第六章压水反应堆处理系统

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。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机械过滤目的

腐蚀产物的危害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凝结水系统，以及废水处理各系统的过滤设施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。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（碱）性树脂。6.2.1.2离子交换基团的引入（1）强酸性阳离子交换树脂（2）强碱性阴离子交换树脂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。⊙

溶胀性和含水率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，交联度越大，溶胀性越小，含水率也越低。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：

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：

⊙

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⊙

离子交换原理离子交换过程可用下式表示：在水质净化系统中，其交换原理可用下式表示：⊙

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”，这就是树脂的再生原理。（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。

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：

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：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。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。⊙系统工艺由反应堆高压回路引出的一股下泄流，经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，并联一个除锂离子交换器和一个除硼的离子交换器。再经后过滤器、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。流程6.5.2系统组成及其各部性能⊙

前置过滤器1．高温过滤器⑴高温过滤的设备是由抗腐蚀的惰性陶瓷材料所构成，＜0.5微米的悬浮物质。⑵高温磁性过滤器。其特点是反应堆一、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。2．低温过滤器低温（＜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。除去以悬浮物固体和胶体形式存在腐蚀产物和粉碎的离子交换树脂微粒。⊙

锂型和硼酸型混合离子交换器锂型阳离子树脂和硼酸型阴离子树脂混合组成，功能是去除冷却剂中离子型杂质和部分不溶性腐蚀产物以及放射性核素。⊙

除锂离子交换器H+型阳离子树脂交换器，用于除去冷却剂中多余的Li。H+型树脂与冷却剂中Li的交换反应为：

⊙

除硼离子交换器OH+型阴离子交换器的功用在于去除冷却剂中的硼酸。

ROH-

+B-

RB-

+OH-

⊙

容积控制箱容积控制箱的功能：①变功率运行时，水容积变化。②去除裂变气体6.5.2反应堆排水的处理与硼的回收

⊙

反应堆排水的来源反应堆运行过程中总要不断地排出含有放射性和含硼的冷却剂，因此，净化反应堆的排水，并将其转化成合格的堆补给水和浓硼酸，是硼回收系统的主要任务。反应堆正常排水由以下几个原因造成：（1）反应堆的停闭和启动（2）补后备反应性的降低（3）反应堆负荷变化（4）反应堆换料或检修排水（5）主回路系统的泄压、引漏6.5.3硼的回收系统

硼回收系统应该具备如下三种功能：（1）为堆排水提供足够的贮存容量；（2）去除堆排水中的放射性物质及其其它杂质；（3）为堆的运行再生补给水和浓硼酸。⊙

硼回收系统组成与各部功能硼回收系统由三个单元组成（见图9－4）1－堆排水贮罐；2－循环泵；3－供料泵；4－前置过滤器；5－阳离子交换器；6－后过滤器；7－预热器；8－脱气器；9－蒸发器；10－吸收塔；11－冷凝器；12－冷凝水泵；13－冷却剂；14－凝水离子交换器；15—过滤器；16－检测槽；17—检测槽泵；18—浓硼酸卸放器；19—浓硼酸泵；20—浓硼酸过滤器。图9－4硼回收系统原理流程图（1）堆排水贮存和输送单元包括堆排水贮槽和相应的泵组（2）净化单元过滤器、离子交换器和脱气器去除堆排水中的不溶性颗粒杂质、可溶性离子杂质以及溶解气体。设置一组H＋型阳树脂床，去除Cs、Mo、Y等循环净化系统不易除去的核素以及PH添加剂的阳离子（Li＋、）。（3）硼水分离单元

硼水分离是通过蒸发来实现的。蒸发器、雾沫去除器、吸收塔、冷凝器以及冷却器构成。检测合格后送堆补给水箱贮存起来。而蒸发器釜底溶液浓缩到一定程度后，经冷却过滤送往浓硼酸贮槽。硼回收系统蒸发后的两种产物：①二次蒸汽冷凝液（纯水）②浓硼酸

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硼酸的热再生

改变通过离子交换器水流温度来调节硼浓度的方法，叫硼酸的热再生法。在需要“减硼”时，降低循环净化流的温度，使其通过阴树脂床，这时硼被吸附，水液中的硼浓度降低；在需要“加硼”时，则提高水流的温度，使其通过同一个阴树脂床，这时硼由树脂上解吸下来，水流中的硼浓度提高。这种用改变通过离子交换器水流温度来调节硼浓度的方法，叫硼酸的热再生法。

6.5.4放射性废水的处理⊙

放射性废水概况与处理原则废水处理的目的在于保护环境。

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一回路废水处理①放射性较高的设备排水、采用过滤、蒸发处理，必要时，将二次蒸汽冷凝液再经一次离子交换。②对各种放射性水平较低的地面冲洗水，用过滤和离子交换就足够了。③洗衣水、淋浴水等，则往往可以直接排放。弱放废水的处理，渗析和反渗透等方法。⊙

二回路放射性废水的处理二回路化学系统用离子交换法全部地或部分地净化汽轮机凝水（即蒸汽发生器补给水）。反渗透法处理蒸汽发生器排污水蒸发、离子交换等方法处理二回路废液，膜式蒸发器⊙

燃料贮存池水的净化①目的：除去池水中的悬浮颗粒是保证池水的清澈透明。②系统组成：燃料贮存水池的水净化系统，一个过滤器和混合离子交换器组成的回路循环。冷却剂水处理对核电站各系统的水进行处理的原因水在传热的同时，把堆芯形成的放射性，特别是活化的腐蚀产物载带到了回路，形成堆芯外的辐射场水在慢化中子的同时，受到活化造成放射性,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达到技术指标限制以内保证各系统设备结构材料的完整性使冷却剂最大限度的重复使用并使排放的废水低于所规定的放射性水平和有害于环境的杂质含量冷却剂水处理任务循环净化冷却剂，保持冷却剂质量在规定的指标限度之内处理反应堆排放的冷却剂并加以回复利用处理反应堆产生的放射性废液处理技术机械过滤离子交换机械过滤目的

腐蚀产物的危害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离子交换机理离子交换的净化效率和去污因子净化效率

流经树脂床后溶液中核素被去除的份额

去污因子(去污系数)