中核核电运行管理有限公司 浙江省嘉兴市 314300
摘要：本文重点介绍了方家山核电工程除盐水系统中离子交换器部分的相关内容。介绍了离子交换器在整个系统中的作用以及运行方式，了解其产水能力以及出水指标要求。通过运行数据记录并结合理论分析，从阴、阳离子交换器、混合离子交换器出水的相关数据变化趋势来判定树脂失效状况，并且详细阐述了失效的原因和整个失效的过程，对于在运行过程中发现的问题与不足做了一些列举，提出了相关改进措施。
关键词：除盐水系统；离子交换器；出水指标；树脂失效
Analysis of demineralized water ion exchanger
Jiang bang
（CNNP Nuclear Power Operations Management Co.Ltd，Jia Xing Zhe Jiang）
Abstract：This article focuses on related content of ion exchanger in the Desalted water system of the Fangjiashan Nuclear Power Plant.First，describing the role of the ion exchanger in the whole system and the running way，to understand its water production capacity and the index requirements of the water.By recording the running data and combining with theoretical analysis，From the relevant data trends of the water produced by anion and cation exchangers，mixed ion exchange to determine the failure condition of the resin.and elaborating on the reasons for the failure and the whole process，the failure to determined relevant indicators And the impact of regeneration conditions on the water quality were described.From the operational perspective，put forward relevant improvement measures.
Keywords：Desalted water system；ion exchanger；water indicators；resin failure
1.引言
核能发电是利用核裂变产生的巨大热能，以除盐水作为热量的传递介质，产生蒸汽推动汽轮机运转产生电能。核电站除盐水系统利用多种处理工艺，除去悬浮物、胶体、阳离子、阴离子等水中杂质，而离子交换器作为整个水处理系统的最后一步，是水质是否能符合要求的关键。
2.方家山核电工程除盐水生产系统介绍
除盐水生产系统主要包括三大部分：过滤系统，反渗透预脱盐系统，除盐系统。
除盐水生产工艺作为全电站的除盐水来源，出于高安全性考虑，在设计上采取冗余设计，离子交换系统分成2列，离子交换系统包括一级除盐系统（2台阳离子交换器和2台阴离子交换器）和二级除盐系统（3台混合离子交换器）。每列的阴、阳离子交换器同时运行、同时再生。两个系列可以同时运行，也可以一个系列运行，另一个系列再生作备用。
3.方家山除盐水系统离子交换器失效判断依据
（1）阳离子交换器失效分析
监测阳离子交换器失效的指标主要有两个。
1）出水钠含量超标
阳离子交换器内装有H型强酸阳离子交换树脂，水中的阳离子与阳树脂进行H+置换反应，Ca2+首先被吸附，然后Mg2+，Na+最后被吸附。反应式为（A代表金属阳离子，R为树脂基团）：An++nRH=RnA+nH+
在阳床正常运行一段时间后，会形成不同的“离子型”树脂层，根据“分层吸附”原理，最上部为Ca2+层，其次为Mg2+层，最下部为H+层。当Ca2+层“饱和”之后，离子型树脂层会出现按选择性顺序逐层下移的情况，一般规定只要阳床出水中Na+超过50μg/L时，即可以认为阳床失效了。
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（2）阴离子交换器失效分析
阴离子交换器内装有OH型强碱阴离子交换树脂，按照阳床来水中阴离子交换能力的大小，排列顺序为SO42->Cl->HC03->HSiO3->OH-。当阳床产水进入阴床时，SO42-首先被吸附，然后是Cl-，再次是HC03-，最后被吸附的才是HSiO3-。其反应式为（B代表金属阳离子，R为树脂基团）：Bm-+mROH=RmB+mOH-一般规定阴床出水硅表大于50μg/L，即可以认为阴床失效。
