CN216997789U - 一种用于核电厂二回路水的净化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于压水堆、重水堆、核设施相关领域，具体公开了一种用于核电厂二回路水的净化装置，包括铝合金端板、PP板、阳极电极板、阳极水室、阴极水室、阴极电极板、紧固件和多个处理单元；处理单元包括浓水室和淡水室，以及通水隔板、垫片、阳离子交换膜、阴离子交换膜，其中浓水室和淡水室中装填有阴阳离子交换树脂。相较于传统离子交换处理工艺，本实用新型具有可连续再生、使用寿命长、运维简便、占地小、二次废物产生量小等显著优点；本实用新型充分考虑二回路水中包含的高浓度碱化剂、不同工况下可能出现的较高温度等运行参数以及核电厂WANO指标对二回路杂质净化的高标准要求，与一般的除盐工艺相比，使用寿命及净化效果具有显著优势。
Description
技术领域
本实用新型涉及压水堆、重水堆、核设施相关领域，具体为一种用于核电厂二回路水的净化装置。
背景技术
蒸汽发生器传热管的完整性及传热效率与核电厂二回路的水化学控制密切相关。二回路水化学控制为减少二回路水汽系统设备和管道的腐蚀，减少蒸汽发生器传热管、支撑板和管板上的淤渣沉积量，通常在给水系统中加入高浓度碱化剂，并通过蒸汽发生器排污系统及凝结水精处理系统净化二回路水质。两个系统一般采用离子交换的方法(阳床+混床)去除水中杂质，为保证净化效果，需定期酸碱再生树脂或更换树脂。再生树脂需加入大量的化学试剂，装置复杂，占地面积大，且再生效果极易出现问题，会导致净化效果变差或引入新的杂质，而更换树脂将产生大量的二次废物。另外，二回路水温度升高会导致阴树脂使用寿命缩短，高的碱化剂背景浓度及TOC会对阳树脂造成污染，影响净化效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于核电厂二回路水的净化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于核电厂二回路水的净化装置，包括铝合金端板、PP板、阳极电极板、阳极水室、阴极水室、阴极电极板、紧固件和多个重复的处理单元；所述处理单元包括浓水室和淡水室，以及通水隔板、垫片、阳离子交换膜、阴离子交换膜，其中浓水室和淡水室中装填有阴阳离子交换树脂；所述阳极电极板和阴极电极板分别设置在净化装置两端，靠近阳极电极板的第一个产水室为阳极水室，靠近阴极电极板的第一个产水室为阴极水室，且多个重复的处理单元置于阳极水室和阴极水室之间；所述铝合金端板采用热熔胶片粘贴在到加厚的PP板上，并分别封装在阳极水室和阴极水室外侧端。
进一步的，所述铝合金端板上设置有接线盒，外部电源通过接线盒对装置施加DC电压；阳极端的铝合金端板上的接线盒设有与外部电源连接的通电接口，阴极端的铝合金端板上设有两组水管接口，所述接线盒的通电接口为便携式快捷航空接头。
进一步的，所述阴极水室端部的铝合金端板采用厚度为1.0mm的特种不锈钢板，阳极水室端部的铝合金端板采用纯度为99.9％的钛板，镀铂金，钛板厚度为1.0mm，镀铂厚度为1μm。
进一步的，所述PP板上通过贴合垫片加厚，PP板上设置有淡水进出口和浓水进出口，淡水进出口螺纹采用1-1/4的BSP英制内螺纹，浓水进出口采用3/4的BSP英制内螺纹，可以满足二回路水的最高运行温度60℃的要求； PP板材料为聚丙烯，厚度为26mm。
进一步的，所述阳极电极板、阴极电极板、通水隔板均采用耐高温聚砜材料制成，拉伸强度为70.3MPa，拉伸模量为2480MPa，热变形温度＞150℃；所述阳极电极板、阴极电极板、通水隔板具有空腔，空腔内填充离子交换树脂，通水隔板沿进水口设置不同截面积和不同数量的布水器。
进一步的，所述阴阳离子交换树脂均为均粒树脂，淡水室和浓水室之间通过依次交替设置的阳离子交换膜、阴离子交换膜隔离分开；所述阳离子交换膜的交换容量为2.68mol/kg，膜面电阻为10.58Ω·cm2，爆破强度为 0.73MPa；所述阴离子交换膜的交换容量为1.48mol/kg，膜面电阻为 4.54Ω·cm2。
