Способ регенерации ионообменной смолы блочной обессоливающей установки системы конденсатоочистки АЭС Советский патент 1993 года по МПК B01J49/00 C02F1/42 

Техническое решение относится к очистке водных теплоносителей, а именно к устройствам и способам регенерации отработанных ионитов систем конденсатоочистки атомных станций (АЭС).

Известен способ регенерации ионообе- менной смолы блочной обессоливающей установки системы конденсатоочистки АЭС, включающий перегрузку смеси отработавшего ионита из фильтров смешенного действия в фильтр-регенератор катионита, гидравлическое разделение смеси на катио- нит и анирнит, перегрузку анионита в фильтр-регенератор анионита, восстановление и промывку в фильтрах-регенераторах катионита и анионита путем последовательного пропуска первоначально злюирующих растворов, соответственно кислоты и щелочи, а затем обессоленной воды, раздельный отвод из фильтров-регенераторов первоначально элюатов анионй- та и катионита с контролем концентрации кислоты в элюате последнего, а затем промывочных вод, последующее смещение первоначально элюатов, а затем промывочных вод, подачу и выдержку смеси последних в баке контроля радиоактивности, перегрузку промытого катирнита и смещение его с ани- онитом в фильтре-регенераторе анионита и подачу регенерированной смеси анионита в фильтре-регенераторе анионита и подачу регенерированной смеси ионита в фильтр смешенного действия.

Известный характеризуется недостаточной экономичностью м не удовлетворяет современным требованиям радиационной безопасности, ввиду того что при попадании радионуклидов(цезий - 134, цезий 137 кобальт - 60 и марганец - 54) из первого контура АЭС к паротурбинный контур, а заvi

00

VJ ел ю о

тем в конденсатный тракт требуется подавать отмывочные стоки на спецводоочистку (СКВО-3), что требует дополнительных затрат, удорожает установку и не обеспечивает требуемой безопасности.

Целью изобретения является повышение экономичности и безопасности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регенерации ионообменной смолы блочноД обессоливающей установки си- стемь( --ШХДе нсатоочистки. АЭС, включающем Тпфегрузку смеси отработавшего иЬнита из фильтров смешенного действия в фильтр-регенератор катионита, гидравлическое разделение смеси на кати- онит и анионит, перегрузку анионита в фильтр-регенератор анионита, восстановление и отмывку в фильтрах-регенераторах катионита и анионита путем последовательного пропуска первоначально элюирующих растворов, соответственно кислоты и щелочи, а затем обессоленной воды, раздельный отвод из фильтров-регенераторов первоначально элю атов анионита и катионита с контролем концентрации кислоты в элюате последнего, а затем промывочных вод, последующее смешение первоначально элюа- тов,, а затем промывочных вод, подачу и выдержку смеси последних в баке контроля радиоактивности, перегрузку промытого ка- тиониТа и смешение его с анионитом в фильтре-регенераторе анионита и подачу регенерированной смеси ионита в фильтр смешенного действия, согласно предполагаемого изобретения, элюат катионита перед его смешением с элюатом анионита предварительно фильтруют через слой сорбента, селективного к ионам цезия и прекращают фильтрацию при достижении концентрации кислоты в элюате, соответствующей уровню начальной концентрации элюирующего раствора. .

По сравнению с известным способом регенерации ионообменных смол заявляемый способ позволит снизить затраты на спецводоочистку, что повышает его экономичность, а также обеспечить радиационную безопасность обслуживающего персонала путем снижения до требуемых значений концентрации вредных компонентов в стоках установки,

На фиг. 1 представлена схема установки, реализующей способ; на фиг. 2 - график изменения концентрации кислоты g элюате фильтра-регенератора катионита.

