某濱海核電廠循環水處理系統中和池攪混工藝改進

檀鵬+林佳+劉華平

摘 要：某濱海核電廠循環水處理系統在調試過程中發現其中和池中和效果不理想，經分析發現中和池的攪混效果不佳是導致此結果的主要原因，結合該濱海核電廠實際情況，文章提出了三種提高中和池攪混效率，改善池內酸堿的中和效果的改進方案，并從實用性、經濟性以及安全等角度對各個方案的優劣進行了對比并選出了更為適合該核電廠的一套中和池攪混工藝的改進方案。

關鍵詞：濱海核電廠；循環水處理系統；中和池；改進

引言

濱海核電廠使用海水作為三回路的冷源，為凝汽器提供冷卻水，如果不加處理，海水中的藻類，貝類以及微生物等就會生長并附著于冷凝器的換熱管壁上影響換熱效率。核電廠的重要廠用水系統也需要通過加藥的方式殺死海水中的各類生物，確保設備冷卻水/重要廠用水板式換熱器持續高效運行。該核電廠通過循環水處理系統電解海水制取NaClO殺死海水中的各類生物。因此，循環水處理系統在濱海核電廠的長期穩定安全運行中起著不容忽視的作用。已有的關于循環水處理系統的研究成果主要集中在以下幾方面：戴希璋分析了海水水質對循環水系統工藝方案設計及設備選型的影響，并針對存在的問題提出解決措施[1]；趙素強介紹了烏沙發電公司電解海水制氯系統的調試投運情況，并詳細介紹了循環水加氯處理試驗與監控情況[2]；裴長運等針對常規電解海水制氯系統運行中出現的系統穩定性差、結垢和酸洗較多，溶液中有氣泡等問題提出了系統優化方法[3]。本文的研究集中在循環水處理系統中和池的攪混工藝的改進上，改進攪混工藝有利于改善中和池的中和效果提高核電廠運行的經濟性和穩定性。

1 循環水處理系統簡介

該核電廠的循環水處理系統通過電解海水產生最大濃度為2132mg/L的有效氯[4]，有效氯具有毒性，能抑制或殺死海生物的幼蟲或孢子，防止電廠循環水過濾系統、循環水系統、重要廠用水系統受到海洋生物污損，而導致傳熱效率降低。

1.1 系統工作原理

電解海水產生的有效氯通過連續加藥的方式注入每臺機組的循環水過濾系統、重要廠用水系統的海水進口，抑制各回路海生物的生長。

電解過程中，除極間反應外，由于海水中存在鈣、鎂離子，電解時會在陰極上形成鈣和鎂的沉淀物，這些沉淀物在電解槽陰極上累積將導致電解效率下降，增加電能的消耗。因此必須通過酸洗的方法消除這些沉淀物。

1.2 電解槽的酸洗與酸洗后廢酸液的處理

為確保循環水處理系統持續穩定高效的制取合格的NaClO，必須定期對電解槽酸洗以出去陰極上的沉淀物。根據電解槽的實際結垢程度，每月至少酸洗一次。

酸洗后的廢酸液通過排污閥自流進入混凝土建造的中和池（6.3m3）。中和池的工作原理簡圖見圖1（為便于展示圖中略去了部分閥門及管線）。氣動閥開啟，中和排放泵啟動，使中和池內液體循環流動。濃堿罐中的濃堿通過重力自流至中和池，此時可以通過中和排放泵后的酸度計測量溶液的PH值。通過中和排放泵的循環攪拌作用，使中和池中的酸、堿中和，當溶液的PH值為6～9時，即可進行排放。如果充分攪拌后，PH值達不到排放要求，應視具體情況加酸或加堿，直到廢水PH值達到排放標準，方可開始排放中和池內的中和廢水。

1.3 中和池中和效果不理想

調試過程中發現，由于中和泵的循環回路設計的不合理，在實際使用中將產生以下問題：

（1）由于中和排放泵不能將中和池內的液體充分混合，將使得酸度計的讀數一直允許排放值之外，會導致運行人員誤以為中和池內酸或堿不足并向中和池內持續加入酸或堿，這樣一方面會導致酸堿的大量浪費，使得池內PH值調節更加困難；另一方面，在PH值達不到要求的情況下持續向容積有限的池內加入酸或堿可能會導致池內廢液滿溢，與中和池相連接的上游管道和閥門等設備將受到中和池內廢液的污染，影響正常的電解槽酸洗。

