压水反应堆水处理系统
压水堆核电厂：反应堆硼和水补给系统(REA)
SED TEP RAZ
161VB 202VB 163VB 160VB 1RCV154VP
正常下泄
1REA 164VB
9REA 005BA
电加热器
TEP 回收的硼酸
PTR001BA
RIS
1REA190VB
9REA180VB
到 2 号机
192VB
194VB 059VB 159VB
RIS
9REA 003BA 3 81m
1REA130VD
到 1RCP 系统卸压箱 到 1RCP 稳压器先导安全阀
1REA353VD
TEP
2REA139VD 不合格的水 送去再处理 到 2 号机 2REA010VD 9REA003VD 9REA002VD 2REA006VD 2REA001PO
1REA355VD 1REA351VD
到 1RCP 稳压器先导隔离阀 到 1RRA 系统先导安全阀
019VP
154VB
060VB
9REA178VB 9REA 068VB 9REA052VB 9REA067VB
053VB
SED
228VB 062VB
RCV001PO
0016VD
0015VD
060 MD
1REA 006BA 3 0.02m
9REA179VB
054VB
RCV002PO
1REA003PO 058VB 158VB
1REA006VD 1REA001PO 1REA007VD 1REA002PO
1REA010VD
9REA146VD
到 1RCP002PO3 号轴封
1REA 131VD
1REA139VD
9REA 002BA 3 300m
压水反应堆水化学
压水反应堆水化学压水反应堆水化学是指压水反应堆中与水相互作用的化学过程。
压水反应堆是一种核反应堆设计，它使用水作为冷却剂和减速剂，以控制和稳定核裂变反应过程。
在这种反应堆中，水化学是非常重要的，因为它涉及到核反应堆的燃料元素、冷却剂、结构材料和放射性废物的相互作用。
压水反应堆中的水化学主要包括废水处理、燃料元素的溶解、燃料包壳的腐蚀以及水母质的行为等方面。
首先，压水反应堆中产生的废水需要进行处理，以去除放射性核素和其他污染物。
废水处理过程中通常包括沉淀、滤过、吸附等步骤，以确保废水在放出环境之前达到安全标准。
其次，压水反应堆的燃料元素需要在水中溶解，以促进核反应的进行。
在核反应堆中，燃料棒是由铀或钚等放射性元素制成的。
当燃料棒置于水中时，水化学过程会导致铀或钚等元素从燃料棒中溶解出来。
这些溶解的放射性核素需要通过适当的措施进行处理和隔离，以防止对环境和人类健康造成危害。
此外，压水反应堆中的燃料包壳也需要注意腐蚀问题。
由于水中存在氧气和其他溶解的气体和离子，燃料包壳可能会受到腐蚀。
腐蚀会导致燃料包壳的退化和开裂，进而影响核反应堆的安全和性能。
因此，需要进行适当的防腐蚀处理，以延长燃料包壳的寿命并确保堆的运行稳定。
另外，由于压水反应堆使用的是轻水，水中的氢原子和氧原子之间的化学相互作用也需要考虑。
例如，氧原子可以与金属材料反应形成氧化物，从而引起材料的腐蚀。
此外，水中的氢原子还可以与放射性核素发生还原反应，导致核素的转化和迁移。
这些水中的行为和反应需要加以研究和管理，以确保核反应堆的安全运行和废物的处理。
总之，压水反应堆水化学是一个复杂而关键的领域，涉及到核反应堆的运行安全、废物处理和环境保护等方面。
从废水处理到燃料元素的溶解、燃料包壳的腐蚀以及水质的行为，都需要进行综合研究和管理，以确保核反应堆的安全性和可持续性发展。
第六章 压水反应堆水处理系统
R A M R M A
精品课件
在水质净化系统中，其交换原理 可用下式表示：
精品课件
⊙ 离子交换树脂的选择性
化学置换反应规律： （1）离子电荷 ①在低浓度水溶液中，交换离子的电荷越大，越易被树脂吸 附，对阳离子有下列顺序：
对阴离子则有：
②高浓度的低价离 子往往具有较高的交换“势”，这就是 树
脂的再生原理。
精品课件
（2）离子半径与水合作用 原子序数越大，水合能越小，因此有以下选择性 吸附顺序：
活度系数越高，交换“势”也越大。
精品课件
6.2.4 离子交换树脂的交换容量与净化 效率
⊙ 离子交换树脂的交换容量
离子交换树脂的交换容量系指单位体积或重量树脂能够交换的 离子数量。交换容量可用下面两种方法表示： （1）总交换容量 单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数，毫克当量/ 毫升湿树脂。 （2）工作交换容量 穿透容量，动态条件下单位体积或重量树脂中能够参加交换反 应的基团数。工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树 脂的利用率。
• 在反应堆回路传热表面的沉积，使传热 效率降低
• 积累过多时，可能造成堆芯局部流道阻 塞或换热面过热，引起严重事故
