鋰離子除鹽器樹脂泄漏分析及處理

□陳文東 謝月豐 莫俊冰

一、除鹽器樹脂泄漏

(一)除鹽器結(jié)構(gòu)。某核電廠使用的鋰離子除鹽器(設(shè)備位號(hào)為2RCV003DE)是國(guó)營(yíng)523廠(大連寶源)生產(chǎn)的陽(yáng)床除鹽器，其設(shè)計(jì)壓力為1.38MPa，設(shè)計(jì)流量為13.6t/h，內(nèi)部裝有約0.46m3樹脂，其設(shè)計(jì)功能是用于過(guò)濾一回路介質(zhì)中的鋰離子。

除鹽器內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括2個(gè)進(jìn)料濾頭，4個(gè)出料濾頭，每個(gè)濾頭由41個(gè)濾片組成,濾片通過(guò)中間一個(gè)螺柱以及側(cè)邊均布三根螺柱固定，每個(gè)濾片正面有四個(gè)0.25mm高度的凸臺(tái)，故安裝后的濾片兩兩間的理論間隙值是0.25mm。而內(nèi)部裝有的樹脂顆粒度在0.29mm以上，無(wú)法通過(guò)濾片間隙進(jìn)入一回路系統(tǒng)中。在正常運(yùn)行期間，一回路介質(zhì)通過(guò)進(jìn)料濾頭的濾片間隙進(jìn)入，在RCV003DE內(nèi)通過(guò)樹脂過(guò)濾介質(zhì)中的鋰離子，過(guò)濾后的介質(zhì)通過(guò)出料濾頭的濾片間隙流出，從而實(shí)現(xiàn)一回路介質(zhì)除鋰功能。

(二)樹脂泄漏。在某次更換樹脂進(jìn)行除鋰時(shí)，發(fā)現(xiàn)2RCV003DE下游過(guò)濾器2RCV002FI壓差升高至報(bào)警值，對(duì)過(guò)濾器更換濾芯時(shí)，發(fā)現(xiàn)濾芯表面存在較多樹脂。通過(guò)流程圖分析，該樹脂來(lái)源只能是從2RCV003DE出料濾頭。后續(xù)使用SED對(duì)2RCV003DE至2RCV002FI之間管道的樹脂進(jìn)行沖洗，直至2RCV631VP的出口接近無(wú)樹脂狀態(tài)。重新投運(yùn)除鋰，2RCV002FI壓差很快上升至報(bào)警值，且濾芯表面依舊有較多樹脂，因此排除了管道中碎樹脂的可能性。2RCV003DE不可用，影響一回路介質(zhì)鋰離子濃度控制。同時(shí)，為控制一回路介質(zhì)鋰離子濃度，運(yùn)行人員使用手動(dòng)/自動(dòng)補(bǔ)給方法，對(duì)一回路介質(zhì)進(jìn)行換水操作，但會(huì)產(chǎn)生大約30噸/周的放射性廢水，同時(shí)增加操作員負(fù)擔(dān)。

二、原因分析

樹脂由2RCV003DE通過(guò)出料濾頭泄漏至下游管道直至2RCV002FI處，原因可能一是樹脂顆粒度比設(shè)計(jì)值小，沒(méi)有滿足0.29mm以上；二是出料濾頭存在缺陷，導(dǎo)致樹脂通過(guò)缺陷部位進(jìn)入下游管道。故樹脂泄漏原因可從樹脂和出料濾頭兩面進(jìn)行分析。

(一)樹脂檢查。核實(shí)此次更換的樹脂物資編碼是之前有過(guò)多次領(lǐng)用記錄，且該領(lǐng)用批次已在其他除鹽床上進(jìn)行使用，其他除鹽床使用未發(fā)現(xiàn)異常。查閱此次更換樹脂的出廠資料，顯示其顆粒度及其他各方面參數(shù)滿足采購(gòu)技術(shù)規(guī)格書要求，無(wú)異常。使用0.3mm的濾網(wǎng)對(duì)樹脂進(jìn)行篩選，樹脂基本上都無(wú)法通過(guò)濾網(wǎng)，說(shuō)明樹脂的顆粒度無(wú)問(wèn)題，排除了樹脂尺寸偏差的可能性。

(二)出料濾頭檢查。由于出料濾頭安裝在除鹽器內(nèi)部，且除鹽器內(nèi)徑較小，人員無(wú)法進(jìn)入，故需將除鹽器整體吊出，將除鹽器封頭打開后，才可對(duì)出料濾頭進(jìn)行檢查，詳細(xì)如下。

