Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Анализ состояния вопроса. цель и задачи исследования 8
1.1. Загрязнение природных источников водоснабжения электростанций 8
1.2. Состояние технологии обработки воды на элекростанциях 11
1.3. Перспективные способы и схемы обработки природной воды с повышенным содержанием органических примесей 18
1.3.1. Исследование сорбции железоорганических соединений на порошкообразных твердых сорбентах 18
1.3.2. Опыт использования обратного осмоса и термического обессоливания на установках обработки воды 21
1.4. Повышение эффективности работы установок очистки турбинного конденсата 23
1.5. Автоматический химконтроль и измерения электропроводности теплоносителя 28
1.6. Задачи исследования 33
ГЛАВА ВТОРАЯ. Методика выполнения исследований ионитов. разработка оперативной методики контроля качества ионитов 35
2.1. Методика подготовки проб ионитов к испытаниям и их визуального контроля 35
2.1.1. Методика отбора проб ионитов для испытаний 35
2.1.2. Методика подготовки проб ионитов к испытаниям 36
2.2. Методическое обеспечение входного и эксплуатационного контроля ионитов. Сравнительный анализ ГОСТов и вновь разработанных методик 39
2.3. Методы оценки эффективности работы ионитов на установках очистки теплоносителей ТЭС и АЭС 57
2.3.1. Методика вычисления количества поглощённых солей фильтрами смешанного действия установок конденсатоочисток 57
2.3.2. Методика промышленных испытаний 58
2.4. Методы оценки качества воды при ионном обмене в условиях промышленной эксплуатации. Метрологическая оценка достоверности результатов анализа 58
2.4.1. Ионохроматографический метод измерений 59
2.4.2. Спектрометрический метод измерений 61
2.4.3. Определение удельной электрической проводимости и водородного показателя рН 63
2.5. Выводы по второй главе 63
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Результаты лабораторных исследований свойств перспективных ионитов в сравнении с отечественными аналогами 64
3.1. Обоснование выбора ионитов для исследований 64
3.2. Входной и эксплуатационный контроль качества перспективных ионитов .66
3.2.1. Входной контроль ионитов 66
3.2.2. Эксплуатационный контроль ионитов 71
3.3. Результаты входного и эксплуатационного контроля качества ионитов 77
3.3.1. Результаты входного и эксплуатационного контроля качества ионитов
на примере ионитов фирмы Purolite 77
3.3.2. При длительной эксплуатации в фильтрах установок очистки турбинного конденсата (КО, БОУ) 85
3.3.3. При длительной эксплуатации в фильтрах химводоочистки - установки обессоливания речной воды 90
3.4. Лабораторные испытания фильтроперлита и ионообменного порошка Microionex MB 210 F фирмы «ROHM and HAAS» 97
3.5. Выводы по третьей главе 105
ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ. Лабораторные и промышленные испытания по удалению из природных вод железа, органических соединений и минеральных солей на установках химического обессоливания 107
4.1. Анализ и промышленные испытания по удалению железа и органических соединений на стадии предочистки 107
4.1.1. Анализ эффективности удаления природной органики традиционными методами коагуляции в осветлителе 107
4.2. Результаты лабораторных испытаний коагуляции совмещенной с абсорбцией на твердом абсорбенте 115
4.3. Промышленные испытания ионитов по удалению железа, органики и минеральных солей из природных вод с высокой окисляемостью 123
4.4. Результаты промышленных испытаний слабоосновных анионитов А-845
и А-847 в фильтрах первой ступени схемы химобессоливания речной воды 131
4.5. Промышленные испытания перспективных ионитов в условиях работы установок очистки турбинного конденсата 140
4.6. Выводы по четвертой главе 143
ГЛАВА ПЯТАЯ. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологии ионного обмена 147
5.1. Использование методики входного и эксплуатационного контроля качества ионитов 147
5.2. Совершенствование схемы и выбор ионитов для установок химобессоливания 151
5.2.1. Установки химводоочистки 151
5.2.2. Установки конденсатоочистки 158
5.3. Промышленные исследования намывных ионитных фильтров в схемах очистки вод типа конденсат 165
5.4. Совершенствование методов химконтроля за качеством обессоленной воды 170
5.5. Выводы по пятой главе 173
Заключение 174
Список литературы 176
- Перспективные способы и схемы обработки природной воды с повышенным содержанием органических примесей
- Методическое обеспечение входного и эксплуатационного контроля ионитов. Сравнительный анализ ГОСТов и вновь разработанных методик