• 在停堆检修时，沉积的活化腐蚀产物的 放射性，会给维修工作带来很多麻烦
–及时有效地除去冷却剂中腐蚀产物，避免 腐蚀产物在回路中的过量积聚
精品课件
机械过滤的应用 • 冷却剂净化 • 主泵轴封水过滤 • 离子交换器后过滤 • 燃料水池澄清过滤 • 试剂的过滤 • 补给水、二路蒸汽发生器排污水和汽轮机
⒈ 溶胀
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结 构
的空隙中，离解，形成水合离子，树脂体积也因此
压水反应堆水处理系统介绍
离子交换基团的引入
• 强酸性阳离子交换树脂
白球的磺化反应是在加热条件下, 在二氯乙烷和
浓硫酸作用下完成的
• 强碱性阴离子交换树脂 向白球上引进季铵基团则要先经氯甲基化, 然后再 用叔胺(R3N)处理
离子交换树脂的主要物理性能
外形和颗度 离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质, 颜 色有白、黄、黑和赤褐色数种. 树脂的颜色与性能 关系不大. 在使用过程中, 随着树脂渐趋饱和, 颜色
离子交换机理
若将含有M±离子的溶液在一定的温度下, 以一 定的速度通过结构为R-A±型树脂床, 并测量进、 出口溶液浓度的变化, M±离子能被相当彻底地去 除,以后树脂逐渐饱和, 交换能力下降, 直至完全失 效.这一离子交换过程表示为: RA M RM A
离子交换树脂的选择性 离子电荷 在低浓度水溶液中, 交换离子的电荷越大, 越易被 树脂吸附, 对阳离子有下列顺序: Th4+＞A13+＞Ca2+＞Na+ 对阴离子则有： PO43-＞SO42- ＞NO3
但在高浓度水溶液中, 选择性差别缩小, 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势”, 这就是树脂 的再生原理.
离子半径与水合作用 低浓度水溶液中, 相同电荷的离子, 水合半径越小, 或离子的水合能越小, 就越容易被交换吸附. 原子 序数越大, 水合能越小, 越易吸附. 选择性吸附顺序:
Cs Rb K Na Li
往往逐渐加深.
树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效率、
水流通过树脂层的压力降以及水流分布的均匀程度
பைடு நூலகம்
都有一定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散
路程越短，交换过程就越迅速、越充分。但颗粒过
压水堆一回路系统及重要设备概述
压水堆一回路系统及重要设备概述简介压水堆一回路系统是一种应用广泛的核能发电系统，它是通过将核反应堆产生的热能转化为蒸汽驱动涡轮，最终产生电能。
本文将对压水堆一回路系统的结构和重要设备进行概述，旨在帮助读者对该系统有一个基本的了解。
压水堆一回路系统结构压水堆一回路系统由多个主要组件组成，包括主核反应堆、主循环泵、蒸汽发生器、冷却器、控制杆和涡轮机。
下面将对每个组件进行简要介绍。
主核反应堆主核反应堆是压水堆一回路系统的核心组件，它产生核链式反应，产生大量的热能。
主核反应堆由燃料棒、反应堆压力容器和反应堆堆芯组成，其中燃料棒是用于产生核反应的关键部分。
主循环泵主循环泵是负责将冷却剂水从主核反应堆中抽出并循环送回反应堆的设备。
主循环泵通过高压泵送液体冷却剂进入反应堆，同时承担了循环压力维持和热能传递的重要任务。
蒸汽发生器蒸汽发生器是将主循环泵中传回的高温高压冷却剂转化为蒸汽的装置。
首先，冷却剂通过蒸汽发生器中的热交换器，将其热能传递给辅助循环水，使其变为蒸汽。
然后，蒸汽被输送到涡轮机中驱动发电。
冷却器冷却器是用于将从蒸汽发生器中排出的过热的冷却剂冷却至常压状态的装置。
冷却器通常通过自然对流或强制对流的方式，利用环境的冷却效应将冷却剂降温。
降温后的冷却剂将返回主循环泵，再次循环。
控制杆控制杆是用于调节核反应堆中核链式反应的装置。
通过控制杆的升降，可以调节核反应堆的输出功率。
控制杆通常由各种吸中子材料制成，如硼化钡或碳化硼。
涡轮机涡轮机是压水堆一回路系统中的最后一个设备，它是通过蒸汽的压力和流速来驱动发电机，产生电能。
涡轮机的设计和工作原理与传统的蒸汽动力发电厂相似。
压水堆一回路系统的运行原理压水堆一回路系统的运行原理是基于核反应堆产生的热能驱动涡轮机工作。
下面将简要介绍一下压水堆一回路系统的运行过程。
1.主核反应堆中的核链式反应产生大量的热能，使冷却剂水的温度升高。
2.主循环泵将热能传递给反应堆中的冷却剂水，并将其循环送回反应堆。
核电站化学_压水反应堆水处理系统
2
Na Li
2
Ba
2
Sr
2
Ca
Mg
2
Be
2
I
Br Cl F
但随着温度或浓度增高, 同价离子交换“势”的差 别逐渐缩小, 甚至出现反常. 因此, 分离溶液浓度不 宜太高, 但树脂再生溶液浓度却应稍高些.
