鋰離子除鹽器樹脂泄漏分析及處理

□陳文東 謝月豐 莫俊冰

一、除鹽器樹脂泄漏

(一)除鹽器結構。某核電廠使用的鋰離子除鹽器(設備位號為2RCV003DE)是國營523廠(大連寶源)生產的陽床除鹽器，其設計壓力為1.38MPa，設計流量為13.6t/h，內部裝有約0.46m3樹脂，其設計功能是用于過濾一回路介質中的鋰離子。

除鹽器內部結構包括2個進料濾頭，4個出料濾頭，每個濾頭由41個濾片組成,濾片通過中間一個螺柱以及側邊均布三根螺柱固定，每個濾片正面有四個0.25mm高度的凸臺，故安裝后的濾片兩兩間的理論間隙值是0.25mm。而內部裝有的樹脂顆粒度在0.29mm以上，無法通過濾片間隙進入一回路系統中。在正常運行期間，一回路介質通過進料濾頭的濾片間隙進入，在RCV003DE內通過樹脂過濾介質中的鋰離子，過濾后的介質通過出料濾頭的濾片間隙流出，從而實現一回路介質除鋰功能。

(二)樹脂泄漏。在某次更換樹脂進行除鋰時，發現2RCV003DE下游過濾器2RCV002FI壓差升高至報警值，對過濾器更換濾芯時，發現濾芯表面存在較多樹脂。通過流程圖分析，該樹脂來源只能是從2RCV003DE出料濾頭。后續使用SED對2RCV003DE至2RCV002FI之間管道的樹脂進行沖洗，直至2RCV631VP的出口接近無樹脂狀態。重新投運除鋰，2RCV002FI壓差很快上升至報警值，且濾芯表面依舊有較多樹脂，因此排除了管道中碎樹脂的可能性。2RCV003DE不可用，影響一回路介質鋰離子濃度控制。同時，為控制一回路介質鋰離子濃度，運行人員使用手動/自動補給方法，對一回路介質進行換水操作，但會產生大約30噸/周的放射性廢水，同時增加操作員負擔。

二、原因分析

樹脂由2RCV003DE通過出料濾頭泄漏至下游管道直至2RCV002FI處，原因可能一是樹脂顆粒度比設計值小，沒有滿足0.29mm以上；二是出料濾頭存在缺陷，導致樹脂通過缺陷部位進入下游管道。故樹脂泄漏原因可從樹脂和出料濾頭兩面進行分析。

(一)樹脂檢查。核實此次更換的樹脂物資編碼是之前有過多次領用記錄，且該領用批次已在其他除鹽床上進行使用，其他除鹽床使用未發現異常。查閱此次更換樹脂的出廠資料，顯示其顆粒度及其他各方面參數滿足采購技術規格書要求，無異常。使用0.3mm的濾網對樹脂進行篩選，樹脂基本上都無法通過濾網，說明樹脂的顆粒度無問題，排除了樹脂尺寸偏差的可能性。

(二)出料濾頭檢查。由于出料濾頭安裝在除鹽器內部，且除鹽器內徑較小，人員無法進入，故需將除鹽器整體吊出，將除鹽器封頭打開后，才可對出料濾頭進行檢查，詳細如下。

拆除除鹽器所在房間的上部蓋板，在除鹽器2個吊耳上安裝吊帶、卸扣，通過行車緩緩升起吊鉤帶動除鹽器，移至腳手架存放平臺上方，在罐體合適位置設置牽引繩，緩慢下降，確認罐體安放穩定安全，拆除吊索具。因除鹽器表面可能存在沾污情況，由輻射防護人員測量除鹽器劑量，在表面活度高于100Bq/cm2的情況下，由核清潔對除鹽器進行去污。

使用磨光機按對封頭焊縫進行切割，將切割下的封頭連帶除鹽器出料濾頭放置在檢修專用存放架上。檢查并記錄除鹽器出料濾頭焊縫，使用塞尺逐個測量并記錄出料濾頭的每個濾片間的間隙，共測量4個濾頭160個間隙，最終發現6個位置間隙值大于0.3mm，最大間隙為0.33mm，最終確認樹脂泄漏的直接原因是濾片間的間隙偏大，導致樹脂從出料泄漏處泄漏。

(三)濾片間隙變大的原因。為確認濾片變大的原因，需拆除除鹽器出料濾頭的螺栓，取出濾片進行檢查。在檢查過程中發現以下兩點異常情況：一是濾片的固定螺栓存在松弛現象，即濾頭的濾片原本應該是靠四個螺栓固定的，不能移動的，而此時濾片存在一定的活動量；二是發現部分濾片背部原本應該是平面的，存在0.05mm左右的變形量；而原本0.25mm高度的臺階部分也存在0.04mm左右的偏差。

故分析原因是濾片的長期受力導致凸臺和背面接觸位置存在一定的塑性變形，而原本固定的螺栓又存在力矩松弛現象，濾片與濾片之間的位置發生軸向或圓周方向的相對運動后，導致濾片的四周間隙不均勻，部分間隙大于標準值0.25mm，最大可達0.33mm，致使顆粒度小于0.33mm的樹脂從濾片的間隙中泄漏進入系統。