- Входной и эксплуатационный контроль качества перспективных ионитов
- Анализ эффективности удаления природной органики традиционными методами коагуляции в осветлителе
Введение к работе
Актуальность темы. Энергетическая стратегия России предусматривает почти утроение производства электроэнергии с 2000 до 2020 г. с преимущественным ростом атомной энергетики: относительная доля выработки электроэнергии на АЭС за этот период должен увеличиваться с 13,8 до 20,8 %. Рост выработки электроэнергии на тепловых электростанциях планируется в значительной степени за счет строительства парогазовых блоков. Теплоносителем и рабочим телом в тепловом контуре энергоблоков ТЭС и АЭС является обессоленная вода, требования к качеству которой ужесточаются от предыдущего издания нормативных документов к следующему. При ухудшении качества исходной (природной) воды, прежде всего по органическим примесям, и появлении на Российском рынке новых технологий водоподготовки и ионитов возрастает потребность в исследовании их рабочих характеристик, правильной оценке пригодности для обработки воды в разных технологических схемах. При этом наибольшая удельная выработка обессоленной воды приходится на установки, использующие технологии ионного обмена. Такое состояние сохранится и в ближайшее десятилетие.
Особенно высокая потребность в ионите имеет место на АЭС с РБМК, например, на Смоленской АЭС потребность в ионитах разного вида и класса превышает 200 м3/год. Использование качественных ионитов повышает эксплуатационную надежность теплоэнергетического оборудования, снижает расходы на их приобретение и сокращает сбросы отработанных регенерационных растворов.
Целью диссертации является повышение эксплуатационной надежности водно-химического режима теплоэнергетического оборудования электростанций путем совершенствования технологии обработки воды и химического контроля ионитов на установках очистки водного теплоносителя.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. Разработка и испытание методик входного и оперативного эксплуатационного контроля качества ионитов, обеспечивающих высокую эффективность использования ионитов на ТЭС и АЭС.
2. Исследование физико-химических характеристик перспективных ионитов, применяемых в фильтрах химводоочистки и установок очистки турбинного конденсата (КО, БОУ) в условиях повышенного содержания железоорганических веществ в поступающей воде.
3. Лабораторные и промышленные исследования по эффективности очистки природных вод с повышенным содержанием органических примесей на установках химводоочистки электростанций.
4. Разработка рекомендаций по совершенствованию использования ионитов на установках обработки воды на электростанциях. Научная новизна работы:
1. Разработана и испытана в промышленных условиях комплексная методика входного и эксплуатационного контроля ионитов, отличающаяся подбором и способом определения отдельных характеристик и обеспечивающая наблюдение динамики технологических показателей ионитов в течение всего времени их использования.
2. Получены новые данные о свойствах перспективных импортных ионитов и предложена эффективная технологическая схема для обработки вод с повышенным содержанием органических примесей.
Практическая ценность работы:
1. Разработано и реализовано методическое и техническое обеспечение входного и эксплуатационного контроля качества ионитов для установок ионитнои очистки воды на электростанциях.
2. Составлена режимная карта эксплуатации анионитов А-845 и А-847 в ОН-анионитных фильтрах первой ступени химобессоливания природной воды.
3. Разработаны рекомендации по совершенствованию использования ионитов действующих химводоочисток.
Достоверность изложенных в диссертации положений и полученных результатов обеспечивается применением ГОСТированых методик анализа ионитов и водных сред, аттестованных приборов химического контроля, апробированных расчетных методов, а также проверкой характеристик ионитов и качества воды в промышленных условиях эксплуатации установок очистки теплоносителя энергоблоков ТЭС и АЭС.
Личное участие автора. Автор принимал активное участие на всех этапах работы, начиная от постановки задач исследования и заканчивая промышленными испытаниями ионитов, технологий и методов химического контроля.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Методика и результаты входного и эксплуатационного контроля качества ионитов.