离子交换树脂的交换容量与净化效率
第五章 放射性污染处理 原则与控制
哈尔滨工程大学核科学与技术学院
教学目标
说出核电站化学去污原理和方法 描述核电站放射性废水、废气的产生、处理和控制
教学内容
系统和设备的化学去污 原理及方法 放射性气溶胶的去除 挥发性碘的除去 放射性惰性气体的去除 压水堆中的空气净化系 统
反应堆排水的处理 放射性废水的处理
但在高浓度水溶液中, 选择性差别缩小, 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势”, 这就是树中, 相同电荷的离子, 水合半径越小, 或离子的水合能越小, 就越容易被交换吸附. 原子 序数越大, 水合能越小, 越易吸附. 选择性吸附顺序:
Cs Rb K
溶胀性和含水率 树脂一经浸入水中, 水即扩散到树脂网状结构的空 隙中, 这时交换基团发生离解, 形成水合离子, 使树 脂交联网孔增大, 树脂体积也因此增大, 这种现象称 为树脂的溶胀.
溶胀率: 溶胀前、后树脂的体积比, 即树脂层体积 变化的百分比.
若将干燥树脂直接浸入水中, 溶胀过程的应力往往 会使树脂崩裂. 通常树脂总要保持一定水分, 一般是 50%左右. 包装破坏或贮藏条件改变都能使树脂含水率发生变 化, 因此含水率也是鉴定树脂性能的指标之一. 树脂溶胀性和含水率均与交联度有关, 交联度越大, 溶胀性越小, 含水率也越低. 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关, 交换基团的电离度越大, 或交换离子的水合度以及 水合离子的半径越大, 树脂的溶胀率也越高.
M310压水堆系统简介
M310压⽔堆系统简介M310压⽔堆系统简介⼀、反应堆冷却剂系统（RCP），⼜称⼀回路系统。
该系统将堆芯内核裂变所释放的⼤量热能导出，通过蒸汽发⽣器将⼀回路热量传给蒸汽发⽣器⼆次侧给⽔，使之产⽣饱和蒸汽，送到汽轮发电机发电。
1.系统由堆和三个环路组成.每⼀环路上有⼀台蒸汽发⽣器、⼀台反应堆冷却剂泵。
在其中的⼀个环路上还连接有⼀台稳压器以及稳压器卸压箱。
（见图1）。
⼀回路也起到包容住放射性裂变产物的第⼆道屏障。
2.主要设备——反应堆反应堆中核燃料芯块叠置在锆—4合⾦包壳管中，装上端塞，把燃料封焊在⾥⾯，从⽽构成燃料棒。
包壳将核燃料及其裂变产物包容住，构成了强放射性的裂变产物与外界环境之间的第⼀道屏障。
在堆芯装⼊三种不同浓度的核燃料，分别为1.8%、2.4%和3.1%。
⾼浓度燃料组件布置在外区，中⼼区浓度最低。
每次换料时，取出中⼼区的燃料组件，将第⼆区燃料组件倒换到中⼼区，将外区燃料组件倒换到第⼆区。
⽽在外区装⼊新燃料，这样每年更换三分之⼀核燃料组件。
控制棒束组件⽤于反应性的控制，它由强烈吸收中⼦的银—铟—镉合⾦构成。
它在燃料组件的导向管内移动，并由在反应堆压⼒容器顶盖上⽅的驱动机构提升和下降。
当需紧急⾃动停堆时，控制棒束组件靠重⼒⾃动落下。
控制棒束组件⽤来控制由负荷变化或反应堆停堆时所引起的反应性急速变化。
另⼀⽅⾯，依靠溶于反应堆冷却剂中的硼酸浓度来控制反应性缓慢⽽长期的变化。
这两种控制反应性的⽅式互为补充，相互结合确保堆芯反应性的调节和控制。
——蒸汽发⽣器它为⾃然循环型，由垂直的U型管束的蒸发段和汽⽔分离段组成。
⽤⼀回路的⽔加热⼆回路给⽔，使之产⽣饱和蒸汽并进⾏汽⽔分离和⼲燥后输送到汽轮机⾼压缸。
——反应堆冷却剂泵（⼜称主泵）⽤于克服⼀回路中设备和管道阻⼒，保证冷却剂的循环，它为⽴式离⼼泵，由泵体、电机、密封组件和飞轮组成。
