Тема: Система обессоливания добавочной воды 1. Назначение, маршруты потоков сред, конструкция ионообменных фильтров. 2. Процессы обработки воды на ионообменных фильтрах. Контролируемые параметры. Литература: 1. Учебное пособие «Системы и оборудование химических цехов АЭС» . 2. Обучающий компьютерный курс «Вода» 4 раздел. 3. Техническое описание системы «OUА» .
1 вопрос. Назначение, маршруты потоков сред, конструкция ионообменных фильтров Система обессоливания добавочной воды (OUА) предназначена для получения обессоленной воды, которая в дальнейшем направляется на: • заполнение и отмывку первого и второго контуров перед пуском энергоблоков; • восполнение потерь воды и пара первого и второго контуров при работе энергоблоков на мощности; • собственные нужды ХВО, СВО, БОУ; • электролизную.
Маршруты потоков сред Вода, прошедшая предварительную очистку на установке предочистки поступает на цепочку обессоливания: сначала на I ступень, а потом на II ступень, фильтры смешанного действия являются III-ей ступенью обессоливания. Для исключения возможности попадания ионообменной смолы в тракт 1 и 2 контуров с обессоленной водой, в случае нарушения дренажной системы фильтров, устанавливается ловушка зернистых материалов в каждой цепочке обессоливания. Пройдя цепочку обессоливания добавочная вода направляется в баки запаса конденсата (БЗК), откуда насосами обессоленной воды подается потребителям.
В процессе работы установки ионообменные фильтры в результате истощения ионообменной загрузки, выводятся на регенерацию. Для восстановления объемной емкости – шихту регенерируют регенерационными растворами H 2 SO 4 и Na. OH. Регенерационные воды сбрасываются в баки-нейтрализаторы, а воды от взрыхления фильтров поступают в БОМ системы «OUC» . Система обессоливания добавочной воды размещается в фильтровальном зале помещения химводоочистки.
Компоненты системы обессоливания добавочной воды • • • предвключенный Н-катионитовый фильтр; Н-катионитовый фильтр первой ступени; ОН-анионитовый фильтр первой ступени; бак частично обессоленной воды; насосы бака частично обессоленной воды; Н-катионитовый фильтр второй ступени; ОН-анионитовый фильтр второй ступени; фильтр смешанного действия; ловушка зернистых материалов; насосы обессоленной воды.
Система обессоливания добавочной воды 1 2 3 6 7 5 На цепочки 2, 3, 4, 5 Осветлённая вода после предочистки 4 8 9 9 8 8 9 В главный корпус и на другие нужды 1 – катионитовый фильтр предвключенный; 2 – катионитовый фильтр I ступени; 3 – анионитовый фильтр I ступени; 4 – бак частично обессоленной воды; 5 – насос частично обессоленной воды; 6 – катионитовый фильтр II ступени; 7 – анионитовый фильтр II ступени; 8 – фильтр смешанного действия; 9 – бак запаса чистого конденсата.
Общий вид фильтров «цепочки» обессоливания
Кроме основных компонентов установка обессоливания включает вспомогательные системы. К ним относятся: Система реагентов, предназначенная для подачи концентрированных растворов H 2 SO 4 и Na. OH в баки-мерники кислоты и щелочи. Система нейтрализации сбросных вод, предназначенная для сбора и удаления послерегенерационных вод, образующихся в результате проведения регенерационных операций на оборудовании системы. Система сбора вод, образующихся в результате проведения операций взрыхления на фильтрах цепочки обессоливания.
Внешний вид баков-мерников и насосов дозаторов серной кислоты
Конструкция ионообменных фильтров Каждый фильтр, входящий в систему обессоливания (Нпр, Н 1, Н 2, А 1, А 2, ФСД) представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд с внутренней химзащитой от коррозии. Фильтры обвязаны системой наружных трубопроводов для подвода и отвода воды и регенеративных растворов. Для внутреннего осмотра и ремонта они имеют верхний и нижний лазы. Внутри каждого фильтра смонтированы верхнее распределительное устройство (ВРУ), нижнее распределительное устройство (НРУ), а ФСД имеет еще и СРУ, служащее для равномерного распределения и сбора воды и регенерационных растворов по сечению фильтра. Нижнее днище фильтров залиты кислотоупорным бетоном, поверх которого нанесен защитный слой мастики «битуминоль» до уровней щелей НРУ. Во избежание выноса мелких фракций ионита через щели НРУ во все фильтры кроме ФСД загружен подстилочный слой антрацита высотой 150 мм.
Схема фильтра А Г В 1 2 3 1 – верхнее глубоко выпуклое днище; 2 – верхняя водораспределительная система; 4 3 – консольная опора; 5 4 – смотровые окна; 5 – цилиндрический кожух; 6 – нижнее глубоко выпуклое днище; 7 – нижняя водосборная система; Д 6 7 Б Е 8 8 – опора.