进一步的，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜制备时，其基材选用改性聚乙烯，可见光引发剂拟选用双(五氟苯基)钛茂和氟化二苯基钛茂，交联剂选用酚醛树脂、醌类衍生物，偶联剂选用锆类偶联剂，抗氧化剂选用2，4-二硝基酚钠；其具体制备方法如下：
S1、将纳米氧化锌改性高密度聚乙烯、聚异丁烯、偶联剂、可见光引发剂和交联剂按比称量后投入到高速混合搅拌机，在常温下进行充分均匀地混合；然后称配料按设定的比例集中有序的加入抗氧化剂和阴离子/阳离子树脂粉末；
S2、将混合物预制片材，并在片材的两侧贴合高分子材质网布；
S3、将贴合有高分子材质网布的片材放入到带光源的多层电加热模板中进行加热压制成型；
S4、待片材完成加热后，利用循环冷凝水对片材进行冷却、定型，最后进行出模。
进一步的，所述垫片为硅胶材质，净化装置中的金属紧固件使用304不锈钢材质M12的长螺杆，一端配M12盖帽，另一端配加长六角M12铜螺母和盖帽，其内部密封环为TPE材质。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种用于净化核电厂二回路水的装置，相较于传统离子交换处理工艺，具有可连续再生、使用寿命长、运维简便、占地小、二次废物产生量小等显著优点。此外，本实用新型充分考虑二回路水中包含的高浓度碱化剂、不同工况下可能出现的较高温度等运行参数以及核电厂WANO指标对二回路杂质净化的高标准要求，与一般的除盐工艺相比，使用寿命及净化效果具有显著优势。
附图说明
图1为本实用新型的净化装置的整体结构示意图。
图中：1、铝合金端板；2、PP板；3、阳极电极板；4、阳极水室；5、阴极水室；6、阴极电极板；7、紧固件；8、通水隔板；9、垫片；10、阳离子交换膜；11、阴离子交换膜。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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的限制。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种用于核电厂二回路水的净化装置，包括铝合金端板1、PP板2、阳极电极板3、阳极水室4、阴极水室5、阴极电极板6、紧固件7和多个重复的处理单元；所述处理单元包括浓水室和淡水室，以及通水隔板8、垫片9、阳离子交换膜10、阴离子交换膜 11，其中浓水室和淡水室中装填有阴阳离子交换树脂；所述阳极电极板3和阴极电极板6分别设置在净化装置两端，靠近阳极电极板3的第一个产水室为阳极水室4，靠近阴极电极板6的第一个产水室为阴极水室5，且多个重复的处理单元置于阳极水室4和阴极水室5之间；所述铝合金端板1采用热熔胶片粘贴在到加厚的PP板2上(防止极板在组装过程中出现滑移错位)，并分别封装在阳极水室4和阴极水室5外侧端。
进一步的，所述铝合金端板1上设置有接线盒，外部电源通过接线盒对装置施加DC电压；阳极端的铝合金端板1上的接线盒设有与外部电源连接的通电接口，阴极端的铝合金端板1上设有两组水管接口，这样设置可避免水管接口处发生泄漏时，水滴到接线盒上造成漏电；所述接线盒的通电接口为便携式快捷航空接头。
进一步的，所述阴极水室5端部的铝合金端板1采用厚度为1.0mm的特种不锈钢板，阳极水室4端部的铝合金端板1采用纯度为99.9％的钛板，镀铂金，钛板厚度为1.0mm，镀铂厚度为1μm。钛板镀铂金具有更高的惰性及耐腐蚀性，其使用寿命更长。
进一步的，所述PP板2上通过贴合垫片9加厚，阳极在电解过程中产生大量的H+和O2，阳极呈现强酸性；本实用新型将阳极室厚度由4～5mm加厚到 8mm，增加阳极水室流量，以降低阳极水室的H+浓度，减缓对阳极的腐蚀；
PP板2上设置有淡水进出口和浓水进出口，淡水进出口螺纹采用1-1/4 的BSP英制内螺纹，浓水进出口采用3/4的BSP英制内螺纹，可以满足二回路水的最高运行温度60℃的要求，避免使用外螺纹造成高分子材料的转换接头破损；PP板2材料为聚丙烯，厚度为26mm。