主泵轴上有三级轴封，同时⽤⾼压⽔注⼊泵轴泵和密封组件之间，⽤于限制冷却剂从泵轴中泄漏。
简述压水堆本体结构的主要组成部分
简述压水堆本体结构的主要组成部分
压水堆本体结构的主要组成部分包括：
1. 反应堆压力容器（RPV）：也称为核心容器，是反应堆核心的
外部壳体，用于容纳核燃料和控制棒，并承受反应堆内部高温和高压环境。
2. 燃料组件：包括核燃料棒和燃料组件支撑结构。
核燃料棒是
由核燃料颗粒填充的金属或陶瓷材料制成的长型管状结构，用于容纳和控制核燃料。
燃料组件支撑结构用于支撑和固定核燃料棒。
3. 控制棒：用于调节和控制反应堆的核反应速率。
控制棒一般
由吸中子材料制成，如银、铁、钼等。
通过上下移动控制棒的位置，可以调节核反应堆的功率。
4. 冷却剂循环系统：用于将冷却剂（一般为水）从反应堆核心
带走核热，通过冷却剂的循环来控制反应堆温度。
冷却剂循环系统包括主冷却剂循环系统和辅助冷却剂循环系统。
5. 蒸汽发生器：将反应堆冷却剂中的热量转化为蒸汽，用于驱
动汽轮机发电。
蒸汽发生器由冷却剂侧和蒸汽侧组成，通过传热管将反应堆冷却剂的热量传递给水蒸气。
6. 蒸汽涡轮机：将蒸汽能量转化为机械能，驱动发电机发电。
7. 辅助系统：包括冷却水系统、氢气系统、废水处理系统等，
用于维持反应堆正常运行的各种辅助功能。
以上是压水堆本体结构的主要组成部分，这些组成部分共同协作，实现核能的发电过程。
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主要目的： 去除微量的放射性核素
运行环境： 在含有常量浓度的阳离子(如Li+, NH4+) 和阴离子(如硼酸离子)溶液中进行. 微量放射性元素在离子交换过程中的行为 在正常情况下, 一回路冷却剂中单个放射性核素的 浓度还不到μg/kg级水平, 其行为十分复杂. 它们除 了以离子态形式存在外. 还可以其它多种形式出现, 如中性分子(I2), 络合物, 胶体粒子(粒径10-3--1微米) 以及悬浮固体粒子(粒径大于1微米)等.
总交换容量 指树脂完全失效、全部交换基团都起作用时的交 换能力. 可用单位体积或重量的离子交换剂中交换 基团的总数表示,单位一般为毫克当量/毫升湿树脂.
工作交换容量 又称穿透容量, 在动态条件下单位体积或重量树脂 中能够参加交换反应的基团数, 单位也为毫克当量 /毫升湿树脂.
工作交换容量除了与交换过程的物理化学条件有 关外, 还取决于出水的水质要求. 出水水质越高, 工 作交换容量越低. 工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树 脂的利用率.
树脂的机械强度与交联度有关, 交联度越大, 机械 强度越好. 在实际操作条件下树脂会磨损破碎, 年损 耗率一般为3-7%. 为防止破碎树脂颗粒流出, 在净化 树脂床后, 设有高效率过滤器.
离子交换机理
若将含有M±离子的溶液在一定的温度下, 以一 定的速度通过结构为R-A±型树脂床, 并测量进、 出口溶液浓度的变化, M±离子能被相当彻底地去 除,以后树脂逐渐饱和, 交换能力下降, 直至完全失 效.这一离子交换过程表示为: R A M R M A
压水反应堆水处理系统
通过加入适量表面活性剂并连续搅拌, 可得到一定 颗粒度的聚合体小球, 通常称为白球. 这是一种三度空 间的网状结构聚合体, 其中苯乙烯的长链被二乙烯苯 “交联”成一个整体. 聚合物中二乙烯苯的百分含量称 为交联度. 一般商品树脂的交联度为8-10%.
