JPS5952576A - 混床式復水脱塩器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粒状の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を
内蔵する混床式復水脱塩器シて係シ、１１゛νに原子力
発電における復水の脱塩に使用するに好適な混床式復水
脱塩器に関する。

従来の原子炉系、特に沸騰水型原子炉（ＢＷ几と称す）
系は第１図に示すような構成からなり、炉浄化系１０を
備える原子炉圧力容器１から流出した蒸気は高圧タービ
ン２、湿分分離器３および低圧タービン４を経て復水器
５に流入し、この復水器５においてＪｌｊ、縮されて復
水とｋる。前記低圧タービン４　Ｆｌ　１１１１気系１
１を介して給水ヒータ９に連通し、この給水と一タ９は
ヒータドレン系１２を介して復水器５に連通している。

したがって復水器５、□抽気系１１および給水ヒータ９
などで発生した腐食生成物（主に鉄酸化物であシリ下ク
ラッドと称す）は復水中の不純物となシ、この不純物は
復水脱塩器７で除去される。不純物を除去した復水は給
水ヒニタ９を経て原子炉圧力容器１へ流入し、：以降は
これと同様に【７°Ｃ復水が繰り返し循環される。′ 上記のような構成の原子炉では、復水脱塩器７で除去さ
れなかったり２ツドが原子炉容器１へ流入して放射ｉヒ
され、この放射化を軽て前ｕＱ４Ａ器および配管内に付
着することに・より、プラント線意率（被曝量率）め上
昇することが問題となっている。ととろが最近、給水持
込鉄の低減により、プラント線量の上昇率を低減できる
ことが明確となったため、給水持込麩の目標をＩＰｐｂ
以下とするようになっている。

前記復水脱塩器７は第２図に示すように、給水系１８お
よび復水系１９に接続する容器１３に散水板１４と目板
１６上に設けられたイオン変換樹脂１５およびジョンソ
ンスクリーン１７を収納した構造からなシ、クラッドを
含有する復水系１９を経°Ｃ容器１３内の散水板１４上
に流下し、ついでイオン交換樹脂１５上に散布されて不
純物を除去された後に、ジョンソンスクリーン１７を経
て給水系１８へ流出する。前記イオン交換樹脂１５はＢ
Ｗ几ではｆｌ型陽イオン交換樹脂とＯＨ型隘イオン父換
樹脂を用い、ぞの粒径は概ね３００〜１２００μｍ″″
ｃｔ１は同径の陰イオン変換樹脂と陰イオン交換樹脂を
組合せた混床であることは周知のとおシである。ここで
、復水器における冷却水（主に海水）のリーク等によシ
生じた不純物イオンやクラッドの除去によシ脱塩性能の
低下し７たイオン交換樹脂は別途設けられた樹脂再生系
統においてエアスクラビング等による逆洗によシ付着り
ジッドの剥離や薬品再生によシ脱塩性能を回復させた後
再使用している。薬品再生では陰イオン変換樹脂を酸で
、陰イオン交換樹脂をアルカリで再生ずるため、再生に
先立って混床式のイオン交換樹脂を陽イオン交換樹脂と
陰イオン交換樹脂に完全に分離しなければならない。

既設のプラントの大部分は上記のようなイオン交換樹脂
を用いた復水脱塩器単体にょシ復水を処理しているだめ
不純物イオンの除去は十分であるが、クラッド除去能は
低く復水脱塩器出口における復水のクラッド濃度は５〜
１０ｐｐｂである。したがって原子炉に持込まれるクラ
ッド（主成分は酸化鉄）ｔよ１１００ＭＷｅ級原子炉に
おいて年間２００〜４００Ｋｇにも達する。

