增加膜除氧装置解决氧含量高问题的探讨_周晨光.pdf
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1、科技视界Science&Technology VisionDOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2022.30.09增加膜除氧装置解决氧含量高问题的探讨周晨光李蔚然笪浩刘龙(中核核电运行管理有限公司,浙江 海盐314000)【摘要】秦 二厂3/4号机 组 除 盐 水箱 氧 含 量 长 期 偏 高,影 响 一 回 路 的 安 全 稳 定 运 行,而 且 排 向 三 废 系 统 造 成 运 行压 力增 大。因 此 必须 通 过维修 及改 造 方 法降 低氧 含 量,结 合 机组 现 有 条 件以 及 不 同 除 氧技 术 的 优 缺 点 进 行 合 理 选 择,最 终通 过
2、技改 增 加膜 除 氧 装 置,解 决 水 箱 氧 含量 高 的 问题,减 轻 人 员的 工 作量。【关 键词】核 电厂;膜 除氧;催化 除 氧;除 盐 除氧 水1背景1.1核电厂给水控制低溶解氧含量的重要性核电厂内不管是一回路还是二回路,都要保持较低的溶解氧的含量。氧含量如果超标,会严重影响厂内设备、金属管道的使用寿命。如果一回路管道受到腐蚀,就会存在着很大的安全隐患。在中子辐照下,一回路腐蚀产物会被活化,从而带有放射性,随着一回路内水的循环达到管道各个区域,容易积聚在过滤器,死管段等地方,大大增加了人员受辐照的剂量。因此,一回路水的除氧效果是一个直接影响电厂安全运行的因素。除盐水从除盐水水
3、箱到一回路循环的整个过程中,除氧可以分成两步进行。第一步是通过 ASG 系统的除氧器将除盐水除氧后储存在 REA 水箱内。反应堆启动阶段,整个一回路还处于氧环境下,需要在一回路内通过化学添加联氨来进行除氧。正常运行时,除了消除流体内的氧,还要防止水的辐照分解产生氧,通过容控箱加氢来抑制水的辐照分解,从而大大减少一回路水的含氧量,减少管道和设备的腐蚀。1.2氧含量偏高的原因分析秦二厂 3/4 号机除盐除氧水箱氧含量在技改之前始终接近在高限值,原因跟水箱的结构有关。水箱的结构是浮顶结构,水箱与浮顶之间有一圈胶皮。胶皮的一端连接在水箱壁的 5 米位置,另一端与浮顶相连,正常运行控制浮顶最高升至 10
4、 米位置。当液位上升或者下降时,浮顶会跟随液位上升或者下降。在水箱 1 米位置有一挡块,排水低于 1 米时,浮顶会在 1 米位置卡住,不会继续下降。当一个排空的 REA 水箱需要充水时,首先要对 REA 水箱排气,因为罐子排空时,里面留有一段空气,排气过程中除氧水难免与空气相接触,有一定程度的复氧。胶皮随着浮顶运动的过程中会被拉伸和挤压,在顶部时拉伸最大,在中间位置时挤压最严重。在拉伸和挤压的过程中,由于胶皮的老化,就会在表面出现许多小裂纹,空气就是通过这些小裂纹与 REA 水箱内的水接触,从而使水箱内的水复氧。2015 年更换胶皮后,胶皮材料导致硫酸根离子含量超标,也使得 REA 水箱内水质
5、不合格。现在 REA 水箱水位控制在 7 米到 10 米之间,减少对胶皮的挤压。因为在 5 米位置,金属浮顶对胶皮的挤压是最为严重的,所以日常运行控制水位减少胶皮的损伤。但是随着运行时间的增加,REA 水箱氧含量超标仍然存在,始终无法根治,所以必须进行改造和维修。图 1 是 2017 年 11 月至 2018 年 7 月之间 8REA001BA 氧含量的取样结果:1.3氧含量偏高时的处理方法在技改增加膜除氧装置之前的日常功率运行工况下,一回路循环过程在含氢环境下,氧含量需要能够保持核电之窗030Science&Technology Vision科技视界在一个较低的水平。REA 水箱内存储的除盐
6、除氧水在日常取样中,经常会有氧含量超标的情况发生。当化学取样 REA 水箱氧含量在接近 100ppb 时,采取的降低氧含量的方法是通过 REA 水箱排水至核岛三废系统,然后启动除氧器重新制备合格的除盐除氧水到 REA 水箱内来稀释降低氧含量。不合格的除氧水将排至三废系统进行处理,增加了三废运行的压力,整个排水过程耗时冗长,耗费大量人力。图18REA001BA氧含量的取样结果本论文通过分析各种不同除氧方法的优缺点,结合秦二厂 3/4 号机组的实际情况,论证增加膜除氧装置是否是机组当前最优的改造选择,并且简要说明当前系统的运行情况以及控制方法。2不同除氧方法优缺点分析2.1热力除氧的优缺点热力除氧
7、的原理是利用道尔顿分压定律和亨利定律的原理。将容器内的水加热到饱和温度,水的蒸发使得容器内液体表面的蒸汽压力接近等于水面的全压力,这样水中溶解的气体就会全部析出,达到除氧除气的目的。目前秦二厂 3/4 号机组采用双堆布置,ASG 除氧器为两机组共用设备,可以为两个机组各自的 ASG 水箱制取除盐除氧水,也可以为两个机组共用的两个 REA 水箱制水。该除氧装置包括一台除氧器,两台除氧器给水泵和一台再生热交换器。两台给水泵的供电由安全母线供电,柴油发电机为其应急电源,保证应急情况下仍能为 ASG 水箱供水。除氧器为 REA 水箱补水时采用 PH=7 的 SED 水,经过再生加热器加热之后进入除氧器
8、头部,喷成雾状,可以更充分的与上升的蒸汽接触。除氧器内水经过蒸汽的加热,会有一部分蒸汽和不凝性气体从排气口排走。经过除氧的水温度能达到 105,由一台给水泵经过再生热交换器冷却后输送到 REA 水箱。当出现故障时,还能直接利用 SED 水给水箱进行补水。水箱高液位时,会触发除氧器自动停运,防止水箱溢流。热力除氧的方法在核电厂以及其他常规电厂中最为常见,除氧器就是最常见的大型除氧设备。其优点有:(1)不仅能除氧,还能除去其他的不溶性气体;(2)除氧效果好;(3)技术成熟成本低。其缺点有:(1)除氧后水温较高,需要有冷却水冷却;(2)除氧设备体积较大;(3)耗汽量大,需要有容器接收冷凝水。此前 3
9、/4 号机组还存在除氧器启动过程难控制,启动过程依赖运行人员的经验等缺点。2.2化学除氧的优缺点二回路化学除氧方式一般通过添加化学试剂来进行除氧,以及在反应堆启动阶段,会在一回路内加入联氨核电之窗031科技视界Science&Technology Vision进行除氧。化学除氧的基本原理就是使得水中的处于游离态的氧分子能够与所添加的化学药剂产生反应,将氧分子与试剂药物结合生成化学物,从而达到去除游离态氧的目的。化学除氧的除氧试剂也有很多种,可以分为无机除氧剂、联氨和有机除氧剂。我厂目前主要使用的是联氨除氧,由于二回路会处于碱性环境中,使得联氨有很强的还原性,而且二回路水的水温大部分区域高于 1
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