核电厂除盐水处理系统调试

2014-04-26朱慧敏杨莉莉

山东电力技术 2014年1期

朱慧敏，张岩，杨莉莉，宛磊

（山东中实易通集团有限公司，山东济南 250002）

1 系统简介

某核电厂除盐水处理系统以水厂系统产水为水源，经细砂过滤、活性炭、反渗透、离子交换处理，生产出达到《AP1000化学手册》要求的除盐水。

除盐水处理系统设计系统出力为2×120 t/h，满足电厂在各个工况下，如启动、停机、长期停运保养和正常运行所需的除盐水量。该系统主要由预处理单元、反渗透单元、离子交换单元组成，主要设备清单见表1。除盐水处理系统给细砂过滤、活性炭吸附，反渗透预脱盐，离子交换系统处理后制出合格除盐水，系统工艺流程见图1。

图1 除盐水处理系统流程图

2 调试流程

2.1 系统分包及移交

目前常规火电调试中，进度往往是最受关注的，在系统安装没有完工，调试就已经介入，以调试促安装，调试与安装交叉作业，没有明确的“建安向调试移交”的概念，而这样交叉作业，本身就存在很多的安全隐患。安全生产对于核电厂运行意义深远，影响重大，所以核电厂从工作模式上也体现出与常规火电调试模式不同。在建安单位完成向调试移交之前，系统的管辖属于建安单位，调试如有提前介入进行的工作需要得到建安许可，遵守建安相关的管理规定。TOP之后，系统的管辖权属于调试，建安方的任何尾项或消缺工作都必须取得调试许可，做好隔离，办理工作票，这就大大降低了交叉作业带来的安全风险。

任何工程都会考虑进度，核电也不例外，为了在保证安全的前提下，合理加快整体进度，根据调试逻辑、功能完整性、可隔离性、区域性等原则，将每个系统划分了若干子包。每个子包有相对完整的功能，可以开展调试工作，每个子包都可以与其他子包或系统进行可靠的隔离。移交以子包为单位，不需等整个系统安装完工才开始调试，这样既保证了安全，又可保证合理的工程进度。

除盐水处理系统，按照调试逻辑及功能的完整性划分为4个移交包，按移交时间顺序依次为：除盐水PLC系统，除盐水预处理系统、反渗透系统、离子交换系统。

2.2 临时措施

除盐水调试期间，压缩空气系统不可用，采用临时空压机做气源，配备过滤、干燥装置，排气压力0.76～0.86 MPa，压缩机流量不小于2 m3/min。

调试期间，非放射性废水处理系统不可用，采用临时排水。将废水输送泵出口母管电动阀下游法兰解开，通过法兰连接临时管（碳钢管或软管均可）到电动阀出口，引入就近雨水井。

离子交换系统调试过程中需要对树脂进行酸碱浸泡预处理，阳床进碱和阴床进酸通过正式系统无法实现，需要连接临时系统。

2.3 调试基本步序

2.3.1 除盐水PLC系统调试

包括PLC系统检查及上电、电源切换、主从站切换、网络切换试验。

2.3.2 预处理系统调试

仪控试验。根据程序试验卡进行预处理系统回路检查、报警检查、联锁保护及顺控试验。

凝聚剂系统调试。系统冲洗检漏，试转计量泵、整定泄压阀，流量校准。

滤料浸泡及过滤器冲洗。将细砂过滤器冲洗至出水目视清澈，浊度不大于1 NTU，然后对活性炭过滤器冲洗至出水目视清澈，浊度不大于1 NTU，测定活性炭过滤器出水母管SDI小于5、余氯不大于0.02 mg/L，满足反渗透进水条件。