2. Результаты лабораторных исследований и промышленных испытаний перспективных твердых сорбентов.
3. Комплекс мероприятий по совершенствованию технологии ионообменной обработки природных и технологических вод с использованием импортных ионитных смол.
Апробация работы. Результаты докладывались и обсуждались на 6-ом и 7-ом международных научно-технических совещаниях «Водно-химический режим АЭС» (г. Десногорск, 2003 г., г. Москва, 2006 г.), XIII Бенардосовских чтениях (г. Иваново, 2007 г.), НТС Смоленской АЭС (2000-2007 г.г.), НТС кафедр ХХТЭ и ТЭС ИГЭУ (2007 г.).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе монография (в соавторстве) и учебное пособие.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы из 100 наименований и 16 приложений, количество страниц 181 (без приложений), в том числе рисунков 51, таблиц 70.
Перспективные способы и схемы обработки природной воды с повышенным содержанием органических примесей
Железо в природных водах может содержаться либо, в виде неорганических и органических коллоидов, в ионной форме двух- и трехвалентного железа, либо в виде комплексных соединений, или, наконец, в виде тонко дисперсной взвеси.
В подземных водах железо чаще всего встречается в виде растворенного двухвалентного железа, а в поверхностных водах - в виде его комплексных соединений, либо в виде коллоидных или тонкодисперсных взвесей.
Выбору метода обезжелезивания воды должно предшествовать ее пробное обезжелезивание, т.к. количественное содержание железа, указываемое в анализах, не даст представления о форме, в которой железо присутствует в воде. Пробное обезжелезивание воды заключается в моделировании обезжелезивающей установки по тому или иному существующему методу устранения из воды железа, а именно: 1) аэрацией воды, с последующим ее отстаиванием и фильтрованием; 2) коагулированием; 3) известкованием; 4) хлорированием и коагулированием. Задачей пробного обезжелезивания является установление наиболее рационального метода удаления железа из воды. Сущность и методика пробного обезжелезивания воды подробно изложена в [44,45].
Из поверхностных вод железо аэрацией не удаляется. Если железо в поверхностных водах находится в виде коллоида, то оно может быть удалено коагуляцией с последующим задержанием с коагулированных хлопьев железа в отстойниках, осветлителях и на фильтрах.
Если железо в поверхностных водах находится в виде растворенных органических комплексных соединений, то оно не всегда может быть удалено коагуляцией. Часто приходится прибегать к разрушению железосодержащих соединений окислением хлором, озоном или другими сильными окислителями с последующим удалением железа коагуляцией или известкованием.
В большинстве случаев железо из воды может быть удалено известкованием. При введении в воду извести или едкого натра в количестве, большем, чем нужно для связывания СОг, происходит повышение концентрации в воде ионов ОН", что приводит к резкому ускорению окисления и гидролиза двухвалентного железа. Известкование является наиболее универсальным, но в то же время и наиболее дорогим методом обезжелезивания воды. Поверхностные воды можно обезжелезивать по схеме: коагуляция (с подщелачиванием известью и предварительным хлорированием) - осветление в осветлителях и на фильтрах.
Весьма эффективно удаляется железо при введении в воду КМп04 или при фильтровании воды через фильтр, периодически после промывки обрабатываемый перманганатом калия. Хорошие результаты по осветлению воды дали исследования с применением вспомогательных порошкообразных фильтрующих материалов и их смесей [64].
Исследование совмещенного процесса коагуляции-адсорбции было выполнено применительно к очистке воды от органических примесей на Омской ТЭЦ-4 и Березовской ГРЭС-1, КирНИОЭ [47]. Исследования показали, что при введении оптимальных дозировок порошкообразного активного угля и коагулянта в осветлитель обеспечивается положительный эффект очистки. При этом дополнительно к процессу коагуляции снимается около 50 % органических примесей.
Исследования проводились на действующих осветлителях Омской ТЭЦ-4 и Березовской ГРЭС-1 [47]. Для получения достоверных данных параллельно на равноценную производительность испытывался другой контрольный осветлитель, работающий по проектной схеме коагуляции. Мощность этих осветлителей по сырой воде в процессе исследований была различной и поддерживалась на уровне проектной. Так для Омской ТЭЦ-4 она составила 175- 200 т/ч, для Березовской ГРЭС-1 - 180т-260 т/ч. Длительность непрерывной работы была ограничена наличием запасов активного угля, подаваемого в экспериментальный осветлитель и составила для Омской ТЭЦ-4 - 14 и 17 часов, а для Березовской ГРЭС-1 - 43 ч.
