CN209702353U - 一种多级净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级净化系统，包括上级净化系统，所述上级净化系统包括第一离子交换柱，所述上级净化系统的出口端串联连接有下级净化系统，所述下级净化系统包括至少一个离子交换柱，下级净化系统用于置换第一离子交换柱上脱落至待净化流体中的离子。本实用新型的上级净化系统中置换后脱落进入回路系统的新的杂质离子能够被下级净化系统中的离子交换柱置换，从而在维持回路系统中离子浓度稳定的前提下完成杂质离子的净化。

Description

一种多级净化系统

技术领域

本实用新型涉及水净化技术领域，具体涉及一种多级净化系统。

背景技术

在高温高压条件下，核反应堆系统中的材料会产生杂质离子(例如镁离子、钙离子等)并释放至冷却剂中。因此，需要通过净化系统对杂质离子进行持续净化。

通过单级离子交换柱净化杂质离子的过程中，杂质离子吸附于树脂上，树脂上的离子脱落至冷却剂中并不断累积。在长时间的净化过程中，树脂脱落的离子浓度不断增加最终造成系统水化学参数超标，甚至加速材料的腐蚀。

可以看出，现有技术中利用单级离子交换柱净化冷却剂，可能在除杂质的同时造成冷却剂水化学环境不稳定，加速材料腐蚀。为此，有必要设计一种多级净化系统，以在杂质离子去除过程中保证水化学环境的稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多级净化系统，以解决现有技术中单级离子交换柱在净化过程中向冷却剂中引入和累积新的杂质离子，进而导致系统水化学参数超标，甚至加速材料腐蚀的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种多级净化系统，包括上级净化系统，所述上级净化系统包括第一离子交换柱，所述上级净化系统的出口端串联连接有下级净化系统，所述下级净化系统包括至少一个离子交换柱，下级净化系统用于置换第一离子交换柱上脱落至待净化流体中的离子。

核反应堆系统中各类材料在高温高压条件下会产生腐蚀产物并释放至冷却剂中。对于硼锂水化学环境，通常采用离子交换柱对系统产生的杂质离子，例如镁离子、钙离子等进行持续净化。但是，现有技术主要采用单一的单级离子交换柱，导致在水化学调节过程中通过离子交换柱置换产生新的杂质离子，杂质离子的不断累积使得系统水化学参数超标，甚至加速材料的腐蚀，使得在除杂质的同时无法保证硼锂协调水化学环境的稳定。例如，若采用Li-B型混合离子交换柱，杂质离子从混合离子交换柱上置换下的锂离子或硼酸根离子会打破系统的硼锂浓度平衡，造成水化学参数超标；若直接采用H-OH型混合离子交换柱，则在除杂质离子的同时，将系统中的锂离子和硼酸根离子一并去除。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种采用至少两套不相同的离子交换柱的多级净化系统，通过合理的排布组合方式，可在持续净化杂质离子的同时保证硼锂协调水化学环境的稳定。

具体地，该多级净化系统包括串联连接的上级净化系统和下级净化系统，其中，上级净化系统的出口端通过管路与下级净化系统的入口端连接。上级净化系统相当于现有技术中的单级净化系统，其包括第一离子交换柱以净化待净化流体如冷却剂中的钙离子、镁离子等杂质离子。

下级净化系统包括至少一个离子交换柱，其作用在于净化待去除第一离子交换柱脱落至待净化流体中的新的杂质离子，进而确保在杂质离子去除过程中水化学环境的稳定。下级净化系统的设置方式可以有多种，当下级净化系统仅包括一根离子交换柱时，操作人员可根据实际需求在置换之前更换离子交换柱的类型，例如，当需要去除流体中的阳离子，则更换阳离子交换柱，当需要去除流体中的阴离子，则更换阴离子交换柱；下级净化系统也可以同时包括阳离子交换柱和阴离子交换柱，并设置切换机构如三通阀以根据实际需求在置换过程中更换流体通过的离子交换柱类型；下级净化系统也可以设置两根以上的离子交换柱，以增加流体流量，提高置换效率。

本实用新型的工作原理为：上级净化系统中的混合离子交换柱对回路系统产生的杂质离子进行置换，杂质离子吸附于树脂上，树脂上的离子脱落。由于杂质离子的净化是持续进行的，脱落的离子在回路系统中不断累积，长时间净化后会造成系统离子浓度超标。因此，经过上级净化系统置换的流体通过管道进入至下级净化系统中，下级净化系统中的阳离子交换柱和/或阴离子交换柱对脱落的离子进行置换，置换后进入回路系统的离子不会影响系统水化学环境，从而在维持协调水化学稳定的条件下完成杂质离子的净化。