上記対策として復水脱塩器内の線流速を低下させること
によシ、復水が復水脱塩器内に滞留する時間を長くして
クラッドとイオン交換樹脂の衝突確率を増大させ、イオ
ン交換樹力旨によるクラッドの捕獲確率を向上させる方
法がある。しかし、この方法による試験の結果、通常の
線流速１１０ｍ／ｈのものを７０　ｍ／ｈまで低下させ
てもクラッド濃度を１ｐｐｂ以下に低減することはでき
なかった。この方法において、線流速を更に低下させれ
ば脱塩器の除鉄性能は向上す号ことが考えられるが、プ
ラント出力で復水流量は規定されておシ、脱塩器を低線
流速運転することは、樹脂層の増大を意味し、これは運
転経費の増大および放射性廃棄物量の増大を誘起し好ま
しくない。

本発明は上記にかんがみ復水脱塩器の除鉄能を著しく増
大させることにより、プラントの放ＩＭ／１！ｌｉ！量
率を大幅に低減させることを目的とするもので、粒状陽
イオン交換樹脂と粒状陰イオン交換樹脂とを内蔵する復
水脱塩器において、前記イオン交換樹脂において小粒径
樹脂の割合を大きくすると共に、陰イオン変換樹脂の粒
径分布を最大限小さくできるようにしたと、とを／ｌｆ
徴とするものｒ６る。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

本実施例の構造は第２図に示す従来例りほぼ同一である
が、そのイオン交換樹脂層を構成する陽イオン交換樹脂
および陰イオン変換樹脂の粒径分布を異にする、すなわ
ちイオン交換樹脂において小粒径樹脂の割合を大きくす
ると共に、陽イオン交換樹脂の粒径分布を最大限小さく
した点が異なる。

樹脂粒径分布と脱塩器の除鉄性能の関係は、ノミ験結果
より第３図のとおシである。（実験条件は通常の脱」］
器の復水処理条件であり、粒径分布状態が同一である陽
、陰・イオン変換樹脂を１ｉ９Ｊ脂量比１．６／ｌで混
合光′Ｃんし、線流速１１０ｍ／ｈで処理したものであ
る。なお原水の鉄り２ラド磯度は１５〜２０ｐｐｔ）で
あった。） ここにスクリーン、インデックス（以下ＳＩと称す）と
は粒径分布状態を表わず指標であシ樹脂粒径の２乗の逆
数よシ規格化した係貼（スクリーン、ファクター）を設
定し、その分布の６分率に前記係数を掛け、樹脂全体の
粒径分布に対するＳＩを求め、これらを全ｆ？ｔ−ｊる
ととにより得られる。

樹脂粒径分布とスクリーン、ファクターとの関係は第１
表のとおシである。

第　　　１　　　表 第３図ニジイオン変換樹脂のＳＩを大きくすることによ
シ復水脱塩器の除鉄性能を高められることが明らかであ
る。ここで、復水脱塩器に使用されるイオン交換樹脂の
粒径は、脱塩器の圧力損失や樹脂の逆洗分離効率を考慮
して通常２９７〜１１９０μｍの範囲である。この粒径
範囲の樹脂は中間の７５０〜８００μｍに平均粒径を持
ち、粒径分布状態は均一係数１．５程度であり、平均粒
径近傍にピークを持つほぼ左右対称の分布をしておシ第
２表に示すような分布が一般的である。

表　２　樹脂粒径分布 全針スクリーン　インデックス＝３８８※　均一係数＝
１．５ ※　平均粒径戦留分累ｄ１が５０％に相当する７ノ１１
つ径）＝７６０μＩＩＩ これによシ通常の復水脱塩器に充てんされている樹脂の
ＳＩは小粒径の割合が少ないため高々４００程度である
ことが分かる。このため小粒径樹脂の割合を増しＳＩを
大きくすれば除鉄性能を向上させることができることが
分る。

ＳＩを大きくする、すなわち小粒径樹脂の割合を増す寺
ことによシ除鉄ｉ能が向上するのは、樹脂の小粒径化に
よシ樹脂層内の隙間が狭められることによシ微粒子であ
る鉄クラツドの捕捉効果が高まる・ことと、樹脂小粒径
化によシ樹脂層全体の表面積が増すことによシフラッド
と樹脂との衝突頻度が高まυクラッドの樹脂表面への付
着効率が増すこと等によるものと考えられる。

