田湾核电站一期工程凝结水精处理系统运行方式及其优化

雷 宙

田湾核电站一期工程凝结水精处理系统运行方式及其优化

雷 宙

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

讨论田湾核电站一期工程从机组调试到目前机组正常功率过程中，凝结水精处理系统运行方式的变化。从初始的氨化运行到4+0大流量运行模式，再到优化的0+4小流量运行模式。通过调整优化，有效保证了二回路水质在规定的可控范围之内，确保了机组的正常、安全、稳定和高效运行。

凝结水；电导；精处理

凝结水精处理系统（按照KKS编码，简称LD）是核电站机组的重要组成部分。凝结水精处理系统由精处理阳床和精处理混床组成，其功能主要是从凝结水中除铁、除盐，将水质控制在合理范围，以保证二回路的水化学工况。但是，一方面,精处理系统能除去凝结水中的机械杂质、铁锈以及海水泄漏时进入的杂质离子；另一方面，由于树脂的再生流程、装置设计的不合理，树脂中会残存一些钠离子和氯离子，在二回路系统可能引入二次污染源，影响蒸汽发生器给水的品质，导致机组的运行工况发生偏离。因此，精处理系统采用何种运行方式，如何对精处理运行方式进行优化，对于二回路水质控制，保证机组安全运行至关重要。本文重点归纳和总结田湾核电站一期工程凝结水精处理系统运行方式及其优化措施。

1 凝结水精处理系统的功能及其工作原理

田湾核电站一期工程为俄罗斯圣彼得堡设计院设计、供货2台NPP91/VVER-1000机组，总额定功率为2×1060MW，机组设计寿命40年，每台机组配置1套凝结水精处理系统。凝结水精处理系统(LD)采用低压串联运行，进入系统的凝结水设计压力为1.6MPa，系统设有2个有阀旁路，大旁路的管径为DN800，小旁路的管径为DN360，各设有一个电动截止阀。凝结水精处理系统采用的是前置阳床(LDB)加混床(LDF)的净化模式，阳床和混床都是母管制[1]，其主要功能是：机组功率运行期间，当水质满足要求时，凝结水精处理系统采用部分旁路运行工况；当凝结水水质发生偏离时采用100%流量净化运行工况；机组启动期间净化凝结水，保障二回路水化学工况，减少凝结水冲洗时间，缩短启机时间。

田湾核电站一期工程凝结水精处理系统工作原理是：凝结水并列流过投运的氢型阳离子过滤器LDB11-15AT001，装载强酸性阳离子交换树脂，将凝结水中悬浮和溶解的腐蚀产物清洗掉，同时，进行初步除盐（除去铁离子）。被除铁并部分除盐的凝结水进入混床LDF21-25AT001，在其中装载了强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，除去由于冷却水吸附、蒸汽溶解和机械携带等而进入凝结水中的溶解盐。在混床后安装有树脂捕集器，其作用是捕捉由于过滤器排水装置损坏时从床体内流出来的树脂。经过精处理系统凝结水指标为:电导率小于0.15μs/cm，钠离子含量小于1μg/L，树脂捕捉器的压差是0.3MPa。当阳床和混床的运行参数超过指标，或者阳床的压差大于0.3MPa、混床的压差大于0.25MPa时，过滤器内的树脂将输送到再生系统内进行再生，恢复其交换能力，再生方式为体外再生。凝结水净化系统的净化能力可以保证在机组稳定运行时和机组在任意功率水平下运行时实现凝结水的100%净化如图1所示。

2 凝结水精处理系统初始运行方式及优化

2.1 氨化运行及其特点

按照俄方设计，田湾核电站一期工程凝结水精处理系统运行的初始方式主要采用氨化运行。所谓氨化运行是指通过LDN30往LDF混床后加入氨水，氨水在二回路循环后，使得LDB阳床里的H型阳树脂置换成氨型阳树脂，达到氨饱和。由于LDB阳床被氨化，不再吸收氨水，因此减少了加氨量。氨化运行后LDB阳床的失效标准是通过监测Na离子的含量，而二回路中Na离子本身较少，与通过检测阳床出口电导的方式相比较而言，氨化运行时阳床的制水周期长。

2.2 氨化运行出现的异常情况

某年8月19日凌晨0：35，1#机组四台蒸汽发生器排污水氯离子浓度分别为113μg/L、44μg/L、89μg/L、82μg/L，此时蒸汽发生器排污水中氯离子控制指标处于一级偏离状态，按照技术规格书要求：7天内恢复蒸汽发生器排污水水质，否则机组降至热态[2]。经过取样，工作人员对有可能导致精处理出口漏氯的各种可能性进行分析排查，最后确认导致精处理出口漏氯的主要原因是：树脂上吸附或残留的氯离子被洗脱下来，造成出口氯离子浓度上升。由于当时精处理再生装置存在缺陷，阴、阳树脂在再生时分层效果差。精处理混床再生采用体外中抽法再生，再生前需在再生装置中进行阴、阳树脂反洗分层，但分层后倒阴树脂时由于中间层树脂输送效果不理想，会造成中间层中的阴树脂中混在阳树脂中（阴树脂大约2%左右，氨化运行要求阳树脂中混有的阴树脂量不超过0.5%），阳树脂用盐酸再生时把混入的阴树脂转换成氯型。由于精处理阳床采用了氨化运行，在阳床氨饱和后，会使精处理混床入口pH值大于9，在弱碱性环境下，氢氧根离子会把氯型阴树脂中的氯离子置换出来，导致蒸汽发生器排污水氯离子浓度超出技术要求[3]。弱碱性阴离子交换树脂的选择性次序为：OH-＞SO2-＞NO-＞Cl-＞HCO-＞HSiO-4333

