国产新一代核级离子交换树脂在秦山核电站的应用

陶 钧

( 上海交通大学, 上海 200030)

[ 摘 要] 简要介绍了压水堆核电站一回路主辅系统水处理的一些特点和对核级树脂的特殊要求, 同时通过国产新一代/ 争光牌核级树脂在秦山核电站一回路主辅系统的应用情况, 说明该核级树脂完全能够满足秦山核电站的要求, 并且性能优于原国产核级树脂。

[ 关键词] 树脂; 核级树脂; 核电站; 一回路; 冷却剂; 水处理

[ 中图分类号] TM623 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1002 3364( 2004) 12 0059 03

秦山核电站是我国自行设计和建造的第一座核电站, 其反应堆采取的是压水堆型, 装机容量为300MW。与所有发电站一样, 要保证核电站的安全稳定运行, 有效的化学控制与监督非常重要。本文就秦山核电站一回路水处理系统的特点和对核级树脂的特殊要求进行说明, 并就国产新一代争光牌核级树脂( 国产新一代核级树指) 在秦山核电站一回路的应用情况进行介绍。

1 核电站一回路水处理系统特点

压水堆( PWR) 核电站水处理系统见图1。

                            图1 压水堆核电站水处理系统

从图1 可知, 核电站的一回路水处理包括化学和容积控制系统( 化容系统) 、硼回收系统、乏燃料池净化系统和废液处理系统, 这些系统必须安装特定的水处理装置。一回路水处理系统的特点如下。

( 1) 化容系统中包括净化床、除硼床和除锂床。净化床是对一回路冷却剂中的放射性物质进行处理, 降低一回路冷却剂系统的放射性水平; 除硼床是通过除去冷却剂中的硼来调节反应堆的反应性能; 除锂床是除掉一回路冷却剂中的部分锂, 使锂浓度满足硼锂协调控制的要求。在这3 种树脂床中, 净化床是连续运行的, 而除硼床和除锂床都是间断运行的。

( 2) 硼回收系统中设置有除硼床和净化床。除硼床用于除去硼回收系统蒸发产生的冷凝液中的硼。硼回收系统设置2 台混床的目的是根据需要对所回收的含硼水进行净化。

( 3) 为了对乏燃料储存水池的水进行净化, 在该系统中设置了1 台混床, 采取间断运行方法对水质进行控制。放射性废液处理系统中还设置了2 台阳床和2台阴床, 根据需要对废液进行处理。如果蒸发器传热管有破损, 在蒸发器排污系统中设置的4 台混床可以起到除去放射性物质的目的。

2 一回路水处理系统对核级树脂的要求

应用于核电站一回路水处理系统的核级树脂, 必须具备很高的再生转型率, 很低的杂质含量, 良好的抗辐照分解能力。同时, 要求树脂能够在较高运行流速和较高温度下工作, 使用过程中系统释放出的有机或无机杂质应在允许范围内。秦山核电站运行以来, 一回路一直采用国产核级树脂, 其技术指标见表1。随着科学技术的进步和树脂生产工艺的改进, 国际上早己推出了质量更好的核级树脂, 秦山核电站也提出了自己对核级树脂的新要求( 表2) 。从表2 可见, 原国产核级树脂质量已不能满足秦山核电站对核级树脂的新要求。

3 国产新一代核级离子交换树脂

在秦山核电站的试应用

3. 1 树脂性能

2002 年杭州争光树脂有限公司采用西安热工研究院有限公司提供的技术, 成功地生产出了新一代核级树脂, 其性能实测结果见表3。从表3 可见, 该产品完全满足秦山核电站对核级树脂的新要求。另外, 其耐辐照性能、耐热性能等技术指标亦满足核电站对核级树脂的技术规范[ 1] 。因此, 秦山核电站决定试用该树脂, 以检验其使用性能。

3. 2 应用及效果

为了验证新一代国产核级树脂的性能, 秦山核电站首先在一回路辅助系统进行了试验。2003 年5 月8日, 在硼回收系统的除硼床中装填了422 kg 的阴树脂( ZGA NR170) , 用来除掉冷凝液中残留的硼及其它阴离子。运行期间实测树脂床进水的硼浓度为( 8. 8~25. 9) mg / L, 出水硼浓度为( 1. 1~ 4. 6) mg/ L, 除硼床出口的氯离子和氟离子均小于检测限( 使用离子色谱分析, 检测限为5 Lg / L) , 二氧化硅的浓度小于10 Lg/L。整个运行期间, 3 个硼回收系统补水箱的硼浓度在3 Lg/ L 左右, 水质完全满足一回路冷却剂系统的补水水质要求。该床间断运行近一年时间, 当其出水的硼浓度达到10. 3 mg / L 后退出运行( 此时进口硼浓度为13 mg / L) , 周期处理水量为918 m3, 而采用原国产核级树脂周期处理水量为。除硼床的运行统计情况见表4、表5。

从表4、表5 可知, 使用新一代国产核级树脂后,不但制水量增多, 而且出水水质也得到改善。

新一代国产核级树脂在硼回收系统应用成功后,秦山核电站又将该树脂用于废燃料净化系统( 试运

行) 。在废燃料净化床中共装入800 kg 的阳树脂( ZGC NR50) 和400 kg 的阴树脂( ZG A NR170) , 用来对乏燃料池及换料水箱的水进行净化处理。这次装填的树脂主要考虑对换料水箱1 200 m

3 水进行处理, 以降低其中的钠离子含量。树脂床投运时其进出口的水质见表6。

经过20 天的运行, 整个换料水箱的水质钠[10 Lg /L、氯[ 5 Lg/ L, 氟[ 5 Lg / L, 状态良好。目前

该树脂床仍处于可运行状态。从以上两个系统树脂的实际使用情况看, 新一代国产核级树脂可以满足生产要求。在与主冷却剂水质密切相关的一回路化容系统的一个净化床中也装填了该树脂进行试运行( 图2) , 到目前为止, 该床共除锂27次, 累计除锂时间52 h, 共除掉一回路主冷却剂中的锂1 459. 5 g。从图2 可见, 使用该净化床除锂后一回路主冷却剂中锂浓度完全满足水质控制要求。该树脂床使用期间, 主冷却剂的放射性水平维持在1 @ 106 Bq/L 左右, 氯、氟离子控制在5 Lg/ L 左右, 有机酸未见异常。表7 是最近一次化容系统净化床放射性去污效率的实测结果。从表7 可见, 新一代国产核级树脂放射性去污效率明显优于原国产核级树脂。

4 结论

( 1) 新一代国产核级树脂的理化性能完全满足秦山核电站对核级树脂的新要求。

( 2) 新一代国产核级树脂在秦山核电站的硼回收系统、乏燃料净化系统、化容系统试用效果良好, 树脂运行稳定, 除去放射性核素、硼、锂和钠、氯、氟等各种杂质离子作用明显; 树脂使用后未见有机酸根离子的升高, 树脂的溶出物很低, 说明树脂具备良好的抗辐照性能; 使用效果明显优于原国产核级树脂。