第４図は陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂量比と除
鉄性能の関係を示したものである。（実験条件は通常の
脱塩器の復水処理条件であシ、粒径分布状態が同一であ
る陽、陰イオン交換樹脂を混合光てんし５Ｉ＝３８８、
線流速１０８ｍ／ｈで処理したものである。）これよシ
、脱塩器の除鉄性能は陽、陰イオン交換樹脂量比の影響
をうけ、陽イオン交換樹脂量の割合が増す程除鉄性能が
向上することが分る。これは、第５図に示すように中性
領域では陽イオン交換樹脂の電気的ポテンシャル２０は
マイナスであるのに対し、陰イオン交換樹脂の電気的ポ
テンシャル２１はプラスであシ、鉄クラツドの電気的ポ
テンシャル２２はプラスである。したがってクラッドが
イオン交換樹脂に付着捕獲される割合は靜翫気的吸引力
の働く陽イオン交換樹脂の方が大きいことによるものと
考えられる。これによシ脱塩器の除鉄性能を向上させる
には、陽イオン交換樹脂の割合を増せば良いことが分る
。しかし１．復水浄化におりる脱塩器の役目は、鉄クラ
ツドの除去の外に復水器において海水リークがあった場
合、その不純物イオンの除去を行ない一定期間プラント
の運転を可能にするだめのものであり、不純物イオンは
通常、陽イオンと陰イオンがおおむね当量存在すること
よシ復水脱塩益でこの不純物イオンを効果的に除去する
ためには脱塩器の陽、陰イオン変換樹脂長比はほぼ同址
程度が適しており、鉄クラツドを効果的に除去するため
陽イオン変換樹脂の割合を者しく増し、陰イオン交換樹
脂の割合を減少さ亡ることは、脱塩塔で不純物陰イオン
のリークが起シやすくなり好ましくない。したがって、
脱塩器の除鉄性能を向上させるには、陽イ・オン交換樹
脂粒径を小さくして樹脂層の陽イオン交換樹脂表面積を
増す（結果的には陽イオン交換樹脂量の割合を増す布の
と同じ）方法が有効であシ、不純物陰イオンのリークと
いう問題も避けられる。なぜならばイオンの液中での拡
散速度は微粒子であるクラッドに比べ非常に速く、イオ
ン除去能は樹脂粒径の影響でｔｌとんど受けず４☆（脂
貝によってのみ決まるため、陰イオン交換樹脂の粒径が
大きくても不純物陰イオンのリークは生じない。

以上の結果より脱塩器の除鉄性能の向上には、ＳＩを大
きくシ、かつ陽イオン交換樹脂の粒径を小さくすること
が有効であることが明らかになった。

一方、脱塩性能の向上対策として上記の様な樹脂の小粒
径化を採用することによる問題として、下記の二つの事
項が考えられる。

（１）樹脂洗浄時の陽、陰イオン交換樹脂の分離性の問
題 （ｆＤ　　樹脂小粒径分布による脱塩器の圧力損失上昇
の問題 前記（１）項に関しイオン交換樹脂の逆洗分離性を把握
する手段として、陽、陰イオン交換樹脂の沈降時の終末
速度を算出し、この算出値とそのときの粒径との関係を
調べることによシ逆洗分離を確認することができる。す
なわち陽、陰イオン交換樹脂の終末速度に差がない領域
におりる逆洗分離性は悪化する。一般に樹脂の終末速度
Ｕは次式によシ算出される。