Результаты исследований, на Омской ТЭЦ-4 показали следующее. Испытания проводились на осветлителе №3 (первой очереди). В качестве контрольного использовался осветлитель № 1. Применялся порошкообразный активный уголь (ПАУ) отечественного производства марки «КАД-молотый».
Окисляемость исходной воды во время испытаний находилась в пределах 14-И 8 мгО/л. Доза коагулянта в эксплуатационных условиях поддерживается около 1,0-5-1,2 мг-экв/л, при этом остаточная окисляемость в коагулированной воде осветлителя №1 составляла 7,5-5-9,0 мгО/л, т.е. эффект очистки не более 50 %. Лабораторная проверка показала, что шламообразование наблюдается лишь при дозе коагулянта 1,3-5-1,5 мг-экв/л, при этом эффективность коагуляции по снижению окисляемости повышается до 60-5-70 % от исходной. Во время эксперимента в качестве основной для обоих осветлителей была принята доза коагулянта 1,5 мг-экв/л.
По ряду причин поддержание заданной дозы коагулянта было затруднительным.
Доза, как на используемом осветлителе, так и на контрольном колебалась в пределах 1,0-5-2,0 мг-экв/л. При дозе 1,24-1,3 мг-экв/л съем органики на осветлителе №1 составляет 50 %, при увеличении дозы до 1,54-2,0 мг-экв/л эффективность очистки составляет 604-65 %, то есть увеличение дозы коагулянта повышает глубину очистки воды от органических примесей.
На осветлителе №3, на котором проводился совмещенный процесс адсорбции-коагуляции, наблюдалась аналогичная картина, но степень очистки при изменении дозы коагулянта от 1,2 до 2,0 мг-экв/л и дозе ПАУ - 0,33 г/л составляет от 75 до 85 %, то есть применение ПАУ в осветлителе позволяет дополнительно уменьшить содержание органических соединений на 30-5-50 %по сравнению с осветлителем №1. При окисляемости исходной воды 144-17 мгО/л, окисляемость в осветлителе №1 составила -4,16-5-7,2 мгО/л, а в осветлителе №3 1,64-4,0 мгО/л. Однако, высокие: дозы коагулянта отрицательно сказываются на работе ионитных фильтров I ступени обессоливающей установки и повышают удельные расходы реагентов на их регенерацию.
Следовательно, применение совмещенного процесса адсорбции-коагуляции повышает эффективность очистки воды от органических примесей при меньших дозах коагулянта.
Экспериментальные исследования показали, что при совмещенном процессе коагуляции-адсорбции расход активного угля по сравнению с процессом только одной адсорбции органических примесей в фильтрах гранулированного активного угля сокращается в 2-5-2,5 раза. Это отмечено на всех исследуемых марках активных углей («Норит», осветляющий уголь японского производства и российских ПАУ: КАД-молотый, АГ-2).
Методическое обеспечение входного и эксплуатационного контроля ионитов. Сравнительный анализ ГОСТов и вновь разработанных методик
Отбор проб при входном контроле проводят из партии ионита, поступившей на АЭС. За партию принимают определенное количество ионита одной марки, однородного по своим качественным показателям и сопровождаемого одним документом о качестве. Если количество мест поступившей партии не превышает 15 единиц, отбирают пробы из трёх единиц продукции. При большем количестве - из пяти единиц продукции. При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному показателю отбирают пробу из удвоенного количества мест и проводят повторное испытание. Пробы ионита отбирают щупом длиной около 1000 мм и диаметром от 20 до 25 мм, изготовленным из нержавеющей стали. Щуп погружают до дна мешка или бидона.по вертикали. Пробы объединяют вместе, тщательно перемешивают и отбирают среднюю пробу методом квартования. Объем средней пробы должен быть не менее 1 дм . Перед каждым испытанием среднюю пробу тщательно перемешивают. После отбора пробы герметичность тары изготовителя восстанавливается.
