某濱海核電廠循環(huán)水處理系統(tǒng)中和池?cái)嚮旃に嚫倪M(jìn)

檀鵬+林佳+劉華平

摘 要：某濱海核電廠循環(huán)水處理系統(tǒng)在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)其中和池中和效果不理想，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)中和池的攪混效果不佳是導(dǎo)致此結(jié)果的主要原因，結(jié)合該濱海核電廠實(shí)際情況，文章提出了三種提高中和池?cái)嚮煨剩纳瞥貎?nèi)酸堿的中和效果的改進(jìn)方案，并從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性以及安全等角度對(duì)各個(gè)方案的優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比并選出了更為適合該核電廠的一套中和池?cái)嚮旃に嚨母倪M(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：濱海核電廠；循環(huán)水處理系統(tǒng)；中和池；改進(jìn)

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(huì)生長(zhǎng)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(tǒng)也需要通過加藥的方式殺死海水中的各類生物，確保設(shè)備冷卻水/重要廠用水板式換熱器持續(xù)高效運(yùn)行。該核電廠通過循環(huán)水處理系統(tǒng)電解海水制取NaClO殺死海水中的各類生物。因此，循環(huán)水處理系統(tǒng)在濱海核電廠的長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行中起著不容忽視的作用。已有的關(guān)于循環(huán)水處理系統(tǒng)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(zhì)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)工藝方案設(shè)計(jì)及設(shè)備選型的影響，并針對(duì)存在的問題提出解決措施[1]；趙素強(qiáng)介紹了烏沙發(fā)電公司電解海水制氯系統(tǒng)的調(diào)試投運(yùn)情況，并詳細(xì)介紹了循環(huán)水加氯處理試驗(yàn)與監(jiān)控情況[2]；裴長(zhǎng)運(yùn)等針對(duì)常規(guī)電解海水制氯系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的系統(tǒng)穩(wěn)定性差、結(jié)垢和酸洗較多，溶液中有氣泡等問題提出了系統(tǒng)優(yōu)化方法[3]。本文的研究集中在循環(huán)水處理系統(tǒng)中和池的攪混工藝的改進(jìn)上，改進(jìn)攪混工藝有利于改善中和池的中和效果提高核電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

1 循環(huán)水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該核電廠的循環(huán)水處理系統(tǒng)通過電解海水產(chǎn)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(huán)水過濾系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)受到海洋生物污損，而導(dǎo)致傳熱效率降低。

1.1 系統(tǒng)工作原理

電解海水產(chǎn)生的有效氯通過連續(xù)加藥的方式注入每臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水過濾系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)的海水進(jìn)口，抑制各回路海生物的生長(zhǎng)。

電解過程中，除極間反應(yīng)外，由于海水中存在鈣、鎂離子，電解時(shí)會(huì)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(dǎo)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(huán)水處理系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定高效的制取合格的NaClO，必須定期對(duì)電解槽酸洗以出去陰極上的沉淀物。根據(jù)電解槽的實(shí)際結(jié)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(jìn)入混凝土建造的中和池（6.3m3）。中和池的工作原理簡(jiǎn)圖見圖1（為便于展示圖中略去了部分閥門及管線）。氣動(dòng)閥開啟，中和排放泵啟動(dòng)，使中和池內(nèi)液體循環(huán)流動(dòng)。濃堿罐中的濃堿通過重力自流至中和池，此時(shí)可以通過中和排放泵后的酸度計(jì)測(cè)量溶液的PH值。通過中和排放泵的循環(huán)攪拌作用，使中和池中的酸、堿中和，當(dāng)溶液的PH值為6～9時(shí)，即可進(jìn)行排放。如果充分?jǐn)嚢韬螅琍H值達(dá)不到排放要求，應(yīng)視具體情況加酸或加堿，直到廢水PH值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，方可開始排放中和池內(nèi)的中和廢水。

1.3 中和池中和效果不理想

調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于中和泵的循環(huán)回路設(shè)計(jì)的不合理，在實(shí)際使用中將產(chǎn)生以下問題：

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

（2）按照?qǐng)D1所示的攪混方式，酸度計(jì)所測(cè)量的廢液只是經(jīng)過了局部攪混的廢液PH值，即便酸度計(jì)的讀數(shù)在6～9之間也并不能代表整個(gè)中和池的廢液已經(jīng)完全中和并達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。如果此時(shí)關(guān)閉中和泵的循環(huán)回路，打開排放閥開始排放中和池內(nèi)的廢液，那么實(shí)際排出的廢液PH值將是不合格的，會(huì)造成酸或堿的誤排放導(dǎo)致下游不耐酸堿的管道和設(shè)備受到腐蝕和損壞，給核電廠的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來隱患。