通过上述设置，上级净化系统中置换后脱落进入回路系统的新的杂质离子能够被下级净化系统中的离子交换柱置换，从而在维持回路系统中离子浓度稳定的前提下完成杂质离子的净化。

作为上级净化系统的优选实施方式，上级净化系统还包括第一旁通支路，所述第一旁通支路与第一离子交换柱并联连接；所述第一旁通支路上设置有第一旁通阀门，所述第一离子交换柱入口端连接的管路上设置有第一入口阀门，第一离子交换柱出口端连接的管路上设置有第一出口阀门。当系统回路的冷却剂中杂质离子浓度低，无需通过第一离子交换柱置换时，可关闭第一入口阀门和第一出口阀门，开启第一旁通阀门，冷却剂可直接进入下级净化系统中；当冷却剂中杂质离子浓度高，需要通过第一离子交换柱进行置换时，可开启第一入口阀门和第一出口阀门，关闭第一旁通阀门，此时冷却剂通过第一离子交换柱置换杂质离子。

作为第一离子交换柱的优选实施方式，所述第一离子交换柱为混合离子交换柱，其能够同时置换冷却剂中的阴离子杂质和阳离子杂质。优选地，对于硼锂水化学环境系统的杂质去除，第一离子交换柱内填充有锂型离子交换树脂以置换阳离子杂质，填充有硼型离子交换树脂以置换阴离子杂质，置换后，系统中的阴离子杂质和阳离子杂质被去除，同时引入锂离子和硼酸根离子。

作为下级净化系统的优选实施方式，所述下级净化系统还包括第二旁通支路，所述第二旁通支路与所述至少一个离子交换柱并联连接。第二旁通支路的设计原理和结构与第一旁通支路类似，其目的主要在于无需使用下级净化系统的离子交换柱进行置换时，冷却剂可通过第二旁通支路直接排出系统。

进一步地，所述至少一个离子交换柱包括并联设置的第二离子交换柱和第三离子交换柱，所述第二离子交换柱为阴离子交换柱，所述第三离子交换柱为阳离子交换柱。作为优选的实施方式，下级净化系统中至少包含一根阴离子交换柱和一根阳离子交换柱，以使得第一离子交换柱长期净化后，下级净化系统能够针对性地对系统回路中累积的过多的阴离子和阳离子进行置换。优选地，阳离子交换柱内填充氢型树脂，以吸附冷却剂中累积的阳离子，释放氢离子；阴离子交换柱内填充氢氧型树脂，以吸附冷却剂中累积的阴离子，释放氢氧根离子；而氢氧根离子和氢离子不会造成水化学环境系统中的离子浓度不平衡，避免水化学参数超标。

进一步地，所述第二旁通支路上设置有第二旁通阀门，所述第二离子交换柱入口端连接的管路上设置有第二入口阀门，第二离子交换柱出口端连接的管路上设置有第二出口阀门；所述第三离子交换柱入口端连接的管路上设置有第三入口阀门，第三离子交换柱出口端连接的管路上设置有第三出口阀门。当需要去除累积的阴离子时，开启第二入口阀门和第二出口阀门；当需要去除累积的阳离子时，开启第三入口阀门和第三出口阀门。通过上述设置能够实现净化过程中的自由切换，提高装置操作的灵活性。

本实用新型还提供一种多级净化系统，该多级净化系统专门适用于硼锂水化学环境的杂质离子去除。对于硼锂水化学环境，若直接采用H-OH型混合离子交换柱，将在去除杂质离子的同时去除硼酸根离子和锂离子；但如果采用Li-B型混合离子交换柱，则会造成冷却剂中锂离子浓度和硼酸根离子浓度超标，进而对系统材料造成更加严重的腐蚀。

该多级净化系统包括串联连接的上级净化系统和下级净化系统，所述上级净化系统包括并联设置的第一旁通支路和混合离子交换柱，所述混合离子交换柱内填充有锂型离子交换树脂和硼型离子交换树脂；所述下级净化系统包括并联设置的第二旁通支路、阴离子交换柱和阳离子交换柱，所述阴离子交换柱内填充有氢氧型树脂，所述阳离子交换柱内填充有氢型树脂；当置换流体中的硼酸根离子时，混合离子交换柱与阴离子交换柱连通，当置换流体中的锂离子时，混合离子交换柱与阳离子交换柱连通；无需置换时，混合离子交换柱与第二旁通支路连通。