Отбор проб ионита для проведения испытаний при эксплуатационном контроле проводят из фильтров смешанного действия (без выносной регенерации), фильтров-регенераторов и рабочих фильтров. Объем пробы - не менее 1 дм3.
Пробы смеси ионитов из фильтров смешанного действия без выносной регенерации для определения показателей качества отбирают через смотровые окна фильтра после проведения регенерации катионита и анионита, их отмывки и перемешивания. При подготовке пробы к анализу проводят деление смеси на катионит и анионит.
Пробы анионита (катионита) из фильтров-регенераторов установок с выносной регенерации для определения показателей качества отбирают соответственно из фильтра-регенератора анионита (катионита) через смотровые окна после регенерации, отмывки и перемешивания.
Пробы ионообменной шихты для контроля качества деления катионита и анионита отбирают из фильтра-регенератора катионита после деления через смотровые окна из трёх точек: на 10 см выше среднего распределительного устройства; на уровне среднего распределительного устройства; на 10 см ниже среднего распределительного устройства.
Пробы ионитов из катионитных и анионитных фильтров для определения показателей качества отбирают после их регенерации, отмывки и перемешивания.
Подготовка пробы ионита к испытаниям заключается в обработке его растворами кислоты и щелочи с целью удаления органических и минеральных примесей, а также для перевода в рабочую форму.
Для подготовки пробы собирается лабораторная установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 2.1.
При подготовке ионита при входном контроле отмеряют цилиндром пробу ионита (200 см3 анионита, 100 см3 катионита), уплотняя слой постукиванием дна цилиндра о твердую поверхность. Перед загрузкой колонку заполняют обессоленной водой до половины, подавая воду из напорной склянки снизу вверх таким образом, чтобы под дренажным устройством не оставалось пузырей воздуха. Ионит переносят из цилиндра в колонку при помощи обессоленной воды. Ионит в колонке промывают обессоленной водой, подавая ее снизу вверх и регулируя скорость подачи таким образом, чтобы из колонки выносились только пылевидные частицы. Все гранулы ионита при этом должны быть в движении. Промывку прекращают, когда из колонки начнет выходить прозрачная вода. После осаждения ионита избыток воды сливают, оставляя над поверхностью ионита слой высотой от 10 до 20 мм.
При подготовке катионита к испытаниям через катионит сверху вниз из напорной емкости пропускают раствор соляной кислоты с массовой долей 5 % с удельной нагрузкой 3 см3/(см3-ч) (с расходом 300 см3/ч) до уравнивания концентрации кислоты на входе и выходе ионообменной колонки. Для контроля концентрации кислоты в исходном растворе и фильтрате отбирают из них пипеткой пробы и титруют раствором гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,5 ммоль/дм3 (0,5 N) в присутствии индикатора метилового оранжевого. Катионит отмывают от кислоты обессоленной водой с удельной нагрузкой 5 см /(см -ч) (с расходом 500 см3/ч) до отсутствия кислотности по метиловому оранжевому (раствор окрашен в желтый цвет).
При подготовке сильноосновного анионита к испытаниям через анионит сверху вниз из напорной емкости пропускают раствор гидроксида натрия с массовой долей 5 % с удельной нагрузкой 2 см3/(см3-ч) (с расходом 400 см3/ч). Раствор гидроксида натрия пропускают до уравнивания концентрации хлоридов в исходном растворе и фильтрате. Для контроля концентрации хлоридов в пробирку отбирают около 1 см3 испытуемого раствора, добавляют раствор азотной кислоты до кислой реакции и несколько капель раствора азотнокислого серебра. Концентрации хлоридов в исходном растворе и фильтрате считают равными, если наблюдаемая через 20 мин на темном фоне опалесценция будет одинаковой по интенсивности. Возможно количественное определение хлоридов в исходном растворе и фильтрате по аттестованным методикам для определения этих примесей в водных средах. Анио-нит отмывают от щелочи обессоленной водой с удельной нагрузкой 5 см /(см -ч) (с расходом 1000 см3/ч) до отсутствия щелочности по фенолфталеину (раствор бесцветен).
