第六章 压水反应堆水处理系统
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6.5 水处理系统
6.5.1 冷却剂循环净化系统
⊙ 系统功能 –设立冷却剂循环净化系统的主要目的，在于不断地除去冷 却剂中的腐蚀产物和裂变产物，维持合适的冷却剂水质。 –保持反应堆冷却剂内合适的pH值，减少冷却剂对设备和管 系的腐蚀。 –调节反应堆冷却剂中硼浓度，满足控制堆芯反应性的需要。
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2.交联度 聚合物中二乙烯苯的百分含量称为交联 度。 3.引入各种交换基团 向聚合体骨架上引进各种活性基团,根据 交换基团的酸碱性强弱分为:强酸（碱） 性树脂或弱酸（ห้องสมุดไป่ตู้）性树脂。
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6.2.1.2 离子交换基团的引入
（1）强酸性阳离子交换树脂
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（2）强碱性阴离子交换树脂
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脂的再生原理。
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（2）离子半径与水合作用 原子序数越大，水合能越小，因此有以下选择性 吸附顺序：
活度系数越高，交换“势”也越大。
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6.2.4 离子交换树脂的交换容量与净化 效率
⊙ 离子交换树脂的交换容量
离子交换树脂的交换容量系指单位体积或重量树脂能够交换的 离子数量。交换容量可用下面两种方法表示： （1）总交换容量 单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数，毫克当量/ 毫升湿树脂。 （2）工作交换容量 穿透容量，动态条件下单位体积或重量树脂中能够参加交换反 应的基团数。工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树 脂的利用率。
离子交换过程可用下式表示：
R A M R M A
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在水质净化系统中，其交换原理 可用下式表示：
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⊙ 离子交换树脂的选择性
化学置换反应规律： （1）离子电荷 ①在低浓度水溶液中，交换离子的电荷越大，越易被树脂吸 附，对阳离子有下列顺序：
对阴离子则有：
②高浓度的低价离 子往往具有较高的交换“势”，这就是 树
第六章 压水反应堆水处理系统
水处理的目的： ①改善水质,使其达到技术指标限值内 ②各系统的水最大限度的重复使用,以减 小废水量，有利于生态环境保护。
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冷却剂水处理
水进行处理的必要性：
–水在压水堆一回路是作为冷却剂和慢化剂，在二回路 是作为载热剂
–传热的同时，把堆芯形成的放射性,裂变产物，活化的 腐蚀产物载带到了回路各个部位，形成了堆芯外的辐 射场
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⊙ 离子交换的净化效率和去污因子
①净化效率η定义为：流经树脂床后溶液中核素被 去除的份额。常用百分数表示：
C1 C2 100%
C1
②去污因子DF定义为树脂床进出料液中特定核素 的浓度或放射性强度之比：
DF C1 C2
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6.3 核级离子交换树脂性能
（1）出水水质纯度高 （2）树脂对pH值变化不敏感 （3）稳定性好，耐热性能、耐辐照性能都较 强。机械强度高，树脂的磨损率低。 （4）核级树脂杂质含量低，颗度均匀，转型 率高。
凝结水系统，以及废水处理各系统的过滤 设施
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磁过滤器 • 原理
–利用磁吸引作用将水中铁磁性杂质分离 和去除
–过滤对象必须是具有铁磁性的物质 • 构造
–非磁性金属外壳体 –外加磁场 –内部充填强导磁性填料
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磁过滤器在PWR的应用 • 已用于PWR一回路冷却剂、SG排污水、汽轮
机凝结水的过滤 • 一回路冷却剂的过滤
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6.2.2 离子交换树脂的主要物理性能
6.2.2.1 外形和颗度
①离子交换树脂一种半透明的球状物质，颜色有 白、黄、黑和赤褐数种。 ②树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效 率、水流通过树脂层的压力降以及水流分布 的均匀程度都有一定影响。相应的颗粒直径 为0.3—1.2毫米。
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⊙ 溶胀性和含水率
• 在反应堆回路传热表面的沉积，使传热 效率降低
• 积累过多时，可能造成堆芯局部流道阻 塞或换热面过热，引起严重事故
• 在停堆检修时，沉积的活化腐蚀产物的 放射性，会给维修工作带来很多麻烦
–及时有效地除去冷却剂中腐蚀产物，避免 腐蚀产物在回路中的过量积聚
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机械过滤的应用 • 冷却剂净化 • 主泵轴封水过滤 • 离子交换器后过滤 • 燃料水池澄清过滤 • 试剂的过滤 • 补给水、二路蒸汽发生器排污水和汽轮机