（2）按照圖1所示的攪混方式，酸度計所測量的廢液只是經過了局部攪混的廢液PH值，即便酸度計的讀數在6～9之間也并不能代表整個中和池的廢液已經完全中和并達到了排放標準。如果此時關閉中和泵的循環回路，打開排放閥開始排放中和池內的廢液，那么實際排出的廢液PH值將是不合格的，會造成酸或堿的誤排放導致下游不耐酸堿的管道和設備受到腐蝕和損壞，給核電廠的安全和經濟運行帶來隱患。

2 攪混工藝的改進方案

2.1 空氣吹掃方案

將帶有一定壓力的空氣充入中和池內未被充分攪混的部分，利用空氣氣流的沖擊加強中和池內廢液與酸或堿的接觸與中和反應。為了保持中和池內壓力恒定，還應將中和池與酸霧收集器相連通。

2.1.1 羅茨風機作氣源

如圖2所示，將羅茨風機的出風口接入中和池內未被充分攪混的一側，選擇合適的出口風量與風壓的羅茨風機可以使得中和池內的廢液得到充分的攪混，達到規定的中和效果。

但此方案還存在以下缺點：

（1）系統內多了一個電用戶，在一定程度上降低了系統運行的經濟性。

（2）風機需要定期維護和保養，增大了力開銷，給系統運行和管理增加負擔。

（3）電解槽的酸洗系統是定期啟動的，風機利用率較低。

2.1.2 公用壓縮空氣作氣源

核電廠的公用壓縮空氣系統為全廠提供壓力為0.8MPa的壓縮空氣，可以使用公用壓縮空氣作為氣源，同樣將空氣充入中和池內未被充分攪混的一側，使得中和池內的廢液得到充分的攪混，達到規定的中和效果。并且壓縮空氣生產廠房與核電廠制氯站相鄰，能夠滿足酸洗期間向中和池持續供氣的要求。此外，中和池容積有限，還應在壓縮空氣進入中和池之前的管線上加裝減壓閥來調節壓力，見圖3。

使用公用壓空作為氣源的方案雖然在一定程度上減少了經濟投入，但依然存在以下問題：

（1）中和池的容積只有6.3m3，控制進入中和池空氣的壓力顯得格外重要，壓力過高可能使得中和池內超壓，給酸霧收集器帶來較大壓力，甚至損壞與中和池相連的其他上游閥門；壓力偏低又有可能達不到預期的攪混效果。

（2）按此方案執行后，將會多出一個公用壓縮空氣系統與循環水處理系統的接口，增加了調試工作的復雜性，也使得系統的容錯率降低。

2.2 改變中和排放泵的循環回路

如圖4，將中和排放泵的循環回路的回液管道移至中和池內未被充分攪混的一側，并盡可能縮短泵出口管線的垂直高度，利用泵的揚程使循環回流的廢液壓力增高，給池內廢液足夠強的沖擊；投加堿液的管道入口與濃酸罐的溢流管與中和池的接口盡量遠離泵的吸入口，避免酸/堿液未經與廢液中和就被泵直接吸走。此外，在回流管線進入中和池之前通過異徑三通將回流廢液再分三路流入中和池，每條回路進入中和池的不同位置，并在管道的出口處加裝一個多孔噴頭，提高中和池內液體與回流液體的接觸面積以達到理想的中和效果。

另外，在中和排放泵的排放管線上加裝一個酸度計，在排放廢液過程中可實時監控廢液PH值，一旦發現PH值超出范圍即可立即關閉該管線上的氣動閥，停止不合格廢液的排放，防止污染下游。

該方案相較于空氣吹掃方案具備以下優勢：

（1）能夠達到充分攪混中和池廢液的目的，新增酸度計可以驗證池內中和情況，確保排放的廢液符合要求。

（2）整體改動較小，便于實施也更為經濟。

（3）相較于通過使用羅茨風機或壓縮空氣來攪混中和池的方案，本方案可以確保中和池內始終保持恒定壓力，避免了超壓帶來的風險，更為安全。

3 結束語

結合該濱海核電廠實際情況，上面提出了三種提高中和池攪混效率的改進方案，并從實用性、經濟性以及安全等角度對各個方案的優劣進行了對比，從確保循環水系統長期穩定高效的運行，保證核電廠機組運行的穩定性出發，本文認為對中和排放泵的循環回路加以改造并加裝酸度計的方案更適合作為此次改進的最終實施方案。

參考文獻

[1]戴希璋.濱海核電廠循環水處理設計淺析[J].科技風，2015：98-99.

[2]趙素強.電解海水制氯系統的調試投運與循環水加氯監控[J].華北電力技術，2007，10：4-10.

[3]裴長運，李冬，常文強.電解海水制氯系統的研究和優化[J].山東工業技術，2014，17：148-149.

[4]中國核電工程有限公司.循環水處理系統手冊第2～5章[Z].

2010，10.