进一步的，所述阳极电极板3、阴极电极板6、通水隔板8均采用耐高温聚砜材料制成，拉伸强度为70.3MPa，拉伸模量为2480MPa，热变形温度＞ 150℃；相较于传统的CPVC通水隔板，其硬度和冲击强度高，无毒、耐热耐寒性耐老化性好，并具有自熄性；同时具有高介电强度和体积电阻率，这样保证运行更安全；PSU热温度高达175℃，在60℃紧固件作用下，其抗变形能力强，TOC渗析含量小；
所述阳极电极板3、阴极电极板6、通水隔板8具有空腔，空腔内填充离子交换树脂，通水隔板8沿进水口设置不同截面积和不同数量的布水器；使整个腔室的水流压力及速度均匀，提高离子迁移的效率，减少进水对树脂及离子交换膜的冲击。
进一步的，所述阴阳离子交换树脂均为均粒树脂，-H型树脂电导率＞ 7000μs/cm，树脂交联度为7～10，全交换容量＞1.8eq/L(-H型)，磨后圆球率＞95％；装填进净化装置后，可在进水含有～10ppm的有机碱化剂(吗啉、 ETA及MPA)及～30ppb的TOC情况下稳定运行；-OH型树脂电导率＞4000μs/cm，全交换容量＞1.0eq/L(-OH型)，强碱基含量＞95％，磨后圆球率＞95％；树脂在95℃恒温加热100h后，强碱基团脱落及降解比例均＜10％；
淡水室和浓水室之间通过依次交替设置的阳离子交换膜10、阴离子交换膜11隔离分开；离子交换膜片具有离子交换的功能，即只允许阴、阳离子通过膜片，不允许水分子通过。在外加直流电场作用下，二回路高温水中的杂质离子及部分解离的碱化剂向两极定向迁移，在离子交换膜选择性透过后，水质得到净化，杂质离子在浓水室富集；
所述阳离子交换膜10的交换容量为2.68mol/kg(干)，膜面电阻为 10.58Ω·cm2，爆破强度为0.73MPa；所述阴离子交换膜11的交换容量为 1.48mol/kg，膜面电阻为4.54Ω·cm2。净化处理装置离子交换树脂膜片能承受60℃，同时又能承受较高的碱化剂浓度。传统阴/阳离子交换膜片pH耐受值范围在6.0～9.0之间，耐热温度不超过40℃。本实用新型阴/阳离子交换膜片可在进水pH为10.5，进水温度为60℃下正常运行。
进一步的，所述阳离子交换膜10和阴离子交换膜11制备时，其基材选用改性聚乙烯，可见光引发剂拟选用双(五氟苯基)钛茂和氟化二苯基钛茂，交联剂选用酚醛树脂、醌类衍生物，偶联剂选用锆类偶联剂，抗氧化剂选用2， 4-二硝基酚钠；其具体制备方法如下：
S1、将纳米氧化锌改性高密度聚乙烯、聚异丁烯、偶联剂、可见光引发剂和交联剂按比称量后投入到高速混合搅拌机，在常温下进行充分均匀地混合；然后称配料按设定的比例集中有序的加入抗氧化剂和阴离子/阳离子树脂粉末；
S2、将混合物预制片材，并在片材的两侧贴合高分子材质网布；
S3、将贴合有高分子材质网布的片材放入到带光源的多层电加热模板中进行加热压制成型；
S4、待片材完成加热后，利用循环冷凝水对片材进行冷却、定型，最后进行出模。
进一步的，所述垫片9为硅胶材质，在60℃运行温度下，无析出杂质；净化装置中的金属紧固件使用304不锈钢材质M12的长螺杆，一端配M12盖帽，另一端配加长六角M12铜螺母和盖帽，其内部密封环为TPE材质；这些密封设计可使装置在承受0.7MPa进水压力及0.4MPa背压不发生渗漏。
一种用于核电厂二回路水的净化装置的净化方法，包括如下具体步骤：
S1、通过组合配置不同规格及数量的净化装置来满足二回路净化系统的处理流量要求；
S2、各净化装置的浓水与进水同向流动，依次经各个净化装置的阳极水室4和阴极水室5之间的多个重复的处理单元进行净化处理。
在进水高pH(～10.0)、含有～10ppm的有机碱化剂(吗啉、ETA及MPA)、～30ppb的TOC、～1ppm联氨的情况下，本实用新型提供的净化方法对二回路离子杂质Na+、Cl-、SO42-的去除率＞99.5％。
本实用新型可在60℃运行温度下长期稳定运行，使用寿命3～5年。
本实用新型提供的净化方法可根据二回路水净化系统的需要，灵活配置运行净化装置数量，在电厂启动、满功率运行及部分功率运行阶段均能满足二回路化学控制及净化要求。
本实用新型净化装置可承受0.7MPa进水压力及0.4MPa背压；本实用新型装置无需添加化学品再生；装置回收率可达90％以上。
具体实施例：