使用时，混合离子交换柱中的锂型离子交换树脂置换冷却剂中的阳离子杂质，硼型离子交换树脂置换冷却剂中的阴离子杂质，实现去除系统回路中产生的杂质离子的目的。使用一段时间后，置换阳离子杂质所产生的锂离子以及置换阴离子杂质所产生的硼酸根离子在系统回路中不断累积，打破系统的硼锂浓度平衡。此时检测锂离子和硼酸根离子的浓度，如果锂离子浓度过高，则连通阳离子交换柱，利用阳离子交换柱的氢离子置换锂离子；如果硼酸根离子浓度过高，则连通阴离子交换柱，利用阴离子交换柱的氢氧根离子置换硼酸根离子。氢氧根离子和氢离子恢复硼锂浓度平衡。通过上述设置，多级净化系统不仅能够去除系统回路中产生的杂质离子，而且不破坏硼锂浓度平衡，有效地确保了硼锂协调水化学环境的稳定，避免对系统材料造成进一步腐蚀。

作为一个优选的实施方式，所述上级净化系统和下级净化系统之间设置有离子传感器；所述混合离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第一入口阀门和第一出口阀门；所述阴离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第二入口阀门和第二出口阀门；所述阳离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第三入口阀门和第三出口阀门；所述第一旁通支路设置有第一旁通阀门，所述第二旁通支路上设置有第二旁通阀门；还包括处理器，所述处理器与离子传感器、第一入口阀门、第一出口阀门、第二入口阀门、第二出口阀门、第三入口阀门、第三出口阀门、第一旁通阀门和第二旁通阀门电连接。

离子传感器采集上级净化系统出口端的冷却剂中硼酸根离子浓度和锂离子浓度，并将包含浓度信息的采集信号发送至处理器。处理器中存储有硼酸根离子浓度阈值和锂离子浓度阈值。处理器在接收采集信号后，将采集信号中包含的硼酸根离子浓度和锂离子浓度分别与相应的阈值比对。如果硼酸根离子浓度高于存储的硼酸根离子浓度阈值，则向各阀门发送第一组控制信号，控制第二旁通阀门、第三入口阀门和第三出口阀门关闭，控制第二入口阀门和第二出口阀门开启，使得冷却剂通过阴离子交换柱；如果锂离子浓度高于存储的锂离子浓度阈值，则向各阀门发送第二组控制信号，控制第二旁通阀门、第二入口阀门和第二出口阀门关闭，控制第三入口阀门和第三出口阀门开启，使得冷却剂通过阳离子交换柱；如果锂离子浓度、硼酸根离子浓度均未超过其阈值，则向各阀门发送第三组控制信号，控制第二旁通阀门开启，控制第二入口阀门、第二出口阀门、第三入口阀门和第三出口阀门关闭。

通过上述设置，实现多级净化系统的自动化控制，提高了净化过程的安全性和稳定性。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型的上级净化系统中置换后脱落进入回路系统的新的杂质离子能够被下级净化系统中的离子交换柱置换，从而在维持回路系统中离子浓度稳定的前提下完成杂质离子的净化；

2、本实用新型提供了一种适用于硼锂水化学环境的杂质离子去除的多级净化系统，不仅能够去除系统回路中产生的杂质离子，而且不破坏硼锂浓度平衡，有效地确保了硼锂协调水化学环境的稳定，避免对系统材料造成进一步腐蚀。

3、本实用新型通过设置离子传感器和处理器，使得多级净化系统能够根据上级净化系统出口端的各离子浓度自动控制各阀门的开合，进而连通相应的离子交换柱或旁通支路，实现多级净化系统的自动化控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一入口阀门，2-第一旁通阀门，3-第一离子交换柱，4-第一出口阀门，5-第三入口阀门，6-第二入口阀门，7-第三离子交换柱，8-第二离子交换柱，9-第二旁通阀门，10-第三出口阀门，11-第二出口阀门。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1：

如图1所示的一种多级净化系统，包括上级净化系统，所述上级净化系统包括第一离子交换柱3，所述上级净化系统的出口端串联连接有下级净化系统，所述下级净化系统包括至少一个离子交换柱，下级净化系统用于置换第一离子交换柱3上脱落至待净化流体中的离子；第一离子交换柱3为混合离子交换柱。