拆除除鹽器所在房間的上部蓋板，在除鹽器2個(gè)吊耳上安裝吊帶、卸扣，通過(guò)行車緩緩升起吊鉤帶動(dòng)除鹽器，移至腳手架存放平臺(tái)上方，在罐體合適位置設(shè)置牽引繩，緩慢下降，確認(rèn)罐體安放穩(wěn)定安全，拆除吊索具。因除鹽器表面可能存在沾污情況，由輻射防護(hù)人員測(cè)量除鹽器劑量，在表面活度高于100Bq/cm2的情況下，由核清潔對(duì)除鹽器進(jìn)行去污。

使用磨光機(jī)按對(duì)封頭焊縫進(jìn)行切割，將切割下的封頭連帶除鹽器出料濾頭放置在檢修專用存放架上。檢查并記錄除鹽器出料濾頭焊縫，使用塞尺逐個(gè)測(cè)量并記錄出料濾頭的每個(gè)濾片間的間隙，共測(cè)量4個(gè)濾頭160個(gè)間隙，最終發(fā)現(xiàn)6個(gè)位置間隙值大于0.3mm，最大間隙為0.33mm，最終確認(rèn)樹脂泄漏的直接原因是濾片間的間隙偏大，導(dǎo)致樹脂從出料泄漏處泄漏。

(三)濾片間隙變大的原因。為確認(rèn)濾片變大的原因，需拆除除鹽器出料濾頭的螺栓，取出濾片進(jìn)行檢查。在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下兩點(diǎn)異常情況：一是濾片的固定螺栓存在松弛現(xiàn)象，即濾頭的濾片原本應(yīng)該是靠四個(gè)螺栓固定的，不能移動(dòng)的，而此時(shí)濾片存在一定的活動(dòng)量；二是發(fā)現(xiàn)部分濾片背部原本應(yīng)該是平面的，存在0.05mm左右的變形量；而原本0.25mm高度的臺(tái)階部分也存在0.04mm左右的偏差。

故分析原因是濾片的長(zhǎng)期受力導(dǎo)致凸臺(tái)和背面接觸位置存在一定的塑性變形，而原本固定的螺栓又存在力矩松弛現(xiàn)象，濾片與濾片之間的位置發(fā)生軸向或圓周方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)后，導(dǎo)致濾片的四周間隙不均勻，部分間隙大于標(biāo)準(zhǔn)值0.25mm，最大可達(dá)0.33mm，致使顆粒度小于0.33mm的樹脂從濾片的間隙中泄漏進(jìn)入系統(tǒng)。

三、處理措施

通過(guò)上述分析，確認(rèn)樹脂泄漏的原因是由于濾片背部平面變形以及凸臺(tái)高度的變形，造成濾片間的間隙偏大，超過(guò)樹脂顆粒度造成的。

(一)濾片修復(fù)。將濾片放在研磨平板上，使用塞尺測(cè)量濾片背部變形量，對(duì)于變形超過(guò)0.02mm的濾片進(jìn)行研磨修復(fù)。又有濾片只有0.7mm厚度較薄，且是不銹鋼無(wú)法固定，為實(shí)現(xiàn)濾片背部研磨設(shè)計(jì)并制作濾片專用夾具，夾具外徑略大于濾片的外徑，夾具深度小于濾片厚度約1mm，在側(cè)面開四個(gè)M5的螺栓孔，使用螺栓將濾片固定在夾具上。使用研磨機(jī)整板對(duì)濾片背部進(jìn)行研磨加工，研磨后重新在研磨平板上測(cè)量確認(rèn)濾片背部變形量不超過(guò)0.02mm。利用外徑千分尺，配合深度尺對(duì)臺(tái)階高度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于臺(tái)階高度低于0.23mm的濾片進(jìn)行修復(fù)處理。設(shè)計(jì)并制作濾片的專用夾具，底部一底盤，濾片上部設(shè)計(jì)已橫桿，橫桿通過(guò)螺栓固定至底盤上，從而固定濾片，利用鉗工技能修復(fù)兩臺(tái)階之間的凹面，以確保臺(tái)階高度在要求范圍內(nèi)。

