J]. 山东工业技术,2015(3):98-98,99.
[2] 王小信,刘海蛟. 福清核电厂除盐水生产系统程序优化[J]. 中国核电,2017,10(2):223-227.
[3] 马现奇,潘荣辉. 核电站除盐水系统中TOC的来源与控制方法[J]. 电力科技与环保,2017,33(5):36-37.
[4] 雷曦,梁坤. 除盐水生产系统阴离子交换床树脂泄露原因分析及对策[J]. 中国房地产业,2017(14):215.
[5] 潘冠旭,黄盼,刘海蛟. 试论电厂除盐水系统设计的优化[J]. 科技资讯,2017,15(6):115,117.。