⒈ 溶胀
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结 构
的空隙中，离解，形成水合离子，树脂体积也因此
增大，这种现象称为树脂的溶胀。
⒉ 含水率50％
树脂总要保持一定水分，一般在50%左右
⒊ 交联度的关系
树脂溶胀性和含水率均与交联度有关，交联度
越
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⒋ 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的 特性有关 。交换离子的水合度以及水合离子 的半径越大，树脂的溶胀率也越高。 ①强酸性阳离子交换树脂溶胀率的大小顺序为：
–水在慢化中子的同时，又经受辐照分解生成H2和O2 –一、二回路水中的杂质又引起结构材料和燃料包壳的
腐蚀
• 目的 –使水质在指标限值以内，保证各系统设备和结构的完 整性，使冷却剂最大限度的重复使用，保持冷却剂质 量在规定的指标限値之内
• 处理技术 –机械过滤
–离子交换
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机械过滤
• 目的 –腐蚀产物的危害
–对固体悬浮颗粒去除率约50%，对钴的去 除率达90%
–冷却剂悬浮颗物浓度减少50% –SG室内的辐照剂量下降50% –在去污过程中可迅速消除腐蚀产物颗粒，
强化去污过程
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• SG排污水和汽轮机凝结水的过滤 –排污水过滤时，降低水温和提高pH可进 一步提高过滤效率
–一旦发生SG传热管破损，可通过加大过 滤流量来降低排污水放射性强度
–凝结水的过滤可大大降低进入SG补水中 的腐蚀产物
–杂质负荷量高，压降变化明显反映过滤 器中的杂质沉积程度，可决定过滤器的 再生时机
–再生方便，去磁反洗即可，速度快，无 需备用
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6.2 离子交换树脂基础知识
5.2.1 离子交换树脂的结构及基团的引入 5.2.1.1 离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一种带有与水溶液中离子进行交换 的活性基团的高分子有机化合物。 1.结构（本体）：苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高 分子化合物 。
H+ ＞ Li+ ＞ Na+ ＞NH＋4＞ K+
②而强碱性阴离子交换树脂在进行离子交换时 的溶胀率顺序为：
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⊙ 热稳定性和机械强度
温度过高易使交换基团分解，当水温达到零度时， 其内部水分的冻结能将树脂胀裂。树脂的机械强度 与交联度有关，交联度越大，机械强度越好。
5.2.3 离子交换机理 ⊙ 离子交换原理
6.5 水处理系统
6.5.1 冷却剂循环净化系统
⊙ 系统功能 –设立冷却剂循环净化系统的主要目的，在于不断地除去冷 却剂中的腐蚀产物和裂变产物，维持合适的冷却剂水质。 –保持反应堆冷却剂内合适的pH值，减少冷却剂对设备和管 系的腐蚀。 –调节反应堆冷却剂中硼浓度，满足控制堆芯反应性的需要。
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2.交联度 聚合物中二乙烯苯的百分含量称为交联 度。 3.引入各种交换基团 向聚合体骨架上引进各种活性基团,根据 交换基团的酸碱性强弱分为:强酸（碱） 性树脂或弱酸（ห้องสมุดไป่ตู้）性树脂。
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6.2.1.2 离子交换基团的引入
（1）强酸性阳离子交换树脂
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（2）强碱性阴离子交换树脂
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脂的再生原理。
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（2）离子半径与水合作用 原子序数越大，水合能越小，因此有以下选择性 吸附顺序：
活度系数越高，交换“势”也越大。
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6.2.4 离子交换树脂的交换容量与净化 效率
⊙ 离子交换树脂的交换容量
离子交换树脂的交换容量系指单位体积或重量树脂能够交换的 离子数量。交换容量可用下面两种方法表示： （1）总交换容量 单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数，毫克当量/ 毫升湿树脂。 （2）工作交换容量 穿透容量，动态条件下单位体积或重量树脂中能够参加交换反 应的基团数。工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树 脂的利用率。
离子交换过程可用下式表示：
R A M R M A
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在水质净化系统中，其交换原理 可用下式表示：
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⊙ 离子交换树脂的选择性
化学置换反应规律： （1）离子电荷 ①在低浓度水溶液中，交换离子的电荷越大，越易被树脂吸 附，对阳离子有下列顺序：
对阴离子则有：
②高浓度的低价离 子往往具有较高的交换“势”，这就是 树
第六章 压水反应堆水处理系统
水处理的目的： ①改善水质,使其达到技术指标限值内 ②各系统的水最大限度的重复使用,以减 小废水量，有利于生态环境保护。