Установка содержит установленные в тракте 1 конденсатоочистки электромагнитный фильтр 2 (ЭМФ), группу 3 фильтров смешенного действия (ФСД), подключенные трубопроводами А и 5 через задвижки 6

и 7 соответственно с трактом 1 конденсатоочистки и трубопроводами 8 через задвижки

9 с системой регенерации ионообменной смолы, содержащей в свою очередь фильтррегенератор 10 катионита и соединенный с ним трубопроводом 11с задвижкой 12 фильтр-регенератор 13 анионита. К фильтру-регенератору 10 катионита и фильтру- регенератору 13 анионита через

0 соответствующие трубопроводы 14 и 15 с размещенными на них задвижками 16 и 17 подключена линия 18 подачи обессоленной воды, ((трубопроводу 14 посредством линии 19с размещенными на ней задвижкой 20 и

5 насосом дозатором 21 подключен бак 22 запаса кислоты. К трубопроводу 15 посредством трубопровода 23 с установленными на них задвижкой 24 и насосом 25 подключен бак 26 запаса щелочи. На выходе

0 фильтр-регенератор катионита 10 и фильтр-регенератор 13 анионита соединены посредством трубопроводов 27 и 28 со смесительным баком 29 и с баком 30 контроля радиоактивности.

5 На трубопроводе 27 и 28 установлены запорные органы 31 и 32, причем на выходном трубопроводе 27 фильтр- регенератора

10 катионита предусмотрен байпас 33 с размещенными на них запорными органами 34

0 и фильтр 35 со слоем сорбента, селективного к ионам цезия. На упомянутом трубопроводе 27 до места врезки в него байпаса 33 . установлен концентратомер 36, соединенный через блок 37 управления и импульсные

5 линии 38 с запорными органами 31 и 34, В объеме фильтра-регенератора 10 предусмотрены среднее распределительное устройство 39, разделяющее объем фильтра-регенератора 10 на зону 40 анио0 нита и зону 41 катионита. Трубопровод 27 соединен линией 42 с задвижкой 43 с линией 18.

Способ осуществляется следующим образом. Продукты коррозии и радионуклиды,

5 в основном ионы цезия, кобальта и марганца, по конденсатному тракту попадают в блочно-обессоливающую установку (БОУ), где конденсат последовательно очищается от механических примесей на ЭМФ 2 и в

0 одном из ФСД 3, предварительно загруженный смесью катионита и анионита. На чертеже условно показаны три фильтра смешенного действия, один из которых (на5 пример, левый) находится в работе, второй опорожнен, а третий в резерве.

При истощении фильтрующего материала ФСД восстанавливают способность в узле выносной регенерации, Перегрузка ионитов в фильтры-регенераторы 10 и 13 w обратно в один из ФСД 3 осуществляют

пневмогидротранспортом. При этом отработанный материал (отработавшая смесь ани онита и катионита) перегружается из левого (рабочего) ФСД б в фильтр-регенератор 10 катионита (ФРК), а в это время во второй, опорожненный до этого ФСД 6, загружается отрегенерированная смесь катионита и анионита из фильтра-регенератора 13 анионита (ФРА), а третий фильтр, находящийся до этого в резерве в загруженной и отрегенерированной смесью катионита и анионита, включается в работу БОУ, Включение ФСД 3 в операции перегрузки, загрузки смеси анионита и катионита, а также в работу БОУ осуществляется посредством открытия и закрытия задвижек 7, 5 и 9.

Перегруженная в ФРК 10 отработавшая смесь анионита и катионита подвергается гидравлическому разделению ионитов подаваемой по линии 18 при открытых задвижках 43 и 16 в нижнюю ФРК 10 водой, при этом последняя проходит снизу вверх по ФРК 10 со скоростью 10-15 м/час и отводится из цикла, а смесь ионитов разделяется, причем анионит, как более легкий, поднимается вверх, а катионит опускается вниз. Для получения четкой границы раздела ионитов скорость промывающего потока воды в процессе разделения снижается плавно, примерно на 20 % за 2 минуты. Граница раздела ионитов находится на уровне размещения среднего распределительного устройства 39.