При подготовке слабоосновного анионита к испытаниям через анионит сверху вниз из напорной емкости пропускают раствор гидроксида натрия с массовой до-лей 5 % с удельной нагрузкой 2 см /(см -ч) (с расходом 400 см /ч). Раствор гидроксида натрия пропускают до уравнивания концентрации щелочи на входе и выходе ионообменной колонки. Для контроля концентрации щелочи в исходном растворе и фильтрате отбирают из них пипеткой пробы и титруют раствором соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,5 ммоль/дм3 (0,5 N) в присутствии индикатора фенолфталеина. Анионит отмывают от щелочи обессоленной водой с удельной нагрузкой 5 см /(см -ч) (с расходом 1000 см7 ч) до отсутствия щелочности по фенолфталеину.
Подготовленный катионит в водородной форме и анионит в гидроксильной форме в виде водной суспензии помещают в банку, плотно закрывающуюся крышкой, и хранят до проведения испытаний.
Входной и эксплуатационный контроль качества перспективных ионитов
Для поддержания норм водно-химического режима ТЭС и АЭС необходимо обеспечивать качественную работу фильтрующих установок очистки водного теплоносителя. С этой целью должна производиться своевременная замена и досыпка ионообменных материалов, загруженных в эти установки.
Качеству ионообменных материалов (смол) необходимо уделять особое внимание, так как применение ионообменных смол, не соответствующих предъявляемым требованиям, может стать причиной значительного нарушения ВХР [17, 37, 63-66].
На САЭС со времени ввода ее в эксплуатацию использовались наряду с ионообменными смолами отечественного производства КУ-2-8чс и АВ-17-8чси их зарубежные аналоги: Wofatit RO-SC и RH, аниониты Dowex SBR-OH, SBR-C и ка-тионит Dowex YCR-S, Amberlite IRN-77, IR-120.
Опыт эксплуатации показал, что отечественные иониты не вырабатывали свой проектный фильтроцикл, что приводило к увеличению частоты регенераций, большому расходу реагентов и отмывочных вод.
Отечественные иониты АВ-17-8чс и КУ-2-8чс, выпускаемые с 1998 г. (производители г.Кемерово и г.Черкассы), низкого качества и не соответствуют требованиям НТД по показателям «осмотическая стабильность», «полная статическая обменная емкость» и «механическая прочность».
В соответствии с «Перечнем ионитов, разрешенных для применения на АЭС» (Приложение 1), утвержденным концерном «Росэнергоатом» 27.10.99, выбраны для исследования ионообменные смолы зарубежных фирм «DOW CHEMICAL», «ROHM and HAAS» и «PUROLITE». Смолы этих фирм характеризуются высокими физико-химическими показателями по результатам входного контроля водной радиохимической лабораторией химцеха (ВРХЛ ХЦ) и соответствуют требованиям СТП ЭО 0005-01, утвержденным концерном «Росэнергоатом» от 03.01.02 (табл. 3.1).
Иониты этих же фирм широко используются на установках ионообменной очистки воды на ТЭС с той лишь разницей, что для ТЭС не разработан перечень рекомендуемых ионитов.
Вопрос исследования отечественных ионитов рассматривается при условии соответствия физико-химических характеристик ионообменных смол (ИОЄ) требованиям нормативно-технической документации [5, 67]. Эти смолы брались в качестве базовых. Исследования проводились в форме входного и эксплуатационного контроля после работы в течение от 1 до 7 лет в фильтрах установок ХВО.
На сегодняшний день в основном все фильтры установок САЭС загружены импортными ИОС, исключение составляют лишь катионитные фильтры спецводоочистки СВ 0-4 (1-й, 2-й энергоблоки) и катионитные фильтры химводоочистки, загруженные КУ-2-8чс.
Следует иметь в виду, что при нормативной замене ионитов, ежегодная потребность в ионитах на АЭС с РБМК весьма высока (табл. 3.2). При стоимости смолы ядерного класса около 10000 $ США за 1 м , а обычной - около 5000 высоки и ежегодные затраты АЭС на иониты.
