CN112147315A - 核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，包括给水模块、加药模块、温控模块、测验模块、在线监测模块、净化模块、控制模块以及数据采集模块，所述给水模块用于存储液体并将液体送入管道内形成流体，所述加药模块用于向管道中加入药剂，所述温控模块用于控制液体的温度，所述测验模块包括测试用离子交换树脂床，所述在线监测模块用于检测管道中流体的各项数据，所述控制模块用于连接和控制给水泵和所述加药模块，所述数据采集模块用于与所述在线监测模块连接并采集测试数据。本申请的核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，能够模拟电厂正常运行水质，评估不同的离子交换树脂的净化能力。

Description

核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于离子交换树脂床净化性能评估技术领域，具体涉及一种核电厂离子交换树脂净化动态模拟的试验装置以及采用该试验装置进行离子交换树脂净化动态模拟的试验方法。

背景技术

核电厂二回路水化学控制的主要目的在于减少腐蚀以及减少腐蚀产物的迁移。在水质控制过程中，要求水中的杂质越少越好，机组运行过程中，这一目的是通过机组设计的离子交换树脂净化系统(如凝结水精处理系统和蒸汽发生排污系统)完成的。随着离子交换树脂的不断更新，那么需要选择和评估新的离子交换树脂的净化性能。另外，二回路碱化技术的更新以及区域水温的增加(导致离子交换树脂床运行温度的上升)，也需要对已经使用的或拟定使用的离子交换树脂进行全面的评估(如净化性能和溶出性能等)。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本发明的目的是提供一种核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，其能够快速准确地评估离子交换树脂床的净化性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，包括给水模块、加药模块、温控模块、测验模块、在线监测模块、净化模块、控制模块以及数据采集模块，所述给水模块用于存储液体并将液体送入管道内形成流体，所述加药模块用于向管道中加入药剂，所述温控模块用于控制液体的温度，所述测验模块包括测试用离子交换树脂床，所述在线监测模块用于检测管道中流体的各项数据，所述控制模块用于连接和控制给水泵和所述加药模块，所述数据采集模块用于与所述在线监测模块连接并采集测试数据。

根据本发明的一些优选实施方面，所述在线监测模块包括进水监测组和出水检测组，所述检测组包括监测仪表，每个所述检测组中的各检测仪表并联设置。

根据本发明的一些优选实施方面，所述检测仪表包括pH计和电导率计。

根据本发明的一些优选实施方面，所述温控模块包括用于对水箱进行控温的第一控温元件以及设置在所述加药模块后的用于对管道内流体控温的第二控温元件。

根据本发明的一些优选实施方面，所述第二控温元件设置在所述加药模块后。

根据本发明的一些优选实施方面，所述管道上还设置用管道混合器，所述管道混合器设置在所述加药模块之后。

根据本发明的一些优选实施方面，所述加药模块用于向管道内加入水质调节药剂、评估药剂和对照药剂，所述水质调节药剂为水质正常运行时使用的药剂，所述评估药剂为试验在正常运行时另外增加的化学药剂，所述对照药剂为试验评估药剂加药时增加的其它为评估某一个参数测量敏感性的药剂。

根据本发明的一些优选实施方面，所述加药模块包括对应每种药剂的加药泵，每台所述加药泵的流量控制在30mL/h。

根据本发明的一些优选实施方面，所述加药泵为柱塞泵或蠕动泵。

根据本发明的一些优选实施方面，所述净化模块包括净化树脂床，其用于去除管道流体中的杂质。

本发明还提供了一种基于上述试验装置进行离子交换树脂净化动态模拟的试验方法，包括如下步骤：

启动温控模块，将液体和流体加热至设定温度，之后启动加药模块向流体内加入调节药剂和对照药剂，启动在线监测模块测量此时流体的相关参数，得到对照数据；

安装测试用离子交换树脂床，启动测验模块，启动加药模块向流体内加入调节药剂、评估药剂和对照药剂，启动在线监测模块测量此时流体的相关参数，得到试验数据；

将对照数据与试验数据进行对比，评估测试用离子交换树脂床的净化效果。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本申请的核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，能够模拟电厂正常运行水质，评估不同的离子交换树脂的净化能力；也可以增加新的加药，以评估原有或新的离子交换树脂的净化能力；也可以变化运行参数，如温度，以评估原有或新的离子交换树脂的净化能力和溶出等指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例中核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置的示意图；

图2为本发明优选实施例中核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置的流程示意图；

图中101-127均表示阀门。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如附图1-2所示，本实施例中的核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，包括给水模块、加药模块、温控模块、测验模块、在线监测模块、净化模块、控制模块以及数据采集模块。以下对每个模块以及各模块之间的关系进行详细描述：

给水模块用于存储液体并将液体送入管道内形成流体。具体的，本实施例中的给水模块包括用于存储液体的水箱以及用于将水箱内的液体注入管道内形成流体的给水泵。

本实施例中的给水泵为变频泵，采用变频控制，最高给水流速2L/h。主流体流量由给水泵、回流流量共同调节。调节流量范围为10-70L/h，如以测试离子交换树脂床内径30mm为计算基础，那么空塔流速为10-100m/h。

