压水反应堆水处理系统介绍
压水堆核电厂：设备冷却水系统(RRI)6页
设备冷却水系统（RRI）一、系统功能：RRI的主要功能：(1)冷却各种核岛热交换器(2)经过由安全厂用水系统（SEC）冷却的热交换器将热负荷传递至最终热阱——海水。
(3)在核岛热交换器和海水之间形成屏障，防止放射性流体不可控制地释放到海水中，避免每个核岛热交换器由于海水冷却而产生腐蚀污垢等问题。
二，系统组成系统包括两个独立的安全系列，一个公用环路以及在两个机组之间还有设备冷却水系统的公共部分。
运行特性设备冷却水系统的热交器的工作台数取决于在不同运行工况下所排放的热量。
设备冷却水系统泵的工作台数取决于所需要的总热量。
在带功率运行的情况下，排放的热量实际上是常量，主要用户是主泵，非再生热交换器和控制棒驱动机构。
在反应堆降温时，排放的热量是变化的，而最重要的用户是余热排出系统。
在更换燃料时，一回路水温被维持在60℃，那时，设备冷却水系统所需排放的热量比反应堆降温工况时少得多。
1.安全系列设冷水与反应堆安全设施有关的部分是有100%的冗余度，设计考虑了单一故障准则及厂内、厂外电源丧失的情况，供水回路由两个独立的系列组成，两个独立系列分别由电源LHA、LHB供电，每个安全系列分别由两台100%的离心泵，两台50%容量的RRI/SEC热交换器。
一个波动箱和相应的管道和仪表组成。
波动箱接在泵的吸入端，提供泵的吸入压头，并对水的膨胀、收缩和可能的泄漏提供补偿，它的排气管接到核辅助厂房通风系统（DVN），因为它可能带有放射性。
补水来自核岛除盐水分配系统（SED），水箱中的水过满时能使多余的水排放到核岛排气及疏排水系统（RPE）。
缓蚀剂通过加药系统（SIR）注入RRI系统，其中化学药品是磷酸三钠Na3PO4，目的调节PH值，从而减少冷却水对设备的腐蚀。
121RRI处在一回路和海水系统间密封回路冷却水系统，它的设计压力必须考虑在大多数运行情况下，不能向一回路系统泄漏，同时不能低于海水侧压力，使海水有可能漏入，引起核设备的结垢和腐蚀。
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。
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（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。
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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.
核电站化学_压水反应堆水处理系统73页PPT
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。————周 恩来
核电站化学_压水反应堆水处理系统
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
压水堆核电厂：反应堆硼和水补给系统(REA)
247.5 m 3 37 m 3 约 13.6m
两个机组 210 m
3
3
RIS
在 TEP 故障时 3 约≤0.23m 3 1700 m 3 约 30 m 3 4.5 m 3 4.5 m 约 1.5 m
3
27.2 m /h
3
RCV
2பைடு நூலகம்.2 m /h
3
三。系统的运行方式 a) 系统的备用状态和泵的启动
在反应堆启动之前，REA 系统已经处于备用状态。 1. 一台除盐水泵和一台硼酸泵选择在“AUTO” （自动）方式（接收到补给命令时 才运转） ，另一台除盐水泵和另一台硼酸泵都在“MANUAL” （手动）方式； 2. REA015VD、016VD、065VB、018VB 都处于“自动”方式，RCV154VP 处于 “手动”关闭位置； 3. 与正常补给相关的手动阀门都打开，通向 RCP 和 RRA 系统的管线也开通，而 补给旁路管线和 PTR 的连接管线被隔离，REA210VB 和 120VD 等也关闭。 选择在“自动”方式的除盐水泵在以下四个信号作用下自动启动： （1） 要求“稀释”的信号； （2） 由 RCV002BA 低水位触发的“自动补给”信号； （3） 要求“手动补给”的信号； （4） RCP 主泵轴封立管低水位信号。 选择在“自动”方式的棚酸泵在以下三个信号作用下自动启动： （1） 由 RCV002BA 低水位触发的“自动补给”信号；
来自 PTR 001BA 3 6 m /h
3 3
频率 — — 15 次/年 600 次/年 例外充水 3 次/年 — 例外 — 3 次/年 — 例外 每年 每年
要求
（每次运行）
反应堆冷却剂系统 RCP 稳压器卸压箱 反应堆冷却剂密封 REA PTR 硼酸储箱 化学混合罐 换料水箱 （PTR 001BA） 硼注入箱与再循环 回路 安注罐 容控箱和到 RCP 的 上充泵吸入口
压水堆核电厂安全厂用水系统(SEC)
安全厂用水系统（SEC）一．系统功能：(1)SEC的主要作用是把设备冷却水系统（RRI）收集的热负荷输送到最终热阱——海水。
(2) SEC系统还保证限制RRI/SEC板式热交换器内有机污垢的生成（注入次氯酸钠和装设贝类捕集器）。
(3)安全功能用于在正常运行和事故情况下能把从与安全有关构筑物、系统和部件来的热量输送到最终热阱。
二．系统描述SEC系统由两个独立的且实体隔离的回路构成A、B系列,每个系列有两台并联的100%SEC泵.在整个SEC系统的起点,有两条DN 1200的钢筋砼内衬玻璃钢管的隧道从杭州湾取水，取水口为CRF和SEC系统共用，经过近300m 的输水隧道后，进入安全厂用水泵房（在进泵房前，两条DN 1200的管道已分成了四条DN 750的隧道）。
泵房内设有四台SEC鼓形滤网，对应每台鼓形滤网的上游分别配备有一个检修闸门，两台拦污栅和格栅除污机。
鼓形滤网的出口进入SEC泵的吸水暗渠。
吸水暗渠分为两格，每两台鼓形滤网的出水与一格暗渠相连，两格暗渠中间以双隔离阀隔开，平时关闭。
在暗渠中设有搅冲管冲沙以防止泥沙沉积。
每格暗渠与两个机组的各一个系列相连。
SEC泵出水管沿GA沟进核辅助厂房的NEF区之后，海水经过贝类捕集器进入RRI/SEC板式热交换器。
每条回路的SEC管先排入溢流井，然后排入钢筋砼管道（GS），最后汇入CRF系统的排水井（CC）排至最终热阱——海水。
一个机组的一条钢筋砼排水管（GS）能排出两个机组的排水量。
对每台机组，每个系列的溢流井之间设有连通孔以保持未运行的SEC系列处于充水状态。
为防止水生物的侵入，除了在输水隧道上的进水闸门或拦污栅上游加氯外，还在每个系列的两台RRI/SEC热交换器上游装有两台并联的贝类捕集器。
贝类捕集器是一个网孔为2×2mm的圆柱形过滤器。
在贝类捕集器上有一个排污阀，可以用压差控制或由时间继电器控制阀门的开启进行反冲洗。
127安全厂用水泵、反冲洗泵及反冲洗过滤器的电机以及鼓形滤网的低、高速电机均可由应急柴油发电机供电。
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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
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，
在核动力堆中，设置离子交换系统 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.
Ra2 Ba2 Sr 2 Ca2 Mg 2 Be2
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
1 离子交换树脂基础知识
离子交换树脂的结构 最常用的有机合成离子交换树脂的本体(又称骨 架)由苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高分子化合物.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
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. 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.
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。 强酸性阳离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺 K 序为: H Li Na NH4 强碱性阴离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺 序为: OH HCO3 CO32 SO42 Cl NO3