在部分实施例中，下级净化系统仅包括一根离子交换柱，操作人员可根据实际需求在置换之前更换离子交换柱的类型。

在部分实施例中，下级净化系统也可以同时包括阳离子交换柱和阴离子交换柱，并设置切换机构以根据实际需求在置换过程中更换流体通过的离子交换柱类型。

在部分实施例中，下级净化系统也可以设置两根以上的离子交换柱以增加流体流量，提高置换效率。

通过上述设置，上级净化系统中置换后脱落进入回路系统的新的杂质离子能够被下级净化系统中的离子交换柱置换，从而在维持回路系统中离子浓度稳定的前提下完成杂质离子的净化。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述上级净化系统还包括第一旁通支路，所述第一旁通支路与第一离子交换柱3并联连接；所述第一旁通支路上设置有第一旁通阀门2，所述第一离子交换柱3入口端连接的管路上设置有第一入口阀门1，第一离子交换柱3出口端连接的管路上设置有第一出口阀门4。

当系统回路的冷却剂中杂质离子浓度低，无需通过第一离子交换柱3置换时，可关闭第一入口阀门1和第一出口阀门4，开启第一旁通阀门2，冷却剂可直接进入下级净化系统中；当冷却剂中杂质离子浓度高，需要通过第一离子交换柱3进行置换时，可开启第一入口阀门1和第一出口阀门4，关闭第一旁通阀门2，此时冷却剂通过第一离子交换柱3置换杂质离子。

实施例3：

在实施例2的基础上，下级净化系统还包括第二旁通支路，所述第二旁通支路与所述至少一个离子交换柱并联连接；下级系统中的所述至少一个离子交换柱包括并联设置的第二离子交换柱8和第三离子交换柱7，所述第二离子交换柱8为阴离子交换柱，所述第三离子交换柱7为阳离子交换柱；所述第二旁通支路上设置有第二旁通阀门9，所述第二离子交换柱8入口端连接的管路上设置有第二入口阀门6，第二离子交换柱8出口端连接的管路上设置有第二出口阀门11；所述第三离子交换柱7入口端连接的管路上设置有第三入口阀门5，第三离子交换柱7出口端连接的管路上设置有第三出口阀门10。

在部分实施例中，所述阴离子交换柱内填充有氢氧型树脂，所述阳离子交换柱内填充有氢型树脂。

当需要去除累积的阴离子时，开启第二入口阀门和第二出口阀门；当需要去除累积的阳离子时，开启第三入口阀门和第三出口阀门。通过上述设置能够实现净化过程中的自由切换，提高装置操作的灵活性。

实施例4：

一种适用于硼锂水质的多级净化系统，包括串联连接的上级净化系统和下级净化系统，所述上级净化系统包括并联设置的第一旁通支路和混合离子交换柱，所述混合离子交换柱内填充有锂型离子交换树脂和硼型离子交换树脂；所述下级净化系统包括并联设置的第二旁通支路、阴离子交换柱和阳离子交换柱，所述阴离子交换柱内填充有氢氧型树脂，所述阳离子交换柱内填充有氢型树脂；当置换流体中的硼酸根离子时，混合离子交换柱与阴离子交换柱连通，当置换流体中的锂离子时，混合离子交换柱与阳离子交换柱连通；无需置换时，混合离子交换柱与第二旁通支路连通。

使用时，混合离子交换柱中的锂型离子交换树脂置换冷却剂中的阳离子杂质，硼型离子交换树脂置换冷却剂中的阴离子杂质，实现去除系统回路中产生的杂质离子的目的。使用一段时间后，置换阳离子杂质所产生的锂离子以及置换阴离子杂质所产生的硼酸根离子在系统回路中不断累积，打破系统的硼锂浓度平衡。此时检测锂离子和硼酸根离子的浓度，如果锂离子浓度过高，则连通阳离子交换柱，利用阳离子交换柱的氢离子置换锂离子；如果硼酸根离子浓度过高，则连通阴离子交换柱，利用阴离子交换柱的氢氧根离子置换硼酸根离子。氢氧根离子和氢离子恢复硼锂浓度平衡。通过上述设置，多级净化系统不仅能够去除系统回路中产生的杂质离子，而且不破坏硼锂浓度平衡，有效地确保了硼锂协调水化学环境的稳定，避免对系统材料造成进一步腐蚀。