（3）混合离子交换器失效分析
混床来水为一级除盐水，判断混床是否失效的主要依据是出水电导率或Si表数值。当混床出水电导率大于0.15μs／cm，或出水Si表数值大于20μg/L时，就可以认为混床失效，即可停止混床的运行，这种方法能够充分利用树脂的交换能力。
4.方家山离子交换器运行过程中的现象分析
4.1阴床失效时，出水电导率变化
可以观察到Si的数值一直在增大，但是电导率出现了先“先略下降，然后快速上升”的情况，下面简要分析一下原因。阴床失效时，HSiO3-首先“穿透”，生成电解度较小的NaHSiO3，由于NaHSi03的导电能力要低于NaOH，此时出水电导率会“略有下降”。当HSiO3-继续“穿透”，超过Na+含量时，就会生成H2SiO3，由于H+的含量增加且电导率较大，此时阴床出水的电导率又会“略有上升”。
随着阴床失效程度的加剧，以至于HCO3-，Cl-、SO42-也陆续产生“穿透"，这又会使阴床出水电导率急剧上升，由此出现上述现象。
4.2 阴离子交换器再生效果不佳的原因分析
（1）再生液温度和时间。过高的再生液温度易使阴离子交换树脂的交换基团分解，降低交换容量和使用寿命。同时，HSiO3-在整个树脂层分布较广，被置换下的速度又比较缓慢，所以需要较长再生时间。解决方法：将再生液的温度控制在35～40℃，同时将再生时间设定在1小时左右。
（2）再生液浓度。由于强碱性阴离子交换树脂的活动性较弱，所以在电解质浓度较高的溶液中，其双电层易受压缩，附着在阴树脂上的HSiO3- 很难被OH-彻底置换。对于相等的碱用量来说，当再生液浓度较高时，再生液体积就会变小，影响和树脂的接触面积，再生不够充分，降低除硅效果。解决方法：通过调节碱计量箱的出碱阀门开度来调节再生液的浓度，再生浓度保持在2.5%左右，此时阴离子交换树脂的双电层有所扩张，HSiO3-可以较充分的被OH-置换下来。
5树脂的定期检查
离子交换树脂中杂质会沉积在树脂表面，不易洗脱，长期积累会影响树脂交换能力和使用寿命。同时离子交换树脂在使用过程中相互摩擦，以及树脂的膨胀与收缩和表面承受压力，都会使树脂破裂、粉碎，所以树脂交换能力的定期检测非常重要。
比如说当水质发生改变时，为确保交换器有足够的处理能力，即时再生并适当对再生剂的用量进行合理有效地调整。定期对交换器内的树脂量以及离子树脂的交换能力进行检查，并对交换能力下降的树脂进行适时补充及更换。
6方家山离子交换器运行中存在的问题及其改进
1 淡水箱除碳器风机应增加过滤器
由于现场环境空气中含有的杂质较多，在除碳器工作的同时，空气中的粉尘会被大量吹进淡水箱，污染水质，直接影响除盐床的进水水质以及除盐效果。在调试期间已经发现淡水箱内部有许多泥垢。应考虑在淡水箱除碳器风机进风口增设空气过滤器或者防尘装置。
2 离子交换器测量仪表准确性较差
除盐水罐水质多次被测出水质不合格的情况，但是除盐水系统运行过程中的表计显示在正常范围内。记录显示混床出水电导率数值和实际出水电导率数值比较接近，但是阴床出水电导率表偏差较大，甚至现在出现了混床电导率比阴床电导率高的情况。在混床之后的加氨系统的电导率表也存在问题，常会出现显示的电导率偏低的情况。因此应适当缩短这些表计的校表周期，如有必要，更换表计。
3 房除盐水生产系统的混床增加除盐水树脂清洗管线
目前混床在再生过程中都是由一级除盐水进行冲洗的，这必然会导致来水中的离子污染混床树脂，导致再生不充分，致使混床树脂再生后的出水[Na+]、[Cl-]偏高，若是用除盐水冲洗效果肯定要好很多。由于 混床没有设计再生后树脂的除盐水清洗管线，为了改善除盐水的水质，应当增加混床树脂的除盐水清洗管线。
7总结
本文着重介绍了离子床的失效以及再生的相关内容，讲述了失效时应注意的指标以及其变化趋势，在我们日常运行中这些都是需要密切注意的。从失效的原理进行分析，理解树脂究竟是如何失效的。在现实运行中，还存在很多影响因素也是不可忽视的，作为一名运行人员，这需要我们在生产实践中不断的摸索总结，逐步完善这一技术。
参考文献
[1]周本省，《工业水处理技术》，化学工业出版社
[2]吴先升，除盐水系统再生工艺参数的调整与探讨[J]，华东电力，1994年03期
[3]钱达中，发电厂水处理工程[M]，中国电力出版社，1998，北京
论文作者:蒋邦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/29
标签：树脂论文; 盐水论文; 电导率论文; 阳离子论文; 阴离子论文; 系统论文; 交换器论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;