向聚合体骨架上引进各种交换基团, 可以得到不同 性能的离子交换树脂, 根据交换基团的酸碱性强弱, 这 些树脂分别称为强酸(碱)性树脂或弱酸(碱)性树脂. 其 中强酸和强碱性树脂已在核工业中广泛应用.
强酸性阳离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺 序为: H L i N a N H 4 K
强碱性阴离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺 序为: O H H C O 3 C O 3 2 S O 4 2 C l N O 3
热稳定性和机械强度
温度对树脂机械强度和交换容量有很大影响, 温 度过高易使交换基团分解, 温度过低树脂的强度降 低.当水温达到零度时, 其内部水分的冻结能将树脂 胀裂, 因此不可将树脂存放在冰点温度以下.
离子交换基团的引入
• 强酸性阳离子交换树脂 白球的磺化反应是在加热条件下, 在二氯乙烷白球上引进季铵基团则要先经氯甲基化, 然后再 用叔胺(R3N)处理
离子交换树脂的主要物理性能
外形和颗度
离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质, 颜 色有白、黄、黑和赤褐色数种. 树脂的颜色与性能 关系不大. 在使用过程中, 随着树脂渐趋饱和, 颜色 往往逐渐加深.
树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效率、 水流通过树脂层的压力降以及水流分布的均匀程度 都有一定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散 路程越短，交换过程就越迅速、越充分。但颗粒过 小将引起树脂床压降剧增，逆洗时容易流失。
常用树脂的粒度在16-50目之间，相应的颗粒直 径为0.3-1.2毫米.
溶胀性和含水率
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结构 的空隙中，这时交换基团发生离解，形成水合离子， 使树脂交联网孔增大，树脂体积也因此增大，这种 现象称为树脂的溶胀.
溶胀率: 溶胀前、后树脂的体积比，即树脂层体积 变化的百分比。
树脂溶胀性和含水率均与交联度有关，交联度越大, 溶胀性越小， 含水率也越低。
树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关， 交换基团的电离度越大，或交换离子的水合度以及 水合离子的半径越大， 树脂的溶胀率也越高。
离子交换的净化效率和去污因子
净化效率定义：流经树脂床后溶液中杂质被去除 的份额, 常用百分数表示.
C1和C2分别为树脂床进出口溶液中核素浓度, 或进 出口料液的比放放射性.
去污因子定义：树脂床进出料液中特定核素的浓 度或放射性强度之比.
2 核级离子交换树脂性能
核工业应用的离子交换树脂在性能上的要求: 出水水质纯度高 。无论从补给水的纯度, 还是从废 水处理的放射性物质去除的程度考虑, 都必须优于商 用树脂. 通常采用核级强酸和强碱性树脂, 它们具备 交换速度快、交换能力强、对选择性低的离子，如 硅酸根, 铯离子等也有较好的去除效果.
IB rC lF
但随着温度或浓度增高, 同价离子交换“势”的差 别逐渐缩小, 甚至出现反常. 因此, 分离溶液浓度不 宜太高, 但树脂再生溶液浓度却应稍高些.
离子交换树脂的交换容量与净化效率
离子交换树脂的交换容量：单位体积或重量树脂 能够交换的离子数量. 在树脂网状结构中，交换基 团的密度越高, 交换容量就越大.
离子半径与水合作用 低浓度水溶液中, 相同电荷的离子, 水合半径越小, 或离子的水合能越小, 就越容易被交换吸附. 原子 序数越大, 水合能越小, 越易吸附. 选择性吸附顺序:
C s R b K N a L i
R a 2 B a 2 S r 2 C a 2 M g 2 B e 2
对pH值变化不敏感。 在反应堆运行中, 冷却剂中硼 酸的浓度变化很大, pH值随之变化. 强酸(碱)性树脂 在很宽pH值范围内都具有良好的离子交换作用.
稳定性好, 耐热性能、耐辐照性能都较强, 机械强度 高, 树脂的磨损率低.
核级树脂杂质含量低, 颗度均匀, 转型率高.
3 放射性核素的离子交换过程
离子交换树脂的选择性
离子电荷 在低浓度水溶液中, 交换离子的电荷越大, 越易被 树脂吸附, 对阳离子有下列顺序:
Th4+＞A13+＞Ca2+＞Na+ 对阴离子则有：
PO43-＞SO42- ＞NO3-
但在高浓度水溶液中, 选择性差别缩小, 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势”, 这就是树脂 的再生原理.