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冷却剂水处理
水进行处理的必要性：
–水在压水堆一回路是作为冷却剂和慢化剂，在二回路 是作为载热剂
–传热的同时，把堆芯形成的放射性,裂变产物，活化的 腐蚀产物载带到了回路各个部位，形成了堆芯外的辐 射场
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⊙ 离子交换的净化效率和去污因子
①净化效率η定义为：流经树脂床后溶液中核素被 去除的份额。常用百分数表示：
C1 C2 100%
C1
②去污因子DF定义为树脂床进出料液中特定核素 的浓度或放射性强度之比：
DF C1 C2
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6.3 核级离子交换树脂性能
（1）出水水质纯度高 （2）树脂对pH值变化不敏感 （3）稳定性好，耐热性能、耐辐照性能都较 强。机械强度高，树脂的磨损率低。 （4）核级树脂杂质含量低，颗度均匀，转型 率高。
凝结水系统，以及废水处理各系统的过滤 设施
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磁过滤器 • 原理
–利用磁吸引作用将水中铁磁性杂质分离 和去除
–过滤对象必须是具有铁磁性的物质 • 构造
–非磁性金属外壳体 –外加磁场 –内部充填强导磁性填料
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磁过滤器在PWR的应用 • 已用于PWR一回路冷却剂、SG排污水、汽轮
机凝结水的过滤 • 一回路冷却剂的过滤
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6.2.2 离子交换树脂的主要物理性能
6.2.2.1 外形和颗度
①离子交换树脂一种半透明的球状物质，颜色有 白、黄、黑和赤褐数种。 ②树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效 率、水流通过树脂层的压力降以及水流分布 的均匀程度都有一定影响。相应的颗粒直径 为0.3—1.2毫米。
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⊙ 溶胀性和含水率
• 在反应堆回路传热表面的沉积，使传热 效率降低
• 积累过多时，可能造成堆芯局部流道阻 塞或换热面过热，引起严重事故
• 在停堆检修时，沉积的活化腐蚀产物的 放射性，会给维修工作带来很多麻烦
–及时有效地除去冷却剂中腐蚀产物，避免 腐蚀产物在回路中的过量积聚
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机械过滤的应用 • 冷却剂净化 • 主泵轴封水过滤 • 离子交换器后过滤 • 燃料水池澄清过滤 • 试剂的过滤 • 补给水、二路蒸汽发生器排污水和汽轮机
⒈ 溶胀
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结 构
的空隙中，离解，形成水合离子，树脂体积也因此
增大，这种现象称为树脂的溶胀。
⒉ 含水率50％
树脂总要保持一定水分，一般在50%左右
⒊ 交联度的关系
树脂溶胀性和含水率均与交联度有关，交联度
越
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⒋ 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的 特性有关 。交换离子的水合度以及水合离子 的半径越大，树脂的溶胀率也越高。 ①强酸性阳离子交换树脂溶胀率的大小顺序为：
–水在慢化中子的同时，又经受辐照分解生成H2和O2 –一、二回路水中的杂质又引起结构材料和燃料包壳的
腐蚀
• 目的 –使水质在指标限值以内，保证各系统设备和结构的完 整性，使冷却剂最大限度的重复使用，保持冷却剂质 量在规定的指标限値之内
• 处理技术 –机械过滤
–离子交换
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机械过滤
• 目的 –腐蚀产物的危害
–对固体悬浮颗粒去除率约50%，对钴的去 除率达90%
–冷却剂悬浮颗物浓度减少50% –SG室内的辐照剂量下降50% –在去污过程中可迅速消除腐蚀产物颗粒，
强化去污过程
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• SG排污水和汽轮机凝结水的过滤 –排污水过滤时，降低水温和提高pH可进 一步提高过滤效率
–一旦发生SG传热管破损，可通过加大过 滤流量来降低排污水放射性强度
–凝结水的过滤可大大降低进入SG补水中 的腐蚀产物
–杂质负荷量高，压降变化明显反映过滤 器中的杂质沉积程度，可决定过滤器的 再生时机
–再生方便，去磁反洗即可，速度快，无 需备用
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6.2 离子交换树脂基础知识
5.2.1 离子交换树脂的结构及基团的引入 5.2.1.1 离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一种带有与水溶液中离子进行交换 的活性基团的高分子有机化合物。 1.结构（本体）：苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高 分子化合物 。
H+ ＞ Li+ ＞ Na+ ＞NH＋4＞ K+
②而强碱性阴离子交换树脂在进行离子交换时 的溶胀率顺序为：
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⊙ 热稳定性和机械强度
温度过高易使交换基团分解，当水温达到零度时， 其内部水分的冻结能将树脂胀裂。树脂的机械强度 与交联度有关，交联度越大，机械强度越好。
5.2.3 离子交换机理 ⊙ 离子交换原理