水处理系统
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虽然, 混床对冷却剂总放射性的去除率并不高, 如对 冷却剂放射性组分中的惰性气体的放射性水平, 但 是, 在保持冷却剂的化学水质和减少活化腐蚀产物 的累积方面效果显著. 在一回路净化系统中, 混床的 使用周期很长, 更换树脂的原因常常不是因为饱和, 而是由于表面剂量过大或树脂层压降过高所致, 施 塔德电厂的混床连续运行了3年仍无需更换.
除锂离子交换器
冷却剂循环净化系统还备有两种离子交换器, 一种 是H＋型阳离子树脂交换器, 另一种是OH-型阴离子 交换器. 其主要功能在于维持合适的冷却剂水质.
在冷却剂中, 10B(n,α)反应将生成7Li, 特别在堆芯 运行初期, 7Li的生成量相当大, 需要适时地使净化 流通过H+型阳树脂床, 以除去冷却剂中多余的7Li, 故常将其称为除锂离子交换器. 该离子交换器除了对锂有很好的吸附作用外, 还能 吸附Li型和硼酸型混合离子交换器所不易吸附的 Mo, Y, Cs等. 这些微量放射性元素的浓度远小于水 中锂浓度, 所以最终该床吸附的元素主要仍是锂.
H+型树脂与7Li的交换反应为: RH Li RLi H
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力,
结合力的大小取决于离子交换剂的选择性. 离子交
换剂的选择性用K表示:
K
Li H
(RLi)[H ] (RH )[Li ]
如果反应溶液中[H+]等于[Li+], 则K＝ [RLi]/[RH]. 若K>1, 即[RLi]>[RH], 表示离子 交换剂对Li+的结合力大于H+; 若K=1, 即[RLi]＝[RH], 表示离子交换剂对H+和 Li+的结合力相同; 若K<1, 即[RLi]<[RH], 表示离子交换剂对Li+的 结合力小于H+.
系统工艺 在化学和容积控制系统中, 由反应堆高压回路引出 的一股下泄流, 经再生和下泄热交换器冷却并降压 后, 顺次通过前置过滤器、混合离子交换器和后过 滤器, 经喷嘴雾化后喷入容积控制箱, 而后再经泵 加压通过再生热交换器的被加热侧升温补入主回路
前置过滤器去除冷却剂中悬浮腐蚀产物颗粒; 离子交换器去除可溶性裂变产物和腐蚀产物; 系统中设有并联的除锂离子交换器和除硼的离子交 换器, 分别用于去除冷却剂中超限值的锂离子和硼 酸离子.
中子反应的影响 例如10B (n,α)反应可生成7Li , 7Li能逐渐改变冷却剂的pH值.
1 冷却剂循环净化系统
系统功能
减少反应堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物杂质的 数量, 使主系统的放射性在允许水平.
保持冷却剂内合适的腐蚀抑制剂的浓度(pH值), 减少冷却剂对设备和管系的腐蚀.
调节冷却剂中硼浓度, 控制堆芯反应性.
选择系数KLiH约等于0.8. 若溶液中有硼酸存在, 则 因pH值的变化将使反应向左移动. 但是, 当溶液硼 浓度超过800ppm时, 它对pH值的影响已不显著, 树脂上的锂的释放也基本趋于稳定. 所以, 冷却剂中 硼酸的存在对于除锂树脂性能影响并不大. 而且, 树 脂对锂的交换容量也不受溶液锂浓度的影响.
后过滤器的作用是防止细碎树脂漏入主回路; 在容积控制箱中将净化流雾化的目的在于除去部分 裂变气体。 一般净化流量为主回路流量的0.05-0.1％, 对一座 百万千瓦级的压水堆来说, 约在10-20吨/小时左 右, 可使所有的冷却剂能在一天内得到一到两次净 化.
系统组成及其各部性能
前置过滤器
前置过滤器置于锂-硼型混合树脂床之前的机械过 滤器, 具有截获不溶性腐蚀产物和放射性物质的功 能. 在水处理中常采用高温过滤器或电磁过滤器.
高温过滤器 用于高温过滤的设备是由抗腐蚀的惰 性陶瓷材料所构成, 它们可有效地除去<0.5微米的 悬浮物质点, 水冷反应堆开发早期阶段, 采用多层 不锈钢网过滤器.
ຫໍສະໝຸດ Baidu
目前采用高温磁性过滤器. 其特点是利用反应堆一 、二回路系统冷却剂中的腐蚀产物85%以上是磁性 的Fe3O4或含有Co, Ni, Cr的Fe3-xCOxO4固态悬浮 物. 磁性过滤曾用过永久性磁铁. 但永久性磁铁的磁 性会随着冷却剂温度的升高不断下降. 近年来对永 久性磁铁的材料进行了很大改进以减少温度的影响. 但也有采用电磁过滤器. 内装直径为6毫米铁素体钢 小球. 在直流电场下, 小钢球均成为小磁性体.