三、處理措施

通過上述分析，確認樹脂泄漏的原因是由于濾片背部平面變形以及凸臺高度的變形，造成濾片間的間隙偏大，超過樹脂顆粒度造成的。

(一)濾片修復。將濾片放在研磨平板上，使用塞尺測量濾片背部變形量，對于變形超過0.02mm的濾片進行研磨修復。又有濾片只有0.7mm厚度較薄，且是不銹鋼無法固定，為實現濾片背部研磨設計并制作濾片專用夾具，夾具外徑略大于濾片的外徑，夾具深度小于濾片厚度約1mm，在側面開四個M5的螺栓孔，使用螺栓將濾片固定在夾具上。使用研磨機整板對濾片背部進行研磨加工，研磨后重新在研磨平板上測量確認濾片背部變形量不超過0.02mm。利用外徑千分尺，配合深度尺對臺階高度進行測量，對于臺階高度低于0.23mm的濾片進行修復處理。設計并制作濾片的專用夾具，底部一底盤，濾片上部設計已橫桿，橫桿通過螺栓固定至底盤上，從而固定濾片，利用鉗工技能修復兩臺階之間的凹面，以確保臺階高度在要求范圍內。

(二)濾片組裝調整。將修復后的濾片進行組裝，盡量保證濾片的臺階在一條直線上，對稱均勻緊固濾片固定螺栓至力矩值，測量各濾片間的間隙值，因緊固后濾片存在間隙超過0.27mm的位置，對上部的所有濾片位置進行錯位調整，通過底部臺階壓緊，以調整間隙值，確保所有的間隙值不超過0.27mm。在復核確認所有濾片的間隙滿足要求之后，對濾片的緊固螺栓增加點焊固定，以防由于運行期間系統溫度、介質流動影響，造成螺栓緊固力矩松弛，進而造成濾片間隙變化。

(三)除鹽器試驗。完成所有濾頭的濾片間隙調整后，將除鹽器封頭整體焊接至除鹽器本體。將提前加工好的打壓工裝焊接在除鹽器進水口、反沖洗出水口管道上。打開臨時工裝的排氣閥門、進水閥門、對罐體進行充水，待排氣閥門有水流出后關閉排氣閥門。充水完成后，關閉進水閥，打開打壓泵進口控制閥門，對罐體進行打壓。控制水壓試驗泵進行升壓(升壓速率不超過0.2MPa/min)，緩慢連續加壓至接近設計壓力(1.38MPa)時，放慢加壓速率繼續升壓至設計壓力，關閉控制閥，停止升壓。全面檢查容器本體焊縫、密封部位及試驗管路無泄漏等異常現象。確認無異常后，打開控制閥，繼續控制水壓試驗泵連續緩慢升壓(升壓速率小于0.2MPa/min)，至接近試驗壓力(2.07MPa)時，放慢加壓速率繼續升壓至試驗壓力,關閉控制閥。全面檢查容器本體焊縫、密封部位及試驗管路無泄漏等異常現象。檢查確認無異常后，控制排氣閥卸壓(卸壓速率小于0.2MPa/min)，緩慢卸壓至大氣壓力后，關閉閥門，檢查所有參加水壓試驗的承壓部件無殘余變形。水壓試驗結束后加入少量新樹脂，將其升壓至系統運行的壓力約8bar，檢查濾頭出口無樹脂泄漏情況，驗證修復后的效果。

(四)除鹽器投運檢查。在除鹽器2個吊耳上安裝吊帶、卸扣，通過行車緩緩升起吊鉤帶動除鹽器，行吊移至地坑上方并緩慢下降。將除鹽器平穩放置在支架上，并輕微緊固支架固定螺栓。調整除鹽器及相關管道，使用容器無可視傾斜且能完全固定在支架上，對支架螺栓進行緊固，對除鹽器與管道焊縫進行點焊固定。運行解除隔離，除鹽器重新投運后進行除鋰操作時，檢查除鹽器下游過濾器的進出口壓差處于正常范圍內，表明除鹽器除鋰功能正常，順利解決了2RCV003DE樹脂泄漏的問題。

四、結語

2RCV003DE是國營523廠(大連寶源)生產的陽床除鹽器。該核電廠使用的類似結構除鹽器總共包括1/2RCV001/002/003DE;1/2PTR001DE;1/2APG001/002/003/004DE;9TEU001/002DE;9TEP001/002/003/004/005/006/007DE等幾十臺。而十幾年前的結構設計在長期運行后存在力矩松弛以及濾片塑性變形的問題，就可能造成樹脂泄漏的情況，從而造成除鹽器不可用。此次2RCV003DE樹脂泄漏的成功處理，不僅確保了2RCV003DE的正常安全使用，對于類似結構的檢修也提供了很多經驗和幫助。