Na+、Cl-、SO4 2-浓度采用电感耦合等离子体-质谱仪ICP-MS进行测定。实施实例中，处理流量为3m3/h，进水温度60℃，其他参数及处理效果见表1。
表1净化方法及装置对二回路高温水杂质离子的净化效果
| 进水 | 产水 | |
| 电导率/电阻 | 11.62μs·cm<sup>-1</sup> | 17.95MΩ·cm |
| pH | 10.5 | 7.0 |
| Na<sup>+</sup> | 217μg/kg | 0.1μg/kg |
| Cl- | 185μg/kg | 0.2μg/kg |
| SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> | 205μg/kg | 0.8μg/kg |
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种用于核电厂二回路水的净化装置，其特征在于，包括铝合金端板(1)、PP板(2)、阳极电极板(3)、阳极水室(4)、阴极水室(5)、阴极电极板(6)、紧固件(7)和多个重复的处理单元；所述处理单元包括浓水室和淡水室，以及通水隔板(8)、垫片(9)、阳离子交换膜(10)、阴离子交换膜(11)，其中浓水室和淡水室中装填有阴阳离子交换树脂；所述阳极电极板(3)和阴极电极板(6)分别设置在净化装置两端，靠近阳极电极板(3)的第一个产水室为阳极水室(4)，靠近阴极电极板(6)的第一个产水室为阴极水室(5)，且多个重复的处理单元置于阳极水室(4)和阴极水室(5)之间；所述铝合金端板(1)采用热熔胶片粘贴在到加厚的PP板(2)上，并分别封装在阳极水室(4)和阴极水室(5)外侧端。
2.根据权利要求1所述的一种用于核电厂二回路水的净化装置，其特征在于：所述铝合金端板(1)上设置有接线盒，外部电源通过接线盒对装置施加DC电压；阳极端的铝合金端板(1)上的接线盒设有与外部电源连接的通电接口，阴极端的铝合金端板(1)上设有两组水管接口，所述接线盒的通电接口为便携式快捷航空接头。
3.根据权利要求1所述的一种用于核电厂二回路水的净化装置，其特征在于：所述阴极水室(5)端部的铝合金端板(1)采用厚度为1.0mm的特种不锈钢板，阳极水室(4)端部的铝合金端板(1)采用纯度为99.9％的钛板，镀铂金，钛板厚度为1.0mm，镀铂厚度为1μm。
4.根据权利要求1所述的一种用于核电厂二回路水的净化装置，其特征在于：所述PP板(2)上通过贴合垫片(9)加厚，PP板(2)上设置有淡水进出口和浓水进出口，淡水进出口螺纹采用1-1/4的BSP英制内螺纹，浓水进出口采用3/4的BSP英制内螺纹，可以满足二回路水的最高运行温度60℃的要求；PP板(2)材料为聚丙烯，厚度为26mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于核电厂二回路水的净化装置，其特征在于：所述阳极电极板(3)、阴极电极板(6)、通水隔板(8)均采用耐高温聚砜材料制成，拉伸强度为70.3MPa，拉伸模量为2480MPa，热变形温度＞150℃；所述阳极电极板(3)、阴极电极板(6)、通水隔板(8)具有空腔，空腔内填充离子交换树脂，通水隔板(8)沿进水口设置不同截面积和不同数量的布水器。
6.根据权利要求1所述的一种用于核电厂二回路水的净化装置，其特征在于：所述阴阳离子交换树脂均为均粒树脂，淡水室和浓水室之间通过依次交替设置的阳离子交换膜(10)、阴离子交换膜(11)隔离分开；所述阳离子交换膜(10)的交换容量为2.68mol/kg，膜面电阻为10.58Ω·cm2，爆破强度为0.73MPa；所述阴离子交换膜(11)的交换容量为1.48mol/kg，膜面电阻为4.54Ω·cm2。
7.根据权利要求1所述的一种用于核电厂二回路水的净化装置，其特征在于：所述垫片(9)为硅胶材质，净化装置中的金属紧固件使用304不锈钢材质M12的长螺杆，一端配M12盖帽，另一端配加长六角M12铜螺母和盖帽，其内部密封环为TPE材质。
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