2.3.3 反渗透系统调试

仪控试验。根据程序试验卡进行反渗透系统回路检查、报警检查、联锁保护及顺控试验。

阻垢剂加药系统调试。阻垢剂采用11倍浓缩液。

反渗透装置调试，往淡水箱制满水，为离子交换调试作准备。

试转反渗透清洗装置。

2.3.4 离子交换系统调试

仪控试验。根据程序试验卡进行离子交换系统回路检查、报警检查、联锁保护及顺控试验。

树脂填装后用水冲洗树脂至出水无泡沫。

酸碱贮存系统及计量系统冲洗检漏后，往酸碱贮存罐进酸碱。

酸碱浸泡预处理。

阳床、阴床、混床再生（初次再生剂量为正常剂量2倍），制出合格除盐水，实际水质分析结果见表2。

2.3.5 整套程控运行

细砂过滤器满水→正洗→制水→活性炭过滤器满水→正洗→制水→反渗透低压冲洗→反渗透系统投运→反渗透运行→淡水箱。

阳床满水→正洗→运行→阴床满水→正洗→运行→混床满水→正洗→运行。

表2 除盐水水质分析结果

3 调试期间出现的问题及解决方法

3.1 细砂过滤器内部装置不合格

6台细砂过滤器进行反洗和擦洗后，正洗时发现其中1台正洗排水管中有明显漏砂现象，而且随冲洗时间延长不见好转。几次试图通过水力反洗改善承托层的级配，漏沙依然存在，而且从反洗砂层面看，明显配水不均匀。分析其原因，是由于承托层部分滤料圆度均匀度不好，在反洗过程中形成较大缝隙，造成局部短路，使粒径小于此缝隙的砂子从缝隙持续漏出。依靠水力反洗已无法恢复正常的承托层级配，只有重新填装合格滤料才能解决。

3.2 保安过滤器前SDI不合格

SDI也称为污染指数，是表征反渗透系统进水水质的重要指标，直观反映反渗透膜污堵的可能性。调试期间发现，活性炭出水浊度大于1 NTU，SDI大于5，无法满足反渗透进水要求。对预处理进水和出水指标进行分析，发现原水水质不稳定，浊度大于10 NTU，细砂出水水质波动也比较大。根据过滤机理［1］，胶体表面的电荷对滤料有排斥作用，容易穿透滤层。而凝聚剂可以中和胶体表面电荷，从而改善截留效果。因此在过滤初期，进水投加聚合铝凝聚剂（5 mg·L），出水浊度改善很快，出水水质稳定，SDI测试合格。数据见图2。

图2 加药前后浊度对比

随着过滤的进行，当砂层上表面形成比较致密的截污层后，不需再投加凝聚剂，出水也完全合格。

3.3 工艺步序不合理

细砂过滤器擦洗步序为开罗茨风机排空阀→启动罗茨风机→开细砂过滤器进气阀、排气阀→关排空阀。在擦洗步序中开进气阀和关排空阀是同时进行的，在某次试验过程中排空阀已关闭但是进气阀仍未打开，造成罗茨风机，安全阀动作。罗茨风机为容积式风机，风机正常工作中，严禁完全关闭进、排气口阀门，否则会超负荷引起安全阀动作，造成设备损坏。为防止此问题的频繁发生，对步序进行改进，擦洗步序中进气阀开指令出后延时60 s关排空阀。擦洗结束排气阀关反馈到位后关罗茨风机。

擦洗结束后开罗茨风机排空阀→关细砂过滤器进气阀、排气阀→关罗茨风机。擦洗结束时，罗茨风机和进气阀同时关闭，由于进气阀设计为气动隔膜阀，开关时间较长，出现风机停运但是进气阀还未关到位，导致过滤器内的水倒流入进气管，故罗茨风机排空管内总是有水排出。对步序进行如下改进：进气阀关反馈到位后再关罗茨风机，优化图见图3。

图3 细砂过滤器擦洗步序图

3.4 阻垢剂流失

调试时发现阻垢剂计量箱液位在不启动阻垢剂计量泵运行的情况下液位降低。

分析原因。首先检查阻垢剂计量箱排污阀未打开，排除从排污阀跑药的可能性。关闭三个阻垢剂计量泵进出口阀观察一段时间后发现计量箱液位不再下降。初步分析应该是计量泵出口到加药口管道上有漏点，形成了虹吸将药析出。经仔细排查发现是由于导电度取样阀及pH取样阀开着，形成了虹吸造成的。