(二)濾片組裝調(diào)整。將修復(fù)后的濾片進(jìn)行組裝，盡量保證濾片的臺(tái)階在一條直線上，對(duì)稱均勻緊固濾片固定螺栓至力矩值，測(cè)量各濾片間的間隙值，因緊固后濾片存在間隙超過(guò)0.27mm的位置，對(duì)上部的所有濾片位置進(jìn)行錯(cuò)位調(diào)整，通過(guò)底部臺(tái)階壓緊，以調(diào)整間隙值，確保所有的間隙值不超過(guò)0.27mm。在復(fù)核確認(rèn)所有濾片的間隙滿足要求之后，對(duì)濾片的緊固螺栓增加點(diǎn)焊固定，以防由于運(yùn)行期間系統(tǒng)溫度、介質(zhì)流動(dòng)影響，造成螺栓緊固力矩松弛，進(jìn)而造成濾片間隙變化。

(三)除鹽器試驗(yàn)。完成所有濾頭的濾片間隙調(diào)整后，將除鹽器封頭整體焊接至除鹽器本體。將提前加工好的打壓工裝焊接在除鹽器進(jìn)水口、反沖洗出水口管道上。打開臨時(shí)工裝的排氣閥門、進(jìn)水閥門、對(duì)罐體進(jìn)行充水，待排氣閥門有水流出后關(guān)閉排氣閥門。充水完成后，關(guān)閉進(jìn)水閥，打開打壓泵進(jìn)口控制閥門，對(duì)罐體進(jìn)行打壓?？刂扑畨涸囼?yàn)泵進(jìn)行升壓(升壓速率不超過(guò)0.2MPa/min)，緩慢連續(xù)加壓至接近設(shè)計(jì)壓力(1.38MPa)時(shí)，放慢加壓速率繼續(xù)升壓至設(shè)計(jì)壓力，關(guān)閉控制閥，停止升壓。全面檢查容器本體焊縫、密封部位及試驗(yàn)管路無(wú)泄漏等異?，F(xiàn)象。確認(rèn)無(wú)異常后，打開控制閥，繼續(xù)控制水壓試驗(yàn)泵連續(xù)緩慢升壓(升壓速率小于0.2MPa/min)，至接近試驗(yàn)壓力(2.07MPa)時(shí)，放慢加壓速率繼續(xù)升壓至試驗(yàn)壓力,關(guān)閉控制閥。全面檢查容器本體焊縫、密封部位及試驗(yàn)管路無(wú)泄漏等異?，F(xiàn)象。檢查確認(rèn)無(wú)異常后，控制排氣閥卸壓(卸壓速率小于0.2MPa/min)，緩慢卸壓至大氣壓力后，關(guān)閉閥門，檢查所有參加水壓試驗(yàn)的承壓部件無(wú)殘余變形。水壓試驗(yàn)結(jié)束后加入少量新樹脂，將其升壓至系統(tǒng)運(yùn)行的壓力約8bar，檢查濾頭出口無(wú)樹脂泄漏情況，驗(yàn)證修復(fù)后的效果。

(四)除鹽器投運(yùn)檢查。在除鹽器2個(gè)吊耳上安裝吊帶、卸扣，通過(guò)行車緩緩升起吊鉤帶動(dòng)除鹽器，行吊移至地坑上方并緩慢下降。將除鹽器平穩(wěn)放置在支架上，并輕微緊固支架固定螺栓。調(diào)整除鹽器及相關(guān)管道，使用容器無(wú)可視傾斜且能完全固定在支架上，對(duì)支架螺栓進(jìn)行緊固，對(duì)除鹽器與管道焊縫進(jìn)行點(diǎn)焊固定。運(yùn)行解除隔離，除鹽器重新投運(yùn)后進(jìn)行除鋰操作時(shí)，檢查除鹽器下游過(guò)濾器的進(jìn)出口壓差處于正常范圍內(nèi)，表明除鹽器除鋰功能正常，順利解決了2RCV003DE樹脂泄漏的問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

2RCV003DE是國(guó)營(yíng)523廠(大連寶源)生產(chǎn)的陽(yáng)床除鹽器。該核電廠使用的類似結(jié)構(gòu)除鹽器總共包括1/2RCV001/002/003DE;1/2PTR001DE;1/2APG001/002/003/004DE;9TEU001/002DE;9TEP001/002/003/004/005/006/007DE等幾十臺(tái)。而十幾年前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)行后存在力矩松弛以及濾片塑性變形的問(wèn)題，就可能造成樹脂泄漏的情況，從而造成除鹽器不可用。此次2RCV003DE樹脂泄漏的成功處理，不僅確保了2RCV003DE的正常安全使用，對(duì)于類似結(jié)構(gòu)的檢修也提供了很多經(jīng)驗(yàn)和幫助。