实施例5：

在实施例4的基础上，所述上级净化系统和下级净化系统之间设置有离子传感器；所述混合离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第一入口阀门1和第一出口阀门4；所述阴离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第二入口阀门6和第二出口阀门11；所述阳离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第三入口阀门5和第三出口阀门10；所述第一旁通支路设置有第一旁通阀门2，所述第二旁通支路上设置有第二旁通阀门6；还包括处理器，所述处理器与离子传感器、第一入口阀门1、第一出口阀门4、第二入口阀门6、第二出口阀门11、第三入口阀门5、第三出口阀门10、第一旁通阀门2和第二旁通阀门6电连接。

通过上述设置，使得多级净化系统能够根据上级净化系统出口端的各离子浓度自动控制各阀门的开合，进而连通相应的离子交换柱或旁通支路，实现多级净化系统的自动化控制。

本文中所使用的“第一”、“第二”、“第三”等(例如第一入口阀门、第二入口阀门、第三入口阀门等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级净化系统，包括上级净化系统，所述上级净化系统包括第一离子交换柱(3)，其特征在于，所述上级净化系统的出口端串联连接有下级净化系统，所述下级净化系统包括至少一个离子交换柱，下级净化系统用于置换第一离子交换柱(3)上脱落至待净化流体中的离子。

2.根据权利要求1所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述上级净化系统还包括第一旁通支路，所述第一旁通支路与第一离子交换柱(3)并联连接。

3.根据权利要求2所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述第一旁通支路上设置有第一旁通阀门(2)，所述第一离子交换柱(3)入口端连接的管路上设置有第一入口阀门(1)，第一离子交换柱(3)出口端连接的管路上设置有第一出口阀门(4)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述第一离子交换柱(3)为混合离子交换柱，第一离子交换柱(3)内填充有锂型离子交换树脂和硼型离子交换树脂。

5.根据权利要求1所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述下级净化系统还包括第二旁通支路，所述第二旁通支路与所述至少一个离子交换柱并联连接。

6.根据权利要求5所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述至少一个离子交换柱包括并联设置的第二离子交换柱(8)和第三离子交换柱(7)，所述第二离子交换柱(8)为阴离子交换柱，所述第三离子交换柱(7)为阳离子交换柱。

7.根据权利要求6所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述第二旁通支路上设置有第二旁通阀门(9)，所述第二离子交换柱(8)入口端连接的管路上设置有第二入口阀门(6)，第二离子交换柱(8)出口端连接的管路上设置有第二出口阀门(11)；所述第三离子交换柱(7)入口端连接的管路上设置有第三入口阀门(5)，第三离子交换柱(7)出口端连接的管路上设置有第三出口阀门(10)。

8.根据权利要求6或7所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述阴离子交换柱内填充有氢氧型树脂，所述阳离子交换柱内填充有氢型树脂。

9.一种多级净化系统，其特征在于，包括串联连接的上级净化系统和下级净化系统，所述上级净化系统包括并联设置的第一旁通支路和混合离子交换柱，所述混合离子交换柱内填充有锂型离子交换树脂和硼型离子交换树脂；所述下级净化系统包括并联设置的第二旁通支路、阴离子交换柱和阳离子交换柱，所述阴离子交换柱内填充有氢氧型树脂，所述阳离子交换柱内填充有氢型树脂；当置换流体中的硼酸根离子时，混合离子交换柱与阴离子交换柱连通，当置换流体中的锂离子时，混合离子交换柱与阳离子交换柱连通；无需置换时，混合离子交换柱与第二旁通支路连通。

10.根据权利要求9所述的一种多级净化系统，其特征在于，所述上级净化系统和下级净化系统之间设置有离子传感器；所述混合离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第一入口阀门(1)和第一出口阀门(4)；所述阴离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第二入口阀门(6)和第二出口阀门(11)；所述阳离子交换柱的入口端和出口端连接的管路上分别设置有第三入口阀门(5)和第三出口阀门(10)；所述第一旁通支路设置有第一旁通阀门(2)，所述第二旁通支路上设置有第二旁通阀门(9)；还包括处理器，所述处理器与离子传感器、第一入口阀门(1)、第一出口阀门(4)、第二入口阀门(6)、第二出口阀门(11)、第三入口阀门(5)、第三出口阀门(10)、第一旁通阀门(2)和第二旁通阀门(9)电连接。