ただしρ、：樹脂密度、ρ：液比重、ｇ：＊カ、Ｄ：粒
径、／７：液粘に イオン交換樹脂の密度は、陽イオン交換樹脂１．２８ｇ
／ｃｍ”、陰イオン交換樹脂１．０７　ｇＡ−程度であ
シ、上記（１）式より終末速度Ｕを計算して図示すると
第６図のようになり実線２３は陽イオン交換樹脂、破線
２４は陰イオン交換樹脂の場合をそれぞれ示す。陽、陰
イオン交換樹脂の逆洗分離では、終末速度が陰イオン交
換樹脂〈陽イオン交換樹脂でなければならない。通常の
イオン交換樹脂の粒径範囲２９７〜１１９０μｍｎでは
、例えば陰イオン交換樹脂が１１９０μｍであれは、粒
径が４０Ｑ／ｊｍ以下の陽イオン交換樹脂の終末速度は
陰イオン交換樹脂の終末速度よシ小さく両者を分離する
ことはできない。ここで、陰イオン交換樹脂の粒径が８
４０μｍ以下てあれば陽イオン交換樹脂は２９７〜１１
９０μｍの範囲で常に終末速度は陽イオン交換樹脂２陰
イオン交換樹脂であシ陽、陰イオン交換樹脂の逆洗分離
は確実に行える。

前記■）項に関し、樹脂粒径と差力損失の関係は、樹脂
光てん層の圧力損失が樹脂粒径の２乗の逆数に比例する
ことによシ、８、Ｉに直＆ｉ−九例する。このように圧
力損失が８Ｉに直接比例することよシ、復水浄化システ
ムにおける脱塩器で許容される圧力損失よｆｉ８Ｉの上
限が決定される。しかし、現状の脱塩器に充てんされて
いるイオン交換樹脂８１は前記したように４００程度で
あ）、樹脂層の圧力損失は０．８Ｋｇ／ｃｒｎ”程度で
あシ、ＳＩを５００に高めても圧力損失は高々０．１Ｋ
ｇ／ｃｔｎ”の増加であシ許容差圧裕度の範囲内であシ
問題となるよう表差圧上昇ではない。

ここで、圧力損失はＳＩによシ決るが、同−ＳＩでも陽
イオン交換樹脂の方が陰イオン交換樹脂よシ除鉄性能へ
の評与度が大きいことより、許容ＳＩの範−内で可能な
かぎ９陰イメン又換倒脂の粒径を大きく、陽イオン５！
換樹）’Ａｌの粒径を小さくすれば、脱塩器の効果的な
除鉄性１１［；の向上が図れる。すなわち、陽、陰イオ
ン交換樹脂の分離性を考慮し、陰イオン交換樹脂粒径を
８４０μｍＪＪ、下とし、許容ＳＩの範囲内で陰イオン
交換樹脂の粒径を小さくすれば、効果的な除鉄性能の向
上と、脱塩器の差圧上昇の抑制、及び陽、陰イオン変換
樹脂の完全逆洗分離が可能である。

上７７＄シたように、本発明は小粒径イオン交換樹脂の
割合を大きくすると共に、特に除鉄性能への寄与度の大
きい陽イオン交換１酎脂の小粒径化を可能にしたことに
より、脱塩器での圧力損失の増大を抑制し、かつ除鉄性
能の向上が図れ、復水脱塩器処理水の鉄濃度を１ｐｐｂ
以下にすることができる。

したがって本発明によれば、復水脱塩器の除鉄性能を著
しく増大させることによシ、グ２ントの放射線能率を大
幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は原子カプラントの系統図およびそ
の復水脱塩器の断面図、第３図はスクリーン・インデッ
クスと除鉄性能、第４図は陽、陰イオン交換樹脂量比と
除鉄性能、第５図は復水のｐＨとクラッド及び樹脂の表
面電位、第６図は樹脂粒径と終末速度の関係を示す図で
ある。 １・・・原子炉圧力容器、２，４・・・タービン、７・
・・復水脱塩器。 ＹＪの スフゾーン・インデックス 縛イイン交１＃ｉｆ／Ｉ榊ａン交≠」イｆｆＲシ弔５ｆ
ＪＪ ｆ’Ｈ（θｔ２ツ１） Ｃ欄眉瓶Ｆｔ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒状の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を内蔵
   する混床式復水脱塩器において、前記イオン交換樹脂の
   粒径分布をスクリーンインデックスで５００以上とする
   ことを特徴とする混床式復水脱塩器。 ２、特許請求の範囲第１項において、陰イオン交換樹脂
   の粒径を８４０μｍ以下とすることを特徴とする混床式
   復水脱塩器。