2 攪混工藝的改進(jìn)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(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓牟糠郑每諝鈿饬鞯臎_擊加強(qiáng)中和池內(nèi)廢液與酸或堿的接觸與中和反應(yīng)。為了保持中和池內(nèi)壓力恒定，還應(yīng)將中和池與酸霧收集器相連通。

2.1.1 羅茨風(fēng)機(jī)作氣源

如圖2所示，將羅茨風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口接入中和池內(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓囊粋?cè)，選擇合適的出口風(fēng)量與風(fēng)壓的羅茨風(fēng)機(jī)可以使得中和池內(nèi)的廢液得到充分的攪混，達(dá)到規(guī)定的中和效果。

但此方案還存在以下缺點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)內(nèi)多了一個(gè)電用戶，在一定程度上降低了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（2）風(fēng)機(jī)需要定期維護(hù)和保養(yǎng)，增大了力開銷，給系統(tǒng)運(yùn)行和管理增加負(fù)擔(dān)。

（3）電解槽的酸洗系統(tǒng)是定期啟動(dòng)的，風(fēng)機(jī)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(tǒng)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(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓囊粋?cè)，使得中和池內(nèi)的廢液得到充分的攪混，達(dá)到規(guī)定的中和效果。并且壓縮空氣生產(chǎn)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(xù)供氣的要求。此外，中和池容積有限，還應(yīng)在壓縮空氣進(jìn)入中和池之前的管線上加裝減壓閥來調(diào)節(jié)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(jīng)濟(jì)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(jìn)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(nèi)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(dá)不到預(yù)期的攪混效果。

（2）按此方案執(zhí)行后，將會(huì)多出一個(gè)公用壓縮空氣系統(tǒng)與循環(huán)水處理系統(tǒng)的接口，增加了調(diào)試工作的復(fù)雜性，也使得系統(tǒng)的容錯(cuò)率降低。

2.2 改變中和排放泵的循環(huán)回路

如圖4，將中和排放泵的循環(huán)回路的回液管道移至中和池內(nèi)未被充分?jǐn)嚮斓囊粋?cè)，并盡可能縮短泵出口管線的垂直高度，利用泵的揚(yáng)程使循環(huán)回流的廢液壓力增高，給池內(nèi)廢液足夠強(qiáng)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(yuǎn)離泵的吸入口，避免酸/堿液未經(jīng)與廢液中和就被泵直接吸走。此外，在回流管線進(jìn)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(jìn)入中和池的不同位置，并在管道的出口處加裝一個(gè)多孔噴頭，提高中和池內(nèi)液體與回流液體的接觸面積以達(dá)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(gè)酸度計(jì)，在排放廢液過程中可實(shí)時(shí)監(jiān)控廢液PH值，一旦發(fā)現(xiàn)PH值超出范圍即可立即關(guān)閉該管線上的氣動(dòng)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(yōu)勢(shì)：

（1）能夠達(dá)到充分?jǐn)嚮熘泻统貜U液的目的，新增酸度計(jì)可以驗(yàn)證池內(nèi)中和情況，確保排放的廢液符合要求。

（2）整體改動(dòng)較小，便于實(shí)施也更為經(jīng)濟(jì)。

（3）相較于通過使用羅茨風(fēng)機(jī)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(nèi)始終保持恒定壓力，避免了超壓帶來的風(fēng)險(xiǎn)，更為安全。

3 結(jié)束語

結(jié)合該濱海核電廠實(shí)際情況，上面提出了三種提高中和池?cái)嚮煨实母倪M(jìn)方案，并從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性以及安全等角度對(duì)各個(gè)方案的優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比，從確保循環(huán)水系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定高效的運(yùn)行，保證核電廠機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性出發(fā)，本文認(rèn)為對(duì)中和排放泵的循環(huán)回路加以改造并加裝酸度計(jì)的方案更適合作為此次改進(jìn)的最終實(shí)施方案。

參考文獻(xiàn)

[1]戴希璋.濱海核電廠循環(huán)水處理設(shè)計(jì)淺析[J].科技風(fēng)，2015：98-99.

[2]趙素強(qiáng).電解海水制氯系統(tǒng)的調(diào)試投運(yùn)與循環(huán)水加氯監(jiān)控[J].華北電力技術(shù)，2007，10：4-10.

[3]裴長(zhǎng)運(yùn)，李冬，常文強(qiáng).電解海水制氯系統(tǒng)的研究和優(yōu)化[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，17：148-149.

[4]中國(guó)核電工程有限公司.循環(huán)水處理系統(tǒng)手冊(cè)第2～5章[Z].

2010，10.