Объем входного контроля ионитов определяется стандартом предприятия и паспортом на ионит. В табл. 3.3-3.5 приведены основные характеристики новых ионитов по данным входного контроля в лаборатории Смоленской АЭС в период с 2002 г. по 2006 г. В табл. 3.3 представлены результаты анализа отечественных ионитов: катионита КУ-2-8чс и анионита АВ-17-8чс, а в табл. 3.4 - импортных. Анализ данных приведен в табл. 3.5 и показывает следующее.
Вщелом входные характеристики отечественных ионитов близки к таковым для импортных аналогов; заметно уступая в показателях: осмотическая стабильность (ОС) и механическая.прочность (табл..3.5). Обращает внимание большой разброс от дельных характеристик для отечественных ионитов, например, спад ОG до 24-32 % в партии анионита АВ-17 от 01.04.04 (табл. 3.3). -/
Полный объем и требования к качеству вновь загружаемых ионитов составлены с участием автора; введены в стандарт предприятия и приведены в приложении П7.
Из анализа данных табл. 3.3—3.5 и приложении П7 видно, что отечественные ио-ниты, не уступая импортным аналогам по основным химической характеристике -ПСОЕ, существенно проигрывают по механической прочности и осмотической стабильности, показателям, определяющим длительность эффективной эксплуатации ионитов на установках ХВО и Б0У (КО). Полный объем требований вошедший в стандарт предприятия (прил. П7), опирается на ГОСТы, усиливая или ослабевая их требования по использованию ионитов в конкретных установках обработки теплоносителя.
В результате анализа ГОСТов на иониты (Приложение 3), нормативных и справочных материалов [1-6, 68-69],,многочисленных лабораторных исследований [63-65, 67] автором предложена методика эксплуатационного контроля качества ионитов.
С участием автора определены оптимальный объём и периодичность эксплуатационного контроля, порядок проведения входного и эксплуатационного контроля (в отменённом к настоящему времени ГОСТ 26083-84 «Материалы ионообменные фильтрующие систем очистки водного теплоносителя атомных электростанций с ки пящими реакторами большой мощности» не предусматривалась разница в объёме между входным и эксплуатационным контролем). Анализ применения указанного ГОСТа показал, что стандарт содержит ряд избыточных требований при эксплуатационном контроле, которые не оказывают влияния на надёжность и безопасность работы ионообменных фильтров, но приводят к необоснованному увеличению объёма трудозатрат и дозовых нагрузок персонала ХЦ АЭС.
Предложенный автором порядок эксплуатационного контроля следующий: 1) Эксплуатационный контроль гранульных ионообменных смол проводят: по истечении ориентировочного срока службы ионообменной загрузки; один раз в год после истечения ориентировочного срока службы при принятии решения о продлении эксплуатации ионообменной загрузки; при возникновении нарушений в работе ионообменных установок.
2) Задачей эксплуатационного контроля является определение показателей качества гранульных ионообменных смол в процессе эксплуатации с целью: оценки работоспособности ионообменных смол в процессе их эксплуатации в фильтрующих установках; определения возможности продления срока эксплуатации или необходимости замены ионообменной загрузки фильтров в соответствии с допустимыми изменениями показателей качества ионитов в течение ориентировочного срока службы; определения причин нарушений в работе установок очистки воды.
Объем и порядок проведения эксплуатационного контроля по истечении срока службы ионообменных материалов и один раз в год после истечения, ориентировочного срока службы при принятии решения о продлении эксплуатации:
1) Для ионообменных загрузок фильтров установки ХВО определяют следующие показатели качества ионитов: долю целых гранул по методике "Иониты. Определение доли целых и разрушенных гранул", полную статическую обменную ёмкость по следующим методикам: а) для сильноосновных анионитов и сильнокислотных катионитов по методике "Иониты. Методика определения полной статической обменной емкости сильноос новного анионита и сильнокислотного катионита"; б) для слабооосновных анионитов и слабокислотных катионитов по методике "Ио ниты. Методика определения полной статической обменной емкости"; динамическую обменную емкость анионитов фильтров второй и третьей ступе ни ХВО по методике «Иониты. Методика определения динамической обменной ем кости с заданным расходом регенерирующего вещества»;
Анализ эффективности удаления природной органики традиционными методами коагуляции в осветлителе
Для реальной оценки эффективности удаления нефтепродуктов на ионообменном порошке Microionex MB 210 F необходимо выполнить намыв данного сорбента на ФЭЛы НФ установки доочистки конденсата и выполнить дополнительные измерения показателей качества воды на входе и выходе намывного фильтра.