Далее в процессе регенерации ионитов производят перегрузку анионита из зоны 40 ФРК 10 в ФРА 13. При этом задвижка 43 закрывается, а задвижки 12 и 16 открываются, и анионит водяным потоком, подаваемым по линии 18, трубопровод 14 при открытой задвижке 16 через среднее распределительное устройство 39 в зону 40 ФСД 10, отводится по трубопроводу 11 с открытой задвижкой 12 в ФРА 13. В этом режиме задвижки 17, 20 и 24 закрыты.

После перегрузки анионита в ФРА 13 начинают раздельную регенерацию (восстановление) ионитов пропуском через их слои элюирующих растворов: катионита путем пропуска через ФРК 10 раствора кислоты (например 5-6 %-ного раствора азотной кислоты) и анионита путем пропуска через ФРА 13 щелочи (4-5 %-ный раствор). В этом режиме задвижки 12,16,17 и 43 и запорный орган 31 закрыты, а задвижки 20, 24, 32 и запорные органы 34 открыты. Необходимая концентрация кислоты и щелочи в элюирующих растворах поддерживается изменением их подачи соответственно из баков 22 и 26 насосами-дозаторами 21 и 25. При пропуске элюирующего раствора кислоты через

ФРК 10 происходит замещение ранее сорбированных слоем катионов на ионы водорода. В свою -очередь, десорб.ированные в элюат из верхней части слоя катионы могут 5 вытеснять катионы другого сорта в нижней части слоя в соответствии с селективностью ионита к рассматриваемым катионам и их концентрацией в ионите. Поэтому радионуклиды, содержание которых на несколько

0 порядков меньше, чем остальных примесей, будут вытесняться из слоя как под действием кислоты, так и под действием образующихся солевых компонентов раствора . В процессе регенерации из-за вытеснения в

5 начальный период оставшейся в слое воды и образования соли из кислоты в последующий период, в 3flioafe концентрация нарастает постепенно от нуля до максимума, а затем постепенно снижается за счет разбав0 ления оставшейся в контуре кислоты отмы- вочной водой. Максимум концентрации кислоты в элюате равен концентрации этой кислоты в регенерационном растворе. Это означает, что в этот момент основная часть

5 катионов, в том числе и рассматриваемых радионуклидов, перешла в элюат. Поэтому после достижения в элюате максимального значения кислоты нет необходимости его обработки с помощью сорбента.

0 После прохождения элюмрующих растворов кислоты и щелочи сбответствёнйо ФРК 10 и ФРА 1.3, а элюата раствора кислоты и через фильтр 35, элюаты растворов смешиваются в смесительном баке 29 и под5 аются в бак 30 контроля радиоактивности, а в случае удовлетворения требованиям безопасности сбрасываются в сточную канализацию.

Далее после процесса раздельной реге0 нерации ионитов производят их отмывку обессоленной водой, при этом задвижки 20 и 24 закрываются, а 16 и 17 продолжают оставаться открытыми. В процессе отмывки концентрация кислоты в элюате, отводимом

5 из ФРК 10, изменяется и измеряется кон- центратомером 36. При достижении концентрации кислоты, например серной, в этом элюате (отмывочн ой воде) ФРК 10 начальной концентрации(для указанного при0 мера - 1,5 % весовых), фильтрация указанного элюата (отмывочной воды) пре. кращается, при этом блок управления по линиям 38 дает сигнал на закрытие запорных органов 34 на байпасе 33 и открытии

5 запорного органа 31. В этом случае отмы- вочная вода ФРК 10 поступает на смешение с элюатом (отмывочной водой) ФРА 13 минуя фильтр 35 по трубопроводу 27 через открытый запорный орган 31. Регенерированный и отмытый катионит из ФРК 10 пе;регружается в ФРА 13, где смешивается с энионитом,послечего смесь подается в свободный (опорожненный) ФСД 3, а в ФРК 10 подается подлежащая регенерации смесь аммонита и катионита из отработавшего ФСДЗ, после чего цикл повторяется.

Пример осуществления способа.