解决方法。每次制水时将导电度取样阀及pH取样阀打开，制水完成后再将取样阀关闭，来防止系统停运状态下阻垢剂流失。

3.5 反渗透膜元件程控冲洗中无法满水

反渗透膜元件型号为 BW30-400/34i，144支/套，采取16：8排列。反渗透进行低压冲洗时，启动冲洗水泵开冲洗进水阀、浓水排放阀和淡水排放阀。冲洗过程中打开一段膜元件淡水侧取样阀基本取不出水样，说明反渗透膜元件里不是充满水的状态。膜元件安装在反渗透系统的压力容器内，满水是反渗透停运保养要求。

原因是淡水排放口位置低，冲洗过程中淡水侧的水从淡水排放阀过快的流出，导致顶层膜元件充不满水。

改进方法。冲洗时关淡水排放阀，将冲洗渗透到淡水侧的水排至淡水箱，保持出口一定的背压，从而保证冲洗完成后，反渗透内满水状态。

3.6 TOC变化分析

若除盐水有机物超标进入水汽系统，受热分解后产生低分子有机酸和CO2，可能会导致氢电导率超标和水质pH值下降，可挥发的有机酸还会对蒸汽流通部分和汽轮机产生腐蚀作用，因此监督水质中有机物含量尤为重要［3］。TOC是水中有机物所含碳的总量，对有机物氧化率很高，能够准确全面直观地反映水体中有机物的含量。故调试时对混床出水TOC进行了严格监控。

调试初期混床再生结束后，取样化验，电导率、活性硅、氯离子均合格，但测得TOC超出指标范围，故整套运行用大量水冲洗TOC，经过两天连续冲洗将TOC降到了指标范围内。图4为某时段各设备出口TOC变化趋势，每8 h取样一次。从图中可以看出，经反渗透处理后，大部分有机物均可被去除。值得注意的是阴床出口TOC远大于阳床出口TOC，分析造成此现象的原因是阴树脂本身的聚合小分子电离出阳离子态有机物。阴树脂为强碱型丙烯酸系树脂。由于阴树脂量比较大，在酸碱浸泡预处理阶段阴树脂本身的聚合小分子电离出阳离子态有机物没有完全去除，由于阴树脂没有去除阳离子的能力，故阴床出水TOC含量增大。阴床出水经过混床，混床内树脂阴阳离子态物质均可除去，故TOC含量减小。

图4 TOC变化曲线

4 系统完善建议

过滤器底部出水建议采用水帽。由于过滤器漏砂会严重影响正常运行，建议过滤器底部配水系统使用水帽。水帽机械强度高，比缝隙面积大，有效防止漏砂。

阻垢剂计量泵出口加背压阀。上述3.4讲到由于导电度取样阀及pH取样阀开着，形成了虹吸而造成阻垢剂流失。为解决此问题可以在阻垢剂计量泵出口母管处增加背压阀［2］。流体从背压阀进口进入，被膜片阻挡，于是流体对膜片产生向上的压力。只有压力足够大时，弹簧被压缩，流体顶起膜片形成通道，才会从背压阀出口流出。所以背压阀能消减由于虹吸产生的流量及压力的波动。经过实际测量，虹吸水柱高度为2.5 m，计量泵出口压力为0.5～1.0 MPa，因此可选用0.1 MPa的背压阀。

阻垢剂流量联锁。反渗透阻垢剂是反渗透系统的关键设备，阻垢剂可延缓钙镁离子的析出和膜面结垢，提高产水量和产水质量，降低运行费用。为保证反渗透膜的安全，运行期间高压泵启动会联锁启动阻垢剂计量泵。但是不排除计量泵虽然启动，泵本体不出力的可能性，故建议添加阻垢剂流量与高压泵联锁。一套反渗透运行情况下阻垢剂计量泵流量为10～12 L/h，若流量小于10 L/h，则连停高压泵，保证阻垢剂确实加入系统。