图1 LD系统主管道的现场布置简图

2.3 氨化运行的取消及其效果

由于氨化运行导致了蒸汽发生器排污水氯离子浓度超标（见图2），工作人员经反复研究和实验，果断取消了凝结水精处理的氨化运行。取消氨化运行后，凝结水精处理系统采用了4+0大流量运行模式，即投运同时4列精处理阳床和4列精处理混床，每列流量为150kg/s左右，保证一列阳床和混床为备用状态，根据机组状态通过旁路阀LCA10AA106控制进入凝结水精处理系统的流量，有效防止了由于再生度不够或运行时吸附上去的氯离子被凝结水洗脱下来的情况发生,蒸汽发生器排污水氯离子浓度平稳，并在规定的范围之内，保证了二回路水质(见图2、图3)。

3 凝结水精处理系统运行方式的再优化

采用4+0大流量运行模式后，二回路水质得到了有效改善，确保了机组运行安全，为了使凝结水精处理系统的运行方式更加合理有效，进一步提高机组的经济性，需要对运行方式进行再次优化。

3.1 取消氨化运行后的主要问题

3.1.1 缩短阳床再生周期，增加再生成本增加

氨化运行时LDB阳床的失效标准是通过监测Na离子的含量，而二回路中Na离子本身较少，阳床运行时间较长。取消氨化运行后LDB阳床的失效标准是通过监测电导。当阳床电导上涨至1μS/cm时，则认为阳床失效。以一列LDB阳床一个运行周期为例，每列LDB阳床的运行周期为13.8天，制水量平均达到了18万吨，再生一个系列的阳床树脂所需要4.2吨的盐酸试剂，而再生过程中至少得消耗500吨除盐水。当四列大流量阳床同时运行时，电站每台机组每年的LDB阳床再生的总次数达到90次，相对应的再生所消耗的盐酸试剂总量为378吨，除盐水消耗总量更是高达45000吨。由此可见，在4+0运行模式，LDB阳床所消耗的盐酸和除盐水量较多，以一吨除盐水成本为100元每吨计算，单台机组一年光用于阳床再生的除盐水成本就达到了450万元，加上为再生制备除盐水的GC系统运行和再生，成本会更加高昂，影响到机组的经济性。并且由于再生周期短，除去机组大修，平均三到四天就有一列阳床失效，而每一列床体的制水量不尽相同，增加了两列床体同时失效的风险。与此同时，再生次数多，再生设备的使用次数也会相应增加，设备出现缺陷的几率也会增加，一旦再生设备出现故障，不能够及时处理，会导致再生进展延后甚至停滞，出现两列床体接连失效的情况时，造成精处理系统处理能力下降。

图2 某年三季度一号蒸汽发生器排污水氯离子趋势图（氨化运行）

图3 某年四季度一号蒸汽发生器排污水氯离子趋势图（取消氨化运行）

3.1.2 床体再生频繁，树脂损耗增加

凝结水精处理树脂采用体外再生，需使用压缩空气进行擦洗，树脂不断膨胀、收缩，在倒树脂时与管道摩擦后，树脂强度会降低，势必造成树脂的破损。在床体进行树脂反洗分层的时候，有可能随着反洗水流排出，造成了树脂量不断减少。每一年机组大修，在LDL10BB0001中，均能发现大量的树脂颗粒。同时，破损树脂可能因树脂捕捉器未能截留而进入二回路。在机组高温高压下，碎小树脂分解成无机酸和低分子有机酸，使蒸汽发生器排污水pH偏低；在国内核电站曾经出现过由于凝结水精处理运行时树脂泄露，使得蒸汽发生器排污水出现硫酸根或氯离子超标，导致机组降功率或停机事件发生。

3.1.3 频繁投切LDB阳床，增加风险

由于空气是可压缩的，投运时如果排气不充分，将会导致床体、LCA 系统的压力波动，也会导致该床体与其他床体的流量不一致；同时床体内有气也会使床体布水不均匀，导致偏流，使床体提前失效。并且由于在LDB再生的过程中需要进行压缩空气擦洗，部分树脂会被气泡包围，再生液不能通过被空气所包围的树脂，因而使这部分树脂不能进行再生，导致树脂再生不充分，使模式，即0+4模式，1+3模式，2+2模式，3+1模式，LDB/LDF四列大流量运行模式。