Кислый регенерационный раствор, образовавшийся при регенерации серной кислотой отработанного катионита одного из ФСД БОУ 3-го блока, отбирали через две пробоотборные линии с суммарным расходом 0,786 м3/час в 200-литровые емкости. Всего за время регенерации было отобрано 655 л раствора. Параллельно отбору определены содержание серной кислоты и активность в регенерационном растворе. Кроме того, так как активность проб была низкой, была составлена интегральная проба исходного раствора.

Собранный регенерационный раствор переносился в 200-литровую расходную емкость и из нее пропускался через колонку с сорбентом.

При проведении испытаний использовалась стеклянная колонка сечением 2 см3 и высотой 70,0 см. Высота загрузки сорбента составляла 50 см. Скорость фильтрования - 12,5 м/ч. Всего было пропущено 520 л раствора, что соответствует 5200 колоночным объемам.-

В конце фильтрации была отобрана проба фильтрата и анализировалась на содержание радионуклидов.

Пробы для проведения у -спектромет- рирования концентрировались упаривани- ем.

Результаты испытаний приведены в табл.1 и 2,......

Характеристика регенератора.

Содержание кислоты в растворе, обра зевавшемся при регенерации серной кислотой отработанного катионита одного из ФСД БОУ 3-го блока меняется в зависимости от объема пропущенного регенерацион- ного раствора, проходя через максимум, соответствующий значению 1,5 %.

Основная масса радионуклидов цезия и кобальта, определенная с точностью проведенных у -спектрометрических измерений, десорбировалась из смолы в период, соответствующий нарастанию концентрации кислоты в регенерате в интервале (0,2- 1,5)%.

Сорбент ФЕЖЕЛ эффективно извлекает радионуклиды цезия и кобальта из кислых регенераторов БОУ.

Реализация предлагаемого способа регенерации ионообменной смолы БОУ позволит сократить объем активных стоков, подвергающихся переработке, отверждению и захоронению, снизить дозовые нагрузки обслуживающего персонала, уменьшить активность сбросов в окружающую среду не подвергающихся специальной обработке.

Формулаизобретения Способ регенерации ионообменной смолы блочной обессоливающей установки системы кондесатоочистки АЭС, включающий перегрузку смеси отработавшего иони- та из фильтров смешенного действия в фильтр-регенератор катионита, гидравлическое разделение смеси на катионит и анио- нит, перегрузку анионита в

фильтр-регенератор анионита, восстановление и промывку в фильтрах-регенераторах катионита и анионита путем последовательного пропуска первоначально элюирующих растворов соответственно

кислоты и щелочи,а затем обессоленной воды, раздельный отвод из фильтров-регенераторов первоначально анионита и катионита с контролем концентрации кислоты в элюате последнего, а затем промывочных

вод, последующее смешение первоначально элюатов, а затем промывочных вод, подачу и выдержку смеси последних в баке контроля радиоактивности, перегрузку промытого катионита и смешение его с анионитом в фильтре-регенераторе анионита и подачу регенерированной смеси ионита в фильтр смешенного действия, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения экономичности способа и обеспечения его радиационной безопасности, элюат катионита перед его смешением с элюатом анионита предварительно фильтруют путем его пропуска через слой сорбента, селективного к ионам цезия, и прекращают фильтрацию

при достижении концентрации кислоты в элюате, соответствующей уровню начальной концентрации.

Таблица 1

Использование: для очистки водных теплоносителей, при регенерации отработанных ионитов систем конденсатоочистки АЭС. Цель: повышение экономичности и обеспечение радиационной безопасности. Сущность изобретения: элюат катионита перед его смещением с элюэтом анионита предварительно фильтруют путем его пропуска через слой сорбента, селективного к ионам цезия, и прекращают фильтрацию при достижении концентрации кислоты в элюате, соответствующей уровню начальной концентрации. Положительный эффект: способ позволяет снизить затраты на спецводоочистку, что повышает его эконотиич- ность, а также позволяет обеспечить радиационную безопасность обслуживающего персонала путем снижения до требуемых значений концентрации вредных компонентов в стоках установки. 2 табл, 2 ил. (Л С

Удельная активность, Ки/л

; Т а б л и ц а2