锂型和硼酸型混合离子交换器
冷却剂中都加入硼酸作为反应性补偿控制手段, 同 时还要加入一定量的pH控制剂(LiOH), 这就要求净 化系统的离子交换树脂在吸附杂质的同时, 不改变 冷却剂中硼和pH控制剂的含量. 因此，混合离子交 换器必须采用硼酸型阴离子树脂和pH控制剂相应 的阳离子交换树脂(如锂型阳离子树脂)混合组成. 实现去除冷却剂中的杂质如腐蚀产物和放射性物质.
运行经验表明, 此混合床对各种离子(除铯外)的交 换作用都十分令人满意. 其中对腐蚀产物中的Ni2+, Cr2+, Fe2+以及I-的去污因子可达到数百以上. 但是 ,这种混合床对于Cs, Mo, Y和惰性气体等去除效果 不理想.
综上所述, 锂—硼酸型树脂能有效地去除冷却剂中 大多数放射性核素, 但设计时考虑到辐照等原因, 树 脂的工作交换容量宜取理论值的50%-70%, 净化 效率以90%计(Cs, Mo, Y和惰性气体除外), 以留 有充分的余地.
试验结果表明: 试验中如含有Fe3O4等悬浮物固体, 尺寸小于0.2微米, 浓度40 μg/kg, 以30cm/sec流 速流经过滤器, 过滤效率通常是97%, 有时高达 99.5%, 如浓度为25 μg/kg, 过滤效率下降到
72%.
低温过滤器 目前广泛应用于压水反应堆处理系统 的是低温(<60℃)过滤器. 一般由不锈钢环, 不锈 钢网或高分子聚合物有孔纤微板组成. 主要功能是除去以悬浮物固体和胶体形式存在于水 中的腐蚀产物和粉碎的离子交换树脂微粒(化容系 统净化器后过滤器).
冷却剂水质恶化的原因及后果
回路结构材料的腐蚀 大型压水堆主回路系统每天 可产生数十克腐蚀产物, 腐蚀产物的积累不仅会恶 化传热条件, 提高冷却剂及设备表面的辐射剂量, 甚至有可能造成堆芯燃料组件局部流道阻塞.
裂变产物从元件中逸出 使冷却剂的放射性水平大 大提高, 对核电站的运行维护以及环境保护都十分 不利.
除锂离子交换器
冷却剂循环净化系统还备有两种离子交换器, 一种 是H＋型阳离子树脂交换器, 另一种是OH-型阴离子 交换器. 其主要功能在于维持合适的冷却剂水质.
在冷却剂中, 10B(n,α)反应将生成7Li, 特别在堆芯 运行初期, 7Li的生成量相当大, 需要适时地使净化 流通过H+型阳树脂床, 以除去冷却剂中多余的7Li, 故常将其称为除锂离子交换器. 该离子交换器除了对锂有很好的吸附作用外, 还能 吸附Li型和硼酸型混合离子交换器所不易吸附的 Mo, Y, Cs等. 这些微量放射性元素的浓度远小于水 中锂浓度, 所以最终该床吸附的元素主要仍是锂.
H+型树脂与7Li的交换反应为: RH Li RLi H
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力,
结合力的大小取决于离子交换剂的选择性. 离子交
换剂的选择性用K表示:
K
Li H
(RLi)[H ] (RH )[Li ]
如果反应溶液中[H+]等于[Li+], 则K＝ [RLi]/[RH]. 若K>1, 即[RLi]>[RH], 表示离子 交换剂对Li+的结合力大于H+; 若K=1, 即[RLi]＝[RH], 表示离子交换剂对H+和 Li+的结合力相同; 若K<1, 即[RLi]<[RH], 表示离子交换剂对Li+的 结合力小于H+.
系统工艺 在化学和容积控制系统中, 由反应堆高压回路引出 的一股下泄流, 经再生和下泄热交换器冷却并降压 后, 顺次通过前置过滤器、混合离子交换器和后过 滤器, 经喷嘴雾化后喷入容积控制箱, 而后再经泵 加压通过再生热交换器的被加热侧升温补入主回路
前置过滤器去除冷却剂中悬浮腐蚀产物颗粒; 离子交换器去除可溶性裂变产物和腐蚀产物; 系统中设有并联的除锂离子交换器和除硼的离子交 换器, 分别用于去除冷却剂中超限值的锂离子和硼 酸离子.