3.2.2 四种旁路运行模式的工作要求

在改为0+4模式后，根据凝结水水质的指标要求，运行人员采用四种旁路运行模式，表2列出了不同模式下投运的过滤器数量以及流量要求。

1)在机组启动后水质稳定时，可加大精处理系统旁路流量，投入不同数量的运行和热备的过交换能力降低，减少阳床的制水量。

3.2 0+4小流量运行模式的采用及其优势

4+0运行模式下，经过精处理系统的流量达到了600kg/s，承担了二回路水质的净化功能。对精处理系统运行方式进行优化，采取了在保证二回路水质合格的前提下，逐渐减小了经过精处理系统的水流量。

3.2.1 优化过程

以2#机组为例，其凝结水精处理系统由4+0模式向0+4模式优化过程的操作步骤如表1所示。

到目前为止，两台机组精处理系统均优化为了0+4运行模式，二回路水质也保持稳定，相应TOI已撤销。确定了凝结水精处理系统五种运行滤器，4模式至0模式均可，在4模式至0模式及其他模式切换时优先调整制水量小的过滤器。

2)在凝汽器有泄漏、机组工况变化等二回路水质将有变化时，需投入精处理系统过滤器进行净化。由0模式及其他模式转至4模式时，优先调整制水量大的过滤器。

3)LD大旁路流量调节的依据要满足：大流量运行过滤器的流量保证流量稍高于过滤器低流量报警值138.9kg/s（以免闪发报警影响监盘）。小流量运行过滤器流量计要有显示，建议流量35-45kg/s。热备状态是过滤器出入口阀门打开调阀关闭。

表1 精处理系统运行方式优化过程

巡检时注意LD系统小流量和热备过滤器为满水带压状态，以应对在凝结水出现恶化时能够及时投运小流量和热备的过滤器。过滤器失效切换时，新投入的过滤器保持失效过滤器的状态。

表2 不同模式下投运的过滤器数量以及流量要求

3.2.3 0+4模式的优点

1）节约了再生成本。在前文提到4+0模式运行方式下，单列LDB阳床的运行周期为13.8天，一年LDB阳床需再生的总次数为90天，需消耗378吨盐酸试剂和至少45000吨除盐水；在运行方式改变为0+4模式后，单列LDB阳床的运行周期延长为45天，对应一年阳床需再生的总次数也减少为28次，需消耗的盐酸试剂和除盐水也分别减少为116吨和13800吨。与之前相比较，成本减少三分之二，经济优势巨大，相应的，树脂的损耗也会大幅减少[4]。设备损耗也会降低。

2）降低了LDB床体同时失效的风险。流量减小之后，LDB出口电导从开始上涨到失效的时间从原有的24小时延长至72小时，而LDB床体再生时间正常情况下24小时内可完成，即使两个床体同时上涨，我们也可以提前切除一个系列再生，并保证再生合格恢复备用，从而避免多个同时床体失效，引起水质波动。

3）系统冗余度提高，紧急情况下维持二回路水质稳定能力增强。在0+4模式下，通过精处理系统的流量为180kg/s左右，一旦二回路水质波动，工作人员可以通过调节LCA10AA106，提高进入精处理系统的流量，净化更多的二回路凝结水，维持二回路水质稳定。

4 结论

凝结水精处理系统对于二回路水质调节起着重要的作用，从最早的氨化运行，到取消氨化运行，到目前的0+4模式运行，系统运行方式一直在优化，也取得了良好的效果。我们将结合之前的经验和数据，进行总结和分析，对精处理系统的运行、再生步骤等进行进一步优化，以保证机组的安全稳定高效运行。

[1]孙立忠，刘建民. 凝结水精处理系统优化运行[J].东北电力技术，2013,（3）：31-34.

[2] 杨笑宇，王旭初．田湾核电站凝结水精处理系统调试期间出现的问题[A]//电厂化学2007学术年会暨中国电厂化学网2007高峰论坛会议论文集[C]．2007,(6):88-90.

[3] 韩斌，李锋，王旭初.一种用于核电站蒸汽发生器的俄罗斯化学清洗配方与清洗效果的评价[J].腐蚀科学与防护技术，2013，(3)：259-261.

[4] 王方.离子交换树脂标准手册[M]．北京：中国标准出版社, 2003:50-51.

Operation Mode and Optimization of Condensate Water Fine Treatment System in TNPS’s First Stage Project

LEI Zhou
(Jiangsu Nuclear Power Corporation, Lianyungang Jiangsu222042)

The paper discusses the change of operation modes of condensate water fine treatment system in the first-stage of Tianwan Nuclear Power Station (TNPS) project from its unit commissioning to current normal power operation. The operation modes varies from its initial “ammoniated operation” to “4+0 large flow”,and then to “0+4 small flow”. By adjusting and optimizing, the water quality of the secondary circuit can be guaranteed within the specified and controllable range, so the unit can be operated normally, safely, stably and efficiently.

condensate water; conductivity; fine treatment

TM623

A

1671-9654(2017)04-0071-05

10.13829/j.cnki.issn.1671-9654.2017.04.018

2017-08-30

雷宙（1988- ），男，湖南长沙人，工程师，研究方向为核电运行与安全。

［编校：杨 琴］