Фильтр смешанного действия 8 Подвод конденсата в рабочем режиме Перепускное ВРУ 1 - перепускная трубка; 2 - заполняющее ВРУ (ЗВРУ); 1 7 Заполняющее ВРУ Гидрозагрузка 6 5 Среднее распределительное устройство ВРУ 3 - нижнее распределительное устройство (НРУ); 4 - перепускное нижнее распределительное устройство (ПНРУ); 5 - среднее распределительное устройство (СРУ); 2 6 - сигнальная трубка; Перепускное НРУ 4 3 Нижнее распределительное устройство ВРУ Гидровыгрузка Подвод конденсата при пусковом режиме 7 - перепускное ВРУ (ПВРУ); 8 - верхнее распределительное устройство (ВРУ).
Вопрос 2. Процессы обработки воды на ионообменных фильтрах. Контролируемые параметры. В ядерной энергетике применяются в основном следующие отечественные ионообменные материалы: • сульфоуголь СК-1 в водородно-солевой форме (Н+-форма, Na+-форма); • катионит КУ-2 -8 в водородно-солевой форме (Н+-форма, Na+-форма); • анионит АВ-17 -8 в гидроксильно-солевой форме (ОН--форма, Cl--форма); • анионит АН-31 в гидроксильно-солевой форме (ОН--форма, Cl--форма); • катионит КУ-2 -8 чс в водородной форме (Н+-форма); • анионит АВ-17 -8 чс в гидроксильной форме (ОН—форма). Качество ионитов определяется рядом физико-химических и технологических свойств, важнейшими из которых являются: • фракционный состав; • насыпная плотность; • химическая стойкость; • механическая и осмотическая прочность; • содержание влаги; • обменная емкость.
Схематически формулу катионита КУ-2 -8 и анионита АВ-17 -8 можно представить в следующем виде Катионит КУ-2 -8 Анионит АВ-17 -8 RAOH– RKH+ SO 4 - H+ NR 3 OH– Сущность ионного обмена заключается в извле-чении из водных растворов различных ионов посредством обмена их на другие ионы, входящие в состав фильтрующих материалов ионитов. Обработка воды методом ионного обмена экономически выгодна при солесодержании воды, не превышающем 1 г/кг. В противном случае ионообменные смолы быстро истощаются. Замена фильтрующего материала, ввиду большей стоимости ионитов, обходится дорого, а регенерация приводит к появлению большого количества вод, требующих нейтрализации.
Упрощенный химизм реакций при ионном обмене представлен ниже: Катионит после фильтрации Катионит до фильтрации НCl Rк H+ + OH- + Na+ + Cl- → Rк. Na+ + OH- + H+ + Cl. Н 2 О Ионы исходной воды Противоион на КФ гидроксила при р. Н исходной воды > 7 Анионит до фильтрации Анионит после фильтрации Rа. ОН- + H+ + Cl- → Rа. Cl- + OH- + H+ Ионы воды, поступающей на АФ Н 2 О
Все катионы и анионы раствора, поступающие в КФ, АФ, насыщают сначала верхние слои фильтрующего материала. С течением времени, вновь поступающие ионы, обладающие большей электрохимической подвижностью, вытесняют из верхнего слоя ионы, обладающие меньшей электрохимической подвижностью, и последние вступают в реакцию ионного обмена с ниже лежащими слоями фильтрующего материала. Чем меньшей подвижностью обладает ион, тем быстрее наступает его проскок через фильтр и тем медленнее нарастает его концентрация в фильтрате. Электрохимическая подвижность иона зависит от его электрического заряда. По величине электрохимической подвижности ионы располагаются в ряды, так называемые ряды селективности (избирательности). Ряд селективности катионов: Cr 2+ > Sr 2+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K+ > NH 4+ > Na+ > H+. Ряд селективности анионов: I- > SO 42 - > NO 3 - > Cl- > HCO 3 - > HSi. O 3 - > OHИз представленных рядов можно видеть, что в фильтрате за катионитовым фильтром первыми появляются ионы Na+, за анионитовым фильтром – ионы кремниевой кислоты HSi. O 3 -, как ионы, обладающие меньшей электрохимической подвижностью.
Более подвижные ионы вытесняют менее подвижные, поглощенные ионитом, даже когда их концентрация намного ниже. Проскок таких сильных ионов, как например Са 2+, Сl-, наступает только тогда, когда будут вытеснены более слабые ионы Na+, HCO 3 - и НSi. O 3 -. Это дает возможность отключать на регенерацию ионитовые фильтры при появлении в фильтрате ионов натрия и кремниевой кислоты. Распределение ионов в слое ионитов: а) – катионита; б) анионита.