1. Для исследования свойств в качестве перспективных были выбраны иониты; фирм Purolite и Dowex, хорошо зарекомендовавшиеся себя в условиях эксплуатации в фильтрах установок обессоливания турбинного конденсата и природной воды.
2. Сравнение свойств импортных и традиционных российских ионитов АВ-17-8 и КУ-2-8 показало, что отечественные иониты сопоставимые импортными (и даже их превышают) по показателю ПСОЕ (полная сорбционная обменная емкость), но заметно уступают по осмотической стабильности и механической прочности - показателям качества ионитов, отвечающих разрушение зерен со временем эксплуатации.
3. С учетом автора разработана методика входного и эксплуатационного контроля, определен оптимальный объем и периодичность эксплуатационного контроля ионитов.
По результатам испытаний составлены требования к эксплуатационному контролю (табл. 3.6), включенные в стандарт предприятия. Иониты, прошедшие проверку могут быть рекомендованы для дальнейшей эксплуатации (после истечения установленного ранее срока).
4. Результаты эксплуатационного контроля контрольной партии ионитов Purolite класса «супергель»: SGC 100-10 и SGA 550 показали их высокое качество и соот ветствие разработанным требованиям после четырех лет эксплуатации в фильтрах установок очистки турбинного конденсата.
Сравнение основных свойств (ПСОЕ, механическая прочность, доля целых гранул) для катионитов Purolite (NRW 100R) и Dowex (Dowex 650С) позволяют отметить высокое качество ионитов при некотором предпочтении катионита Dowex 650С.
5. Для замены слабоосновного отечественного анионита АН-31, широко применяе мого на химводоочистках ТЭС в ОН-анионитных фильтрах первой ступени и имеющего низкую механическую прочность, были исследованы органоемкие аниониты фирмы Purolite А-845 и А-847.
Результаты эксплуатационного контроля качества анионитов через 2-4 года их эксплуатации в фильтрах Ai химводоочистки (вода р.Десна) дали положительные результаты: осмотическая стабильность (ОС) ионитов не опускалось ниже 98 %, а механическая прочность - ниже 650 г/гранулу (при норме 90 % и 300 г/гран соответственно). Что позволило их рекомендовать для замены анионита АН-31.
6. Входной контроль и лабораторные испытания порошкообразного ионита Mi croionex MB 21 OF (Rohm and Haas) показали, что он сопоставим с фильтрперлитом по качеству очистки от нефтепродуктов вод типа возвратного производственного конденсата, однако, дает меньше собственных примесей в обрабатываемую воду и может быть рекомендован для работы в намывных фильтрах для очистки воды от механических примесей и нефтепродуктов.
В последнее десятилетие все острее ставится вопрос об области применения химического обессоливания на базе отечественных и импортных ионитов для обработки природных вод на ТЭС и АЭС [18, 23, 28, 30]. Актуальность проблемы вызвана как конкуренцией с мембранными технологиями обессоливания воды, так и конкуренцией между производителями различных типов ионитов, в многообразии присутствующих на российском рынке [71-76]. Проблема обостряется необходимостью в ближайшие годы технологического перевооружения большинства ТЭС России с учетом ухудшения качества природных вод по железо-органическим соединениям [74-78].
В рамках данной работы проводится исследование эффективности очистки воды на ионитах импортного и отечественного производства при обработке вод разного качества по железо-органическим примесям.
Как известно, эффективность очистки воды от солей в значительной степени зависит от эффективности удаления взвешенных и коллоидных примесей на предо-чистке. Поэтому в данной работе, прежде всего, приводятся результаты некоторых исследований в этой области.
Основной задачей предочистки на ХВО ТЭС и АЭС является удаление взвешенных веществ, значительное снижение содержания железа и органических примесей при любом составе примесей природной воды. Основной способ решения задачи - оптимизация процесса коагуляции в осветлителях. При отсутствии должного эффекта, возможно применение твердых адсорбентов или ионитов. Ниже на примерах приводятся аналитические исследования автора по этим способам.
