Способ регенерации ионообменной смолы блочной обессоливающей установки системы конденсатоочистки аэс

 

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 эконотиичность, 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1787526 А1

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4948337/26 (22) 21.05.91 (46) 15.01,93. Бюл. M. 2 (71) Всесоюзный государственный научноисследовател ьский, проектно-конструктор,. ский и изыскательский институт

"Атомэнергопроект" (72) А.Ю.Михайлов, В,П.Ремез, Л.Б.Кузьменко, В.С.Новиков и Б.А,Жуков (56) Герзон В.M,;"Мамет А,П. и др. Управление водоподготовительным оборудованием и установками, M,: Энергоатомиздат, 1985, с, 40. (54). СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ИОНООБМЕННОЙ СМОЛЫ БЛОЧНОЙ ОБЕССОЛИВАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ СИСТЕМЫ

КОНДЕНСАТООЧИСТКИ АЭС (57) Использование: для очистки водных теплоносителей, при регенерации отрабоТехническое решение относится к очистке водных теплоносителей, а именно к устройствам и способам регенерации отработанных ионитов систем конденсатоочистки атомных станций (АЭС).

Известен способ регенерации ионообеменной смолы блочной обессоливающей установки системы конденсатоочистки АЭС, включающий перегрузку смеси отработав.шего ионита из фильтров смешенного действия в фильтр-регенератор катионита, гидравлическое разделение смеси на катионит и анионит, перегрузку анионита в фильтр-регенератор анионита, восстановление и промывку в фильтрах-регенераторах катионита и анионита путем последовательного пропуска первоначально злюирующих ра:творов, соответственно кислоты и щелочи, а затем обессоленной воды, раздельный отвод из фильтров-pere(si)s В 01 J 49/00, С 02 F 1/42 танных ионитов систем конденсатоочистки

АЭС. Цель: повышение экономичности и обеспечение радиационной безопасности.

Сущность изобретения; элюат катионита перед его смещением 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, Положительный эффект; способ позволяет снизить затраты на спецводоочистку, что повышает его экономичность, а также позволяет обеспечить радиационную безопасность обслуживающего персонала путем снижения до требуемых значений концентрации вредных компонентов в стоках установки. 2 табл. 2 ил. нераторов первоначально элюатозанионита 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 катионита и смещение его с анионитом 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 и 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 за1787526

10 воды. Ктрубопроводу 14 посредством линии

19 с размещенными на ней задвижкой 20 и

15 насосом дозатором 21 подключен бак 22

30

45

50 тем в конденсатнь1й тракт требуется подавать отмывочные стоки на спецводоочистку (CKB0 — 3), что требует дополнительных за трат, удорожает установку и не обеспечивает требуемой безопасности, 5

Целью изобретения является повышение экономичности и безопасности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регенерации ионообменной смолы блочной обессоливающей установки системь1 ""-:к оЪденсатоочистки АЭС, включающем перегрузку смеси отработавшего ионита из фильтров смешенного действия в фильтр — регенератор катионита, гидравлическое разделение смеси на катионит 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 элюатов анионита и катионита с контролем концентрации кислоты в элюате 2 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, 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, соответст- 4 вующей 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 в элюате 5 фильтра-регенератора катионита.

Установка содержит установленные в тракте 1 конденсатоочистки электромагнитный фильтр 2 (ЭМФ), группу 3 фильтров с мешен ного действия (Ф СД), подкп юченные трубопроводами 4 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 11 с задвижкой 12 фильтр-регенератор 13 анионита. К фильтру — регенератору t0 катионита и фильтрурегенератору 13 анионита через соответствующие трубопроводы 14 и 15 с размещенными на них задвижками 16 и 17 подключена линия 18 подачи обессоленной запаса кислоты. К трубопроводу 15 посредством трубопровода 23 с установленными на них задвижкой 24 и насосом 25 подключен бак 26 запаса щелочи. На выходе 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, 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 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 линии 38 с эапорными органами 31 и 34,,В обьеме фильтра-регенератора 10 предусмотрены среднее распределительное устройство 39, разделяющее объем фильтра-регенератора 10 на зону 40 анионита и зону 41 катионита; Трубопровод 27 соединен линией 42 с задвижкой 43 с линией 18.