Обрабатываемый раствор вводится в фильтр через ВРУ. Раствор проходит через ионит и выходит через НРУ или сборную систему. В обычных прямоточных установках ионит заполняет только половину объема фильтра. Оставшийся объем рассчитан для взрыхления ионита обратным потоком воды. Цикл ионного обмена с прямоточной регенерацией состоит из 4 процессов: 1. Истощение ионита (или рабочий процесс). 2. Взрыхление. 3. Регенерация. 4. Отмывка.
Схема ионообменного фильтра
Истощение (рабочий процесс). Обрабатываемая вода проходит через слой ионита и истощает его. Как только общее количество поглощенных из воды ионов достигает величины рабочей емкости ионита (т. н. точки проскока) , рабочий процесс останавливается. Взрыхление. После рабочего процесса для подготовки к регенерации ионит взрыхляется в течение 15 мин обратным потоком воды. Кроме того, при этом удаляются частицы, задержанные на поверхности слоя, и мелкие фрагменты ионита. Регенерация. Восстановление ионообменной емкости смолы. Регенерационный раствор с заданной концентрацией медленно, в течение 15. . . 60 мин, фильтруется через слой ионита. Регенерация ионообменных материалов в фильтрах после истощения производится двумя методами: • прямотоком, когда регенерационный раствор в фильтр подается в том же направлении, что и исходная вода; • противотоком, когда регенерационный раствор подается в направлении, обратном направлению подачи
Отмывка. Для отмывки фильтров используют их фильтрат. Значительная экономия при этом может быть достигнута за счет обработки отмывочной воды с целью удаления «следовых» концентраций солей регенера-ционного раствора. Отмывочные воды направляются в БОМ. На АЭС реализация ионного метода в технологии теплоносителя реализуется на цепочках обессоливания ХВО, ФСД на БОУ, на фильтрах СВО-2, 3, 4, 5, 6, 7. Применение в схемах последовательного использо-вания Н+ и ОН- фильтров обусловлено оптимальными режимами работы фильтров в кислой и щелочной средах.
На отечественных АЭС для обессоливания воды принята двухступенчатая схема одноименных ступеней ионирования, что позволяет понизить остаточные концентрации ионов в обрабатываемой воде. Эта схема требует правильного выбора ионообменных смол для ОН-анионитовых фильтров. ОН-анионитовые фильтры первой ступени загружаются слабоосновными анионитами АН 31. Слабая угольная и кремневая кислоты низкоосновными анионитами не сорбируются. Кроме этого, использование низкоосновного анионита позволяет производить очистку воды от органических соединений.
На АЭС технологические схемы раздельного Н+- и ОН--ионирования воды всегда дополняют конечной стадией совместного Н+-ОН--ионирования воды. Эта стадия осуществляется фильтрованием воды через слой перемешанных зерен катионита и анионита, находящихся соответственно в Н+ и ОН--формах. Аппараты, фильтрующий слой в которых представляет смесь катионита и анионита, получили название фильтров смешанного действия.
Контролируемые параметры цепочки обессоливания При нормальной работе цепочки обессоливания контролируются следующие параметры: Расход осветленной воды на цепочку – 140 м 3/л æ на выходе А 2 ст – 2, 0 мк. См/см р. Н на выходе А 2 ст – 7, 0 р. Н после ФСД – 7, 0 æ после ФСД – 0, 3 мк. См/см Р на входе Нпр – 4, 5 кгс/см 2 Р на выходе Нпр – 4, 0 кгс/см 2 Р на входе Н 1 ст – 4, 0 кгс/см 2 Р на выходе Н 1 ст – 3, 5 кгс/см 2 Р на входе А 1 ст – 3, 5 кгс/см 2 Р на выходе А 1 ст – 3, 0 кгс/см 2 Р на входе Н 2 ст – 4, 0 кгс/см 2 Р на выходе Н 2 си – 3, 5 кгс/см 2 Р на входе А 2 с т – 3, 5 кгс/см 2 Р на выходе А 2 ст – 3, 0 кгс/см 2 Р на входе ФСД – 3, 0 кгс/см 2 Р на выходе ФСД – 2, 5 кгс/см 2
Выводы Рассмотрен состав и компоненты системы обессоливания. Метод ионного обмена имеет как преимущества, так и недостатки. К преимуществам следует отнести высокую степень очистки, простоту и надежность. К недостаткам можно отнести высокую стоимость ионообменных материалов, большой расход реагентов, необходимость нейтрализации послерегенерационных растворов, низкую термостойкость материалов и обработку воды при солесодержании не выше 1 г/л.
Скачать презентацию Тема Система обессоливания добавочной воды 1 Назначение маршруты
Система обессоливания добавочной воды.ppt