核动力装置净化核级离子交换树脂选型研究
王琳，付胃华²，谢杨”，陈童1
（1.环境保护部核与辑射安全中心.北京100082：2.中国核电工程有限公司，北京100840；3.中国核动力研究设计院核反应难系统设计技术重点实验室，四川成都610041）
摘要：净化用核级离子交换树脂在船用核动力装置一回路水化学中具有重要作用，目前的工程实践中 缺乏系统全面的导则来指导其应用.本文基于EJ/T734和火电厂的树脂相关标准的技术要求，综合考虑净化核级高子交换树脂使用的环境因素，开展了树脂的选型研究，并提出了净化核级离子交换树脂新的性能指标要求、性能试验的方法及其评价准则.
美键词：船用核动力装置：净化核级高子交换树脂：选型
中图分类号：TL353 文章标志码：A 文章编号：0258-0918（2013)04-0443-06
Study onSelection ofNuclear-grade Exchange Resin for Purification in Marine Nuclear Power Plant
WANG Lin' FU Xiao-hua' XIE Yang? .CHEN Tong
(1. Ntlet snd Rardisricn Ssfety Center of MEP Beijing Chins Nuclear PowerEngineering Co. Ltd. Beijing 100840;3 Key Laboratory of Reactor System DexiguTechnology Nuclear Power Institute of China Chengdu of Sichuan Prov. 610041)
Abstraet; Nuclear-grade exchange resin for purification plays an important role in theprimary water chemistry of marine nuclear power plant.But systematic and prehensive guidance for its application is absent in engineering practice. The studyin this paper is based on the EJ/T 734 and the standards for the exchange resin used inwater purification for fossil fuel power plant. The adopted environment factors havebeen taken into account in this study on selection of the nuclear-grade ion exchange resin The seleetion principle is developed to utilize the new performance index andperformance test method as well as the evaluation criterion.
Key words; marine nuclear power plant; nuclcar-grade exchange resin for purification;seleetion
过程中，维持冷却刻水化学制度所要求的各项水质指标，必须投入净化系统的核级离子交换树脂
要保证船用核动力装置的安全稳定运行，有效的化学监督和控制非常重要.在反应堆运行
去除冷却剂中的杂质、腐蚀产物和放射性核素.
作性较差，
净化核级离子交换树脂在核动力装置一回路水化学控制中具有重要作用，但是目前缺乏系统全面的导则来指导其应用.如果出现核级树脂供应的问题，要进行新品种树脂的选型将 面临很多难题.
2净化核级离子交换树脂的选型 原则
要求： 净化核级离子交换树脂选型时应满足以下
日前，火力发电厂水处理用离子交换树脂有或熟明确的选型要求.由于火电厂水处理用离子交换树脂为常规树脂，船用核动力装置净 化用离子交换树脂为核级树脂，两者物理和化学性能要求有所不同.净化核级离子交换树脂的工作介质为强辐照的反应堆冷却剂，与火力发电厂常规树脂的工作介质也有较大差异.因此，不能完全借用火力发电厂的树脂选用原则 来指导净化核级离子交换树脂的选型工作，有必要根据国家相关标准，结合压水堆核电厂水处理核级离子交换树脂的规范，针对净化核级离子交换树脂的工作温度、受辐照情况、工作压 力等环境因素，提出净化核缓离子交换树脂的选型导则，用于其选型、试验和验收.
（1）根据船用核动力装置的水质要求应选用强酸性和强藏性的树脂.因为这类树脂交换酸根、艳离子等也有去除效果. 速度快，交换能力强，对选择性低的离子，如硅
（2）对pH值的变化不敏感.在很宽的pH值范围内都具有良好的离子交换作用.
（3）杂质含量特别是可溶解的有机物含量较低，颗粒均匀度和转型率稍高.
（4）耐压稳定性好3.针对净化核级离子交换树脂低温高压的使用环境，树脂应具有良好的耐压性.
（5）耐温性能良好”，在净化核级离子交换树脂长期运行的温度下具有较好的热稳定性，核 级离子交换树脂选用前应开展耐温性能试验.
（6）抗辐照性能好，选用的净化核级离子交换树脂应进行抗辐照考验，试验前后理化性能应无明显变化，
1净化核级离子交换树脂的选型 依据
1.1火力发电厂离子交换树脂的选型依据
3净化核级离子交换树脂的选型 研究
火力发电厂水处理用离子交换树脂有成熟明确的选型要求，DL/T519火力发电厂水处理用离子交换树脂验收标准》中规定了树脂的 验收技术要求、验收规则及有关的测试方法.DL/T771（火电厂水处理用离子交换树脂选用导则》中规定了各种水处理设备选用树脂时应遵循的原则，包括树脂种类的选择、新品种树脂 的选用、国外树脂的选用、补充树脂的选择、供货树脂的形式、凝结水处理用树脂的选择等，并明确了树脂的耐热性能、抗渗透压冲击能力指标及其试验方法和评价体系.