加药模块用于向管道中加入药剂。本实施例中的药剂分为水质调节药剂、评估药剂和对照药剂，水质调节药剂为水质正常运行时的加药，如NH₃、联胺等；评估药剂为试验在正常运行时另外增加的化学药剂，如成膜胺、ETA等；对照药剂为试验评估药剂加药时增加的其它为评估某一个参数测量敏感性的药剂，如Na等。

加药模块用于向管道内加入药剂，加药模块包括对应每种药剂的加药泵，每台加药泵的流量控制在30mL/h，以减少加药时系统内总流体体积的波动，并可根据后端水体参数自动调节加药泵流速。加药泵为柱塞泵或蠕动泵，以实现稳定精确加药。

温控模块用于控制液体的温度，本实施例中包括用于对水箱进行控温的第一控温元件以及设置在加药模块后的用于对管道内流体控温的第二控温元件。第一控温元件可以将水箱中的液体初步加热到30-60℃，以将水温大致控制在正常运行温度或所需要的温度。如在2L/h流速条件下可以将水温升高60℃，并可恒温运行。第二控温元件设置在加药模块后，采用不锈钢加热或冷却盘管置于控温恒温水槽中，用于将混合有药剂的流体温度精确控制到现场正常运行时的温度或所需要的温度，温度控制精度±0.2℃。

本实施例中的水箱有补水、排气、给水泵回流、主流体返回、进水以及排污等接口，实现各项功能的完善和完整。水箱内液体以及补水为除盐水，通过内置的加热元件加热给水，将水温大致控制在正常运行温度或所需要的温度：30-60℃。水箱补水至50-70％容量后启动给水泵，流体进入加药模块。通过给水泵送出的水可以通过回流调节，也可以通过给水泵自身变频调节。

测验模块包括测试用离子交换树脂床，测试的树脂床采用快速连接设计，树脂床本体采用低溶出材质如不锈钢、PP、PFA等材质。具体的，本实施例中的测试离子交换树脂床采用软性PFA管套管式连接，方便拆装测试离子交换树脂。测试离子交换树脂床内径不小于30mm，装填高度不小于700mm。

在线监测模块用于检测管道中流体的各项数据，在线测试模块可以进水采用手动采样分析，或进出水均采取手动取样分析。具体的，在线监测模块包括用于进水水质在线检测的进水监测组以及用于出水水质在线检测的出水检测组，每个检测组包括监测仪表，每个检测组中的各检测仪表并联设置。本实施例中的检测仪表包括pH计和阳电导率计，以监测试验过程中离子交换测试柱的漏出或穿透点。在其他的实施例中，为达到实际试验的目的，可以组合其它参数的在线水化学仪表如钠表等。各仪表之间并联设计，以使各仪表在线检测互不干扰，且各在线仪表流量由各自的流量计显示反馈并手动调节其进水调节阀调节。

控制模块用于分别与给水泵和加药模块连接并控制其各自的工作状态，具体的用于控制给水泵、加药模块加药泵的启停，调节给水泵的流量。

数据采集模块用于与在线监测模块中的仪表连接并采集连续试验测试数据。

净化模块包括净化树脂床，其用于去除管道流体中的杂质，试验过的水经过净化树脂床后的流体可以重新回到水箱以循环使用，可以减少补水和排水。净化树脂床采用普通市售的有净化作用的离子交换树脂即可。净化树脂床采用大容量不锈钢树脂床，以减少溶出。净化树脂床采用快速连接设计或螺纹连接，方便快速更换树脂。净化离子交换树脂床优选设置在20－50L间。

管道上还设置用管道混合器，管道混合器设置在加药模块之后，以使药剂和流体混合均匀。可根据管道混合器出水电导或pH自动调节加药流速。

以上部分模块之间采用管道连接，主回路管路为3/8不锈管，采用卡套式连接方式，给水泵及温控模块的接口均为内螺纹标准接口。

本实施例中的核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置内管道及管件也可采用PP和PFA等无溶出材料。阀门可采用不锈钢、PP和PFA等无溶出材料，规格和管道及管件一致。

以下简述本实施例中的核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置的工作过程：

如图1和图2所示，水箱中的液体如水先经过第一控温元件加热至设定的温度如60℃后，经过给水泵注入管道内形成流体。流体经过加药模块加药、第二控温元件控温后，进入测试离子交换树脂床，在线监测模块中的进水监测组对未进入测试离子交换树脂床的进水进行相关指标的监测，出水检测组对经过测试离子交换树脂床处理后的出水进行相关指标的监测。出水经过净化离子树脂交换床净化后回到水箱循环使用。

参见图1，采用本实施例中的核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置进行模拟试验时，具体包括如下步骤：

1)系统清洗

检查系统内所有阀门应均处于关闭状态。依次打开阀门102和101，补水；补水至水箱容量的20％时，关闭阀门101，打开阀门103，排空；关闭阀门103。打开阀门101，补水至50-70％，关闭阀门101。