中子反应的影响 例如10B (n,α)反应可生成7Li , 7Li能逐渐改变冷却剂的pH值.
1 冷却剂循环净化系统
系统功能
减少反应堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物杂质的 数量, 使主系统的放射性在允许水平.
保持冷却剂内合适的腐蚀抑制剂的浓度(pH值), 减少冷却剂对设备和管系的腐蚀.
调节冷却剂中硼浓度, 控制堆芯反应性.
选择系数KLiH约等于0.8. 若溶液中有硼酸存在, 则 因pH值的变化将使反应向左移动. 但是, 当溶液硼 浓度超过800ppm时, 它对pH值的影响已不显著, 树脂上的锂的释放也基本趋于稳定. 所以, 冷却剂中 硼酸的存在对于除锂树脂性能影响并不大. 而且, 树 脂对锂的交换容量也不受溶液锂浓度的影响.
后过滤器的作用是防止细碎树脂漏入主回路; 在容积控制箱中将净化流雾化的目的在于除去部分 裂变气体。 一般净化流量为主回路流量的0.05-0.1％, 对一座 百万千瓦级的压水堆来说, 约在10-20吨/小时左 右, 可使所有的冷却剂能在一天内得到一到两次净 化.
系统组成及其各部性能
前置过滤器
前置过滤器置于锂-硼型混合树脂床之前的机械过 滤器, 具有截获不溶性腐蚀产物和放射性物质的功 能. 在水处理中常采用高温过滤器或电磁过滤器.
高温过滤器 用于高温过滤的设备是由抗腐蚀的惰 性陶瓷材料所构成, 它们可有效地除去<0.5微米的 悬浮物质点, 水冷反应堆开发早期阶段, 采用多层 不锈钢网过滤器.
ຫໍສະໝຸດ Baidu
目前采用高温磁性过滤器. 其特点是利用反应堆一 、二回路系统冷却剂中的腐蚀产物85%以上是磁性 的Fe3O4或含有Co, Ni, Cr的Fe3-xCOxO4固态悬浮 物. 磁性过滤曾用过永久性磁铁. 但永久性磁铁的磁 性会随着冷却剂温度的升高不断下降. 近年来对永 久性磁铁的材料进行了很大改进以减少温度的影响. 但也有采用电磁过滤器. 内装直径为6毫米铁素体钢 小球. 在直流电场下, 小钢球均成为小磁性体.
锂型和硼酸型混合离子交换器
冷却剂中都加入硼酸作为反应性补偿控制手段, 同 时还要加入一定量的pH控制剂(LiOH), 这就要求净 化系统的离子交换树脂在吸附杂质的同时, 不改变 冷却剂中硼和pH控制剂的含量. 因此，混合离子交 换器必须采用硼酸型阴离子树脂和pH控制剂相应 的阳离子交换树脂(如锂型阳离子树脂)混合组成. 实现去除冷却剂中的杂质如腐蚀产物和放射性物质.
运行经验表明, 此混合床对各种离子(除铯外)的交 换作用都十分令人满意. 其中对腐蚀产物中的Ni2+, Cr2+, Fe2+以及I-的去污因子可达到数百以上. 但是 ,这种混合床对于Cs, Mo, Y和惰性气体等去除效果 不理想.
综上所述, 锂—硼酸型树脂能有效地去除冷却剂中 大多数放射性核素, 但设计时考虑到辐照等原因, 树 脂的工作交换容量宜取理论值的50%-70%, 净化 效率以90%计(Cs, Mo, Y和惰性气体除外), 以留 有充分的余地.
试验结果表明: 试验中如含有Fe3O4等悬浮物固体, 尺寸小于0.2微米, 浓度40 μg/kg, 以30cm/sec流 速流经过滤器, 过滤效率通常是97%, 有时高达 99.5%, 如浓度为25 μg/kg, 过滤效率下降到
72%.
低温过滤器 目前广泛应用于压水反应堆处理系统 的是低温(<60℃)过滤器. 一般由不锈钢环, 不锈 钢网或高分子聚合物有孔纤微板组成. 主要功能是除去以悬浮物固体和胶体形式存在于水 中的腐蚀产物和粉碎的离子交换树脂微粒(化容系 统净化器后过滤器).
冷却剂水质恶化的原因及后果
回路结构材料的腐蚀 大型压水堆主回路系统每天 可产生数十克腐蚀产物, 腐蚀产物的积累不仅会恶 化传热条件, 提高冷却剂及设备表面的辐射剂量, 甚至有可能造成堆芯燃料组件局部流道阻塞.
裂变产物从元件中逸出 使冷却剂的放射性水平大 大提高, 对核电站的运行维护以及环境保护都十分 不利.