基于净化核级离子交换树脂的选型原则开耐压性能、耐温性能和耐辐照性能. 展树脂的选型研究，重点关注其理化性能要求、
3.1净化核级离子交换树脂的物理化学要求
目前船用核动力装置净化核级离子交换树脂的性能要求见表1.
表1净化核级离子交换树脂理化性能要求 Table 1 The origin performance index fornaclear-grade purification ion exchange resin
1.2净化核级离子交换树脂的选型依据
指标名称 指 标阳树瘤H HOQ/mmol g1（） 粮度/日 20~40 >4. 5 20~40 >3. 0复型率 >95X氧型率 >80%
目前针对净化核级离子交换树脂的选型缺少系统的选用导则.只能参考EJ/T734《水冷堆核级离子交换树脂技术条件》的要求进行相关试验验证和基本理化性能筛选，但是， EJ/T734没有明确核级离子交换树脂性能试验的具体方法和评价体系，内容过于筒单，可操
行压差，因此，树脂的颗粒大小和均匀程度会 质.控制树脂的颗粒均匀性可以获得最小的运影响树脂的交换能力、净化效率、水流过树脂层的压力降，影响装置的水处理工艺.
该表
标指标名称 阳树脂H 屏树斯OHCI含量 <5%CO含量 <10%钢含量/（mg/kg) 铁含量/（mg/kg） <100 <50 18 <50附含量/(mg/kg) <50 4.5 0. 66 ~0. 71 >3.0粒度：范图 (0. 42~1. 2mm)95%下限 （<0.29mm）<0.5%复型率气氧型率 C1含量 90%CO含量 <9.5%SO含量 <0.5%钢含量（mg/kg) <109 <50 <199 <5铝含量(mg/kg) 铁含量（mg/kg) < <H有机物 微量 微量 树脂颗粒外观是否一致，树脂有无破碎，进一步 （2）结果分析和评价：目视检查试验前后检查理化性能指标（质量全交换容量、磨后圆球率），验证试验前后树脂性能应无明显变化. 3.3净化核级离子交换树脂的耐温性能 响，温度过高使交换基团分解，温度过低树脂的 温度对树脂机械强度和交换容量有较大影强度降低，当水温达到0C时，其内部水分的冻结能将树脂胀裂，因此应明确规定树脂的贮存和存放湿度在5℃以上.阳树脂的耐热性能 较阴树脂好，而盐型树脂的耐热性又较氢型和氢氧型树脂好，研究表明，阳树脂的使用温度可达100~110℃，阴树脂的使用温度不宜超过60℃，因此，净化核级离子交换树脂的耐温性 能主要考虑其热稳定性. （1）粒度分布范围的要求：控制树脂的小颗粒数量可以防止树脂堵塞和漏人系统带来杂 研究结果表明，强碱阴树脂受热后其性能 交换容量的下降，尤其是强碱基团容量的下降 指标的变化主要是强碱基团交换容量和质量全率更大.而强碱基团容量的多少，是影响阴树脂工作性能的主要因素，因此，可通过强碱基团交换容量的下降率考核阴树脂的热稳定性， 采用DL/T771中的测试方法进行树脂耐湿试验的初步筛选.在此基础上进行净化核级离子交换树脂工作温度下的长周期耐温试验. （1）加速耐温试验 试验方法：称取一定量的核级阴、阳树脂样品，盛装在带磨口塞的维形中，加人去离子水，置于90℃士1C的恒温水浴锅中，恒热100h.试验结果见表3和表4. Table 3 Results of heat resisting test 表3核级阳树脂耐热试验结果fer nuclear-grade cation resin 项日 试验前 试验后 变化率/%Q 5.10 5 09 0. 19含水量/% Q 55. 12 1.85 55.22 1.85 0.18 0后图球水 98. 79 98.65 0. 14 Table 4Results of heat resisting test 表4核级明树脂耐热试验结果for nuclear-grade anion resin 项目 试验前 试验后 变化/%含水量/% Q 55. 13 3.63 56. 08 3.43 5.5 1.72Q. 1.11 1. 02 8.1康后圆球率 96. 05 96. 15 0.10 结果评价和分析：分析试验前后核级阳树脂的质量全交换容量、体积全交换容量（Q.）、含水量、湿真密度、湿视密度、磨后圆球率等理化指标的变化，核级阳树脂的质量全交换容量 和体积全交换容量在试验前后无明显变化. 