核電站凝結(jié)水精處理樹(shù)脂在高溫下的性能研究

蔡琪芳

（單蘇州湖天電氣開(kāi)發(fā)有限公司 江蘇蘇州 215000）

引言

本試驗(yàn)中的陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂各選取兩種不同型號(hào)，均為核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)常用的樹(shù)脂。核電站結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度為45℃，夏季運(yùn)行溫度常常達(dá)到52℃，最高可能達(dá)到58℃，故對(duì)四種型號(hào)的樹(shù)脂分別在45℃，52℃和58℃的溫度條件下進(jìn)行靜態(tài)浸出物和離子交換能力試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)樹(shù)脂

核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)多采用陽(yáng)床＋混床的串聯(lián)工藝，本次采用核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)常用的兩種陽(yáng)樹(shù)脂和兩種陰樹(shù)脂進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)所用樹(shù)脂見(jiàn)表1

表1 試驗(yàn)樹(shù)脂

2 樹(shù)脂靜態(tài)浸出試驗(yàn)

本項(xiàng)試驗(yàn)通過(guò)45℃，52℃和58℃下樹(shù)脂靜態(tài)法浸出試驗(yàn)，考察凝結(jié)水精處理樹(shù)脂在三種溫度條件下的的TOC、硫酸根和甲酸＋乙酸等有害雜質(zhì)靜態(tài)浸出情況。

2.1 試驗(yàn)方法

取100mL經(jīng)酸堿預(yù)處理[1]后的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽(yáng)、陰樹(shù)脂（陽(yáng)樹(shù)脂為氫型，陰樹(shù)脂為羥型），置于250mL除鹽水中，在45℃、52℃、58℃下密封浸漬 15天，測(cè)試浸出液的 TOC、SO42-和甲酸＋乙酸含量。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽(yáng)/陰樹(shù)脂浸出液的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 樹(shù)脂45℃/52℃/58℃靜態(tài)浸出液水質(zhì)

2.3 結(jié)果分析

（1）對(duì)于同一樹(shù)脂，溫度越高，浸出物越多。由表2中數(shù)據(jù)可以看出，隨著溫度的升高，R1/R2/R3/R4四種樹(shù)脂的TOC、硫酸根和甲酸＋乙酸也逐漸增多。

（2）相同條件下，樹(shù)脂交聯(lián)度越低，浸出物越多[2]。一般交聯(lián)度越高，相同體積樹(shù)脂所含的活性基團(tuán)更多，因此等體積樹(shù)脂各項(xiàng)浸出總量R1略高于R2，R3略高于R4。

（3）相同溫度條件下，陽(yáng)樹(shù)脂的各項(xiàng)浸出明顯高于陰樹(shù)脂。四種樹(shù)脂的基體材料均為苯乙烯-二乙烯苯聚合物，但陽(yáng)樹(shù)脂R1/R2的苯磺酸活性基團(tuán)，其在高溫條件下易斷鏈脫落并進(jìn)一步分解生成的甲酸、乙酸以及硫酸根[3]并不能被自身吸收。而陰樹(shù)脂浸出的部分雜質(zhì)能夠被自身吸附，從而導(dǎo)致陽(yáng)樹(shù)脂的浸出液中各項(xiàng)雜質(zhì)含量顯著高于陰樹(shù)脂。

3 樹(shù)脂性能劣化試驗(yàn)

本項(xiàng)試驗(yàn)通過(guò)測(cè)試45℃、52℃、58℃浸漬后的樹(shù)脂全交換容量，考察超溫條件對(duì)凝結(jié)水精處理樹(shù)脂的凈水能力影響。

3.1 試驗(yàn)方法

取2.1中浸漬15天后的樹(shù)脂進(jìn)行充分再生后，測(cè)試浸漬后的陽(yáng)樹(shù)脂全交換容量[4]和陰樹(shù)脂全交換容量[5]。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 樹(shù)脂45℃、52℃和58℃浸漬后的全交換容量

3.3 結(jié)果分析

（1）對(duì)于同一樹(shù)脂，隨著溫度的升高，全交換容量降低。由于高溫條件下樹(shù)脂的活性基團(tuán)發(fā)生脫落和分解，四種樹(shù)脂的全交換容量均呈現(xiàn)小幅下降。

（2）高溫條件下，陽(yáng)樹(shù)脂全交容量下降率比陰樹(shù)脂小。由于陽(yáng)樹(shù)脂的磺酸基功能基團(tuán)較陰樹(shù)脂中的胺基的耐熱性能更穩(wěn)定[6]，因此隨著溫度的升高陰樹(shù)脂的功能基團(tuán)發(fā)生斷鏈脫落比陽(yáng)樹(shù)脂嚴(yán)重，從而導(dǎo)致陰樹(shù)脂的全交換容量出現(xiàn)更為明顯的下降。

（3）四種樹(shù)脂由45℃升至52℃時(shí)全交換容量下降幅度均低于5%，但進(jìn)一步升至58℃時(shí)全交下降率明顯增大，但低于10%。

結(jié)語(yǔ)

本試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，核電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在較高運(yùn)行溫度下，樹(shù)脂會(huì)浸出一定量的硫酸根、甲酸、乙酸和其它小分子有機(jī)物，且隨著溫度的升高，樹(shù)脂浸出物增多，該類浸出物若進(jìn)入核電廠二回路系統(tǒng)中會(huì)引起系統(tǒng)水工況異常，并增加系統(tǒng)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)[7]的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)核電站的安全運(yùn)行造成安全隱患。同時(shí)高溫運(yùn)行時(shí)因樹(shù)脂基團(tuán)脫落的會(huì)出現(xiàn)全交換容量一定程度的下降，且樹(shù)脂自身的各類溶出會(huì)污染混床陰樹(shù)脂，從而導(dǎo)致系統(tǒng)凈化能力下降，引起凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運(yùn)行周期縮短。核電廠在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量避免系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行，若確實(shí)無(wú)法避免，應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督，密切跟蹤系統(tǒng)出水的硫酸根和甲乙酸等指標(biāo)，及時(shí)判斷樹(shù)脂溶出對(duì)水質(zhì)的影響程度，并適時(shí)跟蹤樹(shù)脂理化性能狀態(tài)和系統(tǒng)周期處理水量，綜合評(píng)估超溫運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)并合理應(yīng)對(duì)，保證電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的安全運(yùn)行。