Способ осуществляется следующим образом. Продукты коррозии и радионуклиды, 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 одном из Ф СД 3, предварительно загруженный смесью катионита и анионита. На чертеже условно показаны три фильтра смешенного действия, один из которых (например, 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 и обратно в один из ФСД 3 осуществляют

178752 б

25

45

55 пневмогидротранспортом, При этом отработанный материал (отработавшая смесь анионита и катионита) перегружается из левого (рабочего) ФСД 6 в фильтр-регенерэтор 10 катионита (ФРК), а в это время во второй, опорожненный до этого ФСД 6, загружается отрегенерировэнная 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 ФРК10отработавшая 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,ь 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 грубопроводу 11 с открытой задвижкой 12 в ФРА 13, В этом режиме задвижки 17, 20 и 24 закрыты.

После перегрузкианионита в ФРА13 начинают раздельную регенерацию(восстановление) ионитов пропуском через их слои элюирующих растворов: катионита путем пропуска через ФРК 10 раствора кислоты (например 5-6 ф-ного раствора азотной кислоты) и анионита путем пропуска через

Ф PA 13 щелочи (4-5 %-ный раствор). B этом режиме задвижки 12,16,17 и 43 и эапорный 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, десорбированные в элюат из верхней части слоя катионы могут 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 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 начальный период оставшейся в слое воды и образования соли из кислоты в последующий период, в элюате концентрация нара-. стает постепенно от нуля до максимума, а затем постепенно снижается за счет разбавления оставшейся в контуре кислоты отмывочной водой. Максимум концентрации кислоты в элюате равен концентрации этой кислоты в регенерационном растворе. Это означает, что в этот момент основная часть катионов, в том числе и рассматриваемых радионуклидов, перешла в элюат, Поэтому после достижения в элюате максимального значения кислоты нет необходимости его обработки с помощью сорбейта, После прохождения элюирующих растворов кислоты и щелочи соответственКо

ФРК 10 и ФРА 13, а элюата раствора кислоты и через фильтр 35, элюаты растворов смешиваются в смесительном баке 29 и подаются в бак 30 контроля радиоактивности, а в случае удовлетворения требованиям безопасности сбрасываются в сточную канализацию.

Далее после процесса раздельной реге- 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 иэ ФРК 10, изменяется и измеряется концентратомером 36. При достижении концентрации кислоты, например серной, в этом элюате (отмывочной воде) ФРК 10 начальной концентрации (для указанного примера — 1,5 весовых), фильтрация указанного элюата (отмывочной воды) прекращается, при этом блок управления по линиям 38 дает сигнал на закрытие зэпорных органов 34 на байпасе 33 и открытии запорного органа 31. В этом случае отмывочная 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 пе1787526 регоужается в ФРА 13, где смешивается с анионитом, после чего смесь подается в свободный (опорожненный) ФСД 3, а в ФРК 10 подается подлежащая регенерации смесь анионита и катионита из отработавшего 5

ФСД 3, после чего цикл повторяется.

Пример осуществления способа.

Кислый регенерационный раствор, образовавшийся при регенерации серной кислотой отработанного катионита одного из 10

ФСД БОУ 3-го блока, отбирали через две пробоотборные линии с суммарным расходом 0,786 м /час в 200-литровые емкости.

Всего за время регенерации было отобрано

655 л раствора. Параллельно отбору опреде- 15 лены содержание серной кислоты и активность в регенерационном растворе, Кроме того, так как активность проб была низкой, была составлена интегральная проба исходного раствора. 20

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

При проведении испытаний использо- 25 валась стеклянная колонка сечением 2 см з 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 колоноч- -30 ным объемам.

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

Пробы для проведения y — спектромет- 35 рирования концентрировались упариванием.

Результаты испытаний приведены в табл.1 и 2, Характеристика регенератора. 40

Содержание кислоты в растворе, обра зовавшемся при регенерации серной кислотой отработанного катионита одного из

ФСД БОУ 3-го блока меняется в зависимости от объема пропущенного регенерацион- 45 ного раствора, йроходя через максимум, соответствующий значению 1,5 7;.

Основная масса радионуклидов цезия и кобальта, определенная с точностью проведенных у — спектрометрических измере- 50 ний, десорбировалась из смолы в период, соответствующий нарастанию концентрации кислоты в регенерате в интервале (0,21,5);4

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 пе рсонала, уменьшить активность сбросов в окружающую среду не подвергающихся специальной обработке.

Формула изобретения

Способ регенерации ионообменной смолы блочной обессоливающей установки системы кондесатоочистки АЭС, включающий перегрузку смеси отработавшего ионита из фильтров смешенного действия в фильтр-регенератор катионита, гидравлическое разделение смеси на катионит и анионит, 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, о т л и ч а ю щ 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 s элюате. соответствующей уровню начальной концентрации.

1787526

Таблицами

Таблица2

1787526

Составитель А.Михайлов

Техред M.Моргентал Корректор. М,Ткач

Редактор Г. Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 25 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5