分析试验前后核级明树脂的质量全交换容量、强碱基团交换容量（Q）、体积全交换容量、含水量、湿真密度、湿视密度、磨后圆球率等理在试验前后下降率不超过13%，满足DL/T 化指标的变化，阴树脂最大强碱基团交换容量771的规定. （2）长周期耐温试验 试验方法：称取一定量的核级阴、阳树脂样品，装在带磨口塞的锥形瓶中，加人去离子水，置于60℃士1C的恒湿水浴钢中，恒热90天，分析试验前后的树脂理化性能，评价树脂的热 稳定性.试验结果见表5和表6所示. 表5核级阳树脂90天耐热试验结果Tablte 5 Resalts of 90 days heat resistingtest for mclear-grade cation resin 项目 Q 试验病 5 08 试验后 5 07 空化率/% 0.2含水量/% 54.07 53. 95 0. 22Q 1.87 1. 87 0后民球率 98.65 98. 32 0.33 表6核级阴树脂90天耐热试验结果Table 6 Results of 90 days heat resistingtest for nuclear-grade anion resin 项目 试验前 试验后 变化/%Qs 3. 79 3.68 2. 90Qx 3. 61 3. 43 4. 99含水量/% 59 45 58 95 0.84磨后圆球率 Q. 97. 52 1. 06 97. 21 1. 06 0. 32 0 脂的质量全交换容量、体积全交换容量、含水 结果评价和分析：分析试验前后核级阳树量、湿真密度、湿视密度、磨后圆球率等理化指标的变化，核级阳树脂的质量全交换容量和体积全交换容量在试验前后应无明显变化，满足EJ/T734的要求. 分析试验前后核级阴树脂的质量全交换容量、强碱基团交换容量、体积全交换容量、含水量、湿真密度、湿视密度、磨后圆球率等理化指标的变化，阴树脂质量全交换容量在试验前后 下降率不超过10%，满足DL/T771的规定. 3.4净化核级高子交换树脂的耐辐照性能 分析 反应堆用树脂的耐辐照性是多种效应的综射性元素和腐蚀产物造成的辐照破坏，净化离 合，包括放射性核索的衰变，树脂本身吸附的效子交换器中的流动水辐照下产生的强活性游离 树脂必须具有一定的辐照稳定性. 基对树脂结构上的破坏.因此，核级离子交换 经受一定辐照后能保持其理化性能，这是抗辐照稳定性净化核级离子交换树脂必须具备的重要指标，选型时应开展树脂的耐辐照性能分析及模拟试验. 试验方法和评价准则如下： 试验方法：取一定量的树脂样品，分别盛装在聚乙烯塑料瓶中，加人足量的去离子水，采用”Co放射源进行辐照处理.辐照试验的剂量 应远大于核动力装置净化核级离子交换树脂可能的辐照剂量.试验结果如图1和图2所示. 图1阳树指的耐辐照试验结果 Fig 1 Results of irradiation test for cstion resins 图2阴树脂的耐辐照试验结果Fig. 2 Results of irradiation test for anion resins 结果评价和分析：检查辐照试验后核级阴、 4 结束语 参考文献： 阳树脂的颜色变化，失水现象.绘制树脂的辐 照前后理化性能（交换容量和磨后圆球率）的变化曲线. 分析验证树脂辐照前后能保持其理化性能，具有良好的抗辐照性能. 本文基于船用核动力装置的运行特点，确定净化核级离子交换树脂的选型原则，开展树新的理化性能指标、性能试验的方法及其评价 脂的选型研究，提出了净化核级离子交换树脂标准： （1）按照新的理化性能指标开展净化核级树脂. 离子交换树脂的初步筛选，选择满足要求的 （2）开展耐压性能分析及模拟试验，试验前后净化核级离子交换树脂性能稳定，理化性能参数测定结果无明显变化. 验，阳树脂的质量全交换容量和体积全交换容 （3）开展加速耐温试验和长周期耐温试量在试验前后均无明显变化；阴树脂的最大强碱基团交换容量在加速耐温试验前后下降率不超过13%，质量全交换容量在长周期耐温试验 前后下降率不超过10%. （4）开展耐辐照性能分析及模拟试验，验证核级树脂的良好抗辐照性. 置净化核级离子交换树脂的选型工作.按照 基于选型研究结果，开展了船用核动力装新方法确定的净化核级离子交换树脂在船用核动力装置上运行状态良好，满足系统使用要求， 置的净化核级树脂的选型工作，同时也为净 选型研究成果可用于指导船用核动力装化核级离子交换树脂的选型导则的确定奠定了基础. [1]DL/T5]92004.火力堂电厂水处理用离子交换树座[2]DL/T77]-2001.火电厂水处理用离子交换树脂选用导 验收标准[S].2004.则[S] 2001.[3]EJ/T734-1992.水冷堆核级离子交换树脂投术条件 [s] 1992.