打开给水箱加热，达到预定温度后，打开阀门104、105和106，启动给水泵；打开阀门114、116、117和118，关小阀门106。系统可以进一步清洗，杂质由树脂净化床去除，另外树脂净化床清洗液通过阀门118直接排放。本实施例中要求树脂净化床的清洗水不小于树脂床体积的1.5倍，并注意水箱水位不小于30％运行。树脂净化柱清洗完成后，打开阀门119关闭阀门118，主流体回到给水箱；打开阀门111、112和113，关闭阀门114，建立全系统循环。仪表通道的清洗可以通过依此打开各仪表排污阀和进水阀清洗5min完成，随后关闭仪表进水阀和排污阀。清洗过程中，注意水箱液位，保持其在30-70％运行。同时保证管线内无气泡或空气段存在。

图1中为了更加清楚的显示，没有将阀门编号与对应的阀门用标记线进行连接，阀门编号直接写在对应阀门的附近。

2)温度调节

在开始系统清洗前，即可打开第一控温元件给水箱加热升温，使系统流体温度达到需要的温度。运行期间再打开第二控温元件，以精确控制温度。

3)仪表流量调节

分别调节各仪表进水流量，确保仪表进水流量符合仪表测试要求或和测试对象电厂一致。

4)测试评估

检查整个装置系统无漏水无漏气，水箱液位在30-70％间，流体管道中无气泡或空气段。检查仪表显示、记录、流量是否正常。检查加药泵是否正常，检查所加药剂是否配置。根据计算好的加药量设置加药泵流量，加药泵流量宜小于30mL/h。启动调节药剂和对照药剂加药泵，打开对应的阀门，根据试验要求调整加药量直至符合要求并稳定运行，并依据计划进行试验和数据记录，得到对照数据。当对照试验完成后，更换测试离子交换树脂床内树脂，启动调节药剂、对照药剂加药泵和评估药剂加药泵，打开对应的阀门，依据计划进行试验和数据记录，得到试验数据。试验过程中可从对应的取样口取样进行离线分析以佐证在线仪表数据。将对照数据与试验数据进行对比，评估测试用离子交换树脂床的净化效果。

主流体经过加药后进入温控模块。主流体温度经过给水箱初步加温后由温控模块精确调节。控温盘管置于控温恒温水槽中，温度控制精度±0.2℃。

为了便于理解和阐述，以上步骤进行了编号和分段，实际试验时的上述步骤可以不分前后顺序以同时进行。

本发明公开的核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，包含给水、加药、温控、测验、在线监测、控制和数据采集等功能。试验装置可以模拟电厂正常运行水质，评估不同的离子交换树脂的净化能力；也可以增加新的加药，以评估原有或新的离子交换树脂的净化能力；也可以变化运行参数，如温度，以评估原有或新的离子交换树脂的净化能力和溶出等指标。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电厂离子交换树脂净化模拟试验装置，其特征在于：包括给水模块、加药模块、温控模块、测验模块、在线监测模块、净化模块、控制模块以及数据采集模块，所述给水模块用于存储液体并将液体送入管道内形成流体，所述加药模块用于向管道中加入药剂，所述温控模块用于控制液体的温度，所述测验模块包括测试用离子交换树脂床，所述在线监测模块用于检测管道中流体的各项数据，所述控制模块用于连接和控制给水泵和所述加药模块，所述数据采集模块用于与所述在线监测模块连接并采集测试数据。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述在线监测模块包括进水监测组和出水检测组，所述检测组包括监测仪表，每个所述检测组中的各检测仪表并联设置。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：所述检测仪表包括pH计和电导率计。

4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述温控模块包括用于对水箱进行控温的第一控温元件以及设置在所述加药模块后的用于对管道内流体控温的第二控温元件。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于：所述第二控温元件设置在所述加药模块后。

6.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于：所述管道上还设置用管道混合器，所述管道混合器设置在所述加药模块之后。

7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述加药模块用于向管道内加入水质调节药剂、评估药剂和对照药剂，所述水质调节药剂为水质正常运行时使用的药剂，所述评估药剂为试验在正常运行时另外增加的化学药剂，所述对照药剂为试验评估药剂加药时增加的其它为评估某一个参数测量敏感性的药剂。

8.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于：所述加药模块包括对应每种药剂的加药泵，每台所述加药泵的流量控制在30mL/h。

9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于：所述净化模块包括净化树脂床，其用于去除管道流体中的杂质。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的试验装置进行核电厂离子交换树脂净化模拟的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

启动温控模块，将液体和流体加热至设定温度，之后启动加药模块向流体内加入调节药剂和对照药剂，启动在线监测模块测量此时流体的相关参数，得到对照数据；

安装测试用离子交换树脂床，启动测验模块，启动加药模块向流体内加入调节药剂、评估药剂和对照药剂，启动在线监测模块测量此时流体的相关参数，得到试验数据；

将对照数据与试验数据进行对比，评估测试用离子交换树脂床的净化效果。

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