降低硼酸溶液中的總有機(jī)碳濃度的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及通過使用紫外線輻射來降低核反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)中的含硼酸的冷卻水(即，硼酸溶液)內(nèi)的總有機(jī)碳(T0C)濃度，隨后通過使用過氧化物，并結(jié)合使用活性炭吸附床與混合床(混床柱)，從而達(dá)到清除硼酸溶液中的總有機(jī)碳的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]將硼酸(放射性同位素WB)作為中子吸收劑加入核電站壓水反應(yīng)堆(壓水反應(yīng)堆PWR和水-水高能反應(yīng)堆VVER))的一回路制冷劑中。一回路制冷劑中的硼酸濃度的改變可導(dǎo)致對中子數(shù)量產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響分裂反應(yīng)的規(guī)模和速度。有機(jī)物可通過各種非密閉性、或者如伴隨化學(xué)品制劑(例如硼酸)的污染而進(jìn)入到制冷劑中。有機(jī)物不應(yīng)存在于制冷劑中，這是由于有機(jī)物的存在會對一回路化學(xué)系統(tǒng)造成問題。并且，有機(jī)物會沉積在燃料部件的表面，從而使傳熱以及整個制冷過程惡化。有機(jī)物在燃料棒上的沉積不僅導(dǎo)致燃料棒本身的散熱發(fā)生惡化，還會導(dǎo)致以下危害:沉積的有機(jī)物由于具有比所覆蓋的燃料棒更差的傳熱系數(shù)，因而可導(dǎo)致燃料棒過熱；在嚴(yán)重的過熱情形下，將引起燃料棒的損壞，以及使核反應(yīng)裂變的產(chǎn)物釋放到一回路制冷劑中。有機(jī)物還可與所使用的材料反應(yīng)，從而導(dǎo)致該材料發(fā)生腐蝕。因此，將制冷劑中的有機(jī)物濃度控制在最低、甚至接近于零是很重要的?？赏ㄟ^使用化學(xué)品來達(dá)到所要求的純凈度。在包含有機(jī)物的制冷劑未得到凈化的情況下，必須最大限度地降低制冷劑中的有機(jī)物濃度。
[0003]為了上述目的，可利用基于通過紫外線輻射來分解有機(jī)物的工藝的原理。目前，用于降低硼酸溶液中的有機(jī)碳的方法為所謂的水交換。水交換是時間甚至技術(shù)上都要求非常嚴(yán)格的特殊方法，通過新舊替換來取代包含的有機(jī)碳濃度超出指標(biāo)的溶液。用于代替污染溶液的新溶液(純凈溶液)含有最低濃度的有機(jī)碳，而被純凈溶液所替換下的污染溶液隨后作為放射性液體廢物加以處理。除上述的水交換之外，目前并無其它的去除硼酸溶液中的有機(jī)碳的方法。本發(fā)明方法的獨特之處在于，硼酸溶液在經(jīng)過紫外線輻射處理后可被再次利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所述技術(shù)方案的主題在于，通過使用紫外線輻射來降低核反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)中的含有硼酸的冷卻水(即，硼酸溶液)內(nèi)的總有機(jī)碳(T0C)濃度，隨后通過使用過氧化物，并結(jié)合使用活性炭吸附床與混合床(混床柱)，從而達(dá)到清除硼酸溶液中的總有機(jī)碳的目的。
[0005]為了降低含有硼酸的溶液中的總有機(jī)碳(T0C)的濃度，利用基于紫外線輻射分解有機(jī)物的技術(shù)原理。紫外線輻射來源為紫外線燈(包含全不銹鋼圓柱形容器以及發(fā)出輻射的燈管)，優(yōu)選其中的燈管發(fā)射的紫外線輻射波長為約185-254nm，并且優(yōu)選其中的全不銹鋼圓柱形容器由具有拋光表面的不銹鋼材料制成，從而反射UV輻射。在大多數(shù)情況下，所使用的是低壓放電燈，有時候簡稱為低壓汞燈(汞燈)。為了前文所述的目的，最合適的輻射波長為185nm(紫外線輻射短波紫外線UV-C)。優(yōu)選的是，紫外線燈管具有石英玻璃的外殼，以最低限度吸收所需的185nm的波長。在紫外線輻射作用下使水發(fā)生光解，產(chǎn)生所謂的自由基，即包含至少一個未成對電子的高活性粒子。自由基能夠在接觸有機(jī)物時使有機(jī)物分子中的單個原子間的集合體發(fā)生分解，從而導(dǎo)致分子中的碳被分解而數(shù)量降低。在理想的狀態(tài)下，可使有機(jī)物分解為水和二氧化碳。
[0006]將待凈化的含有硼酸和有機(jī)物的溶液從儲液池內(nèi)抽取到紫外線燈中。抽取速度是影響整個過程的效率的基本因素。在快速抽取的情況下，有機(jī)物和自由基僅發(fā)生短時間的接觸，從而使得整個過程的效率較低。
[0007]能夠?qū)Υ娴娜芤嚎焖俪槿≈磷贤饩€輻射中的方法為:在所述溶液進(jìn)入紫外線燈之前加入含有過氧基團(tuán)的化合物制劑，例如過氧化氫(H202)或者過硫酸鉀(K2S20s)，即所謂的自由基反應(yīng)引發(fā)劑(氧化劑)。這些含有過氧基團(tuán)的化合物制劑在紫外線輻射的作用下分解為兩個自由基，每一個都含有未成對電子。這些自由基與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，從而顯著加速有機(jī)物的分解過程。這種同時由紫外線輻射和過氧化物產(chǎn)生的作用稱為光化學(xué)氧化反應(yīng)，即由日光(實際上是其中的紫外線部分)引發(fā)或者催化氧化。使用過氧化氫(H202)相比于使用例如過硫酸鹽等替代品而言更有優(yōu)勢，這是因為過氧化氫的分解形成水，而使用過硫酸鹽產(chǎn)生硫酸鹽陰離子，所述硫酸鹽陰離子可在隨后的冷卻技術(shù)系統(tǒng)中造成腐蝕問題。所述氧化劑為化學(xué)純的試劑。當(dāng)使用過氧化氫時，所述過氧化氫可以不使用穩(wěn)定劑添加劑。
[0008]本發(fā)明所述的技術(shù)方案基于同時由紫外線輻射和過氧化物產(chǎn)生作用，隨后通過活性炭吸附床進(jìn)行輔助，從而徹底凈化硼酸溶液。使用活性炭吸附床主要是出于去除過量的自由基反應(yīng)引發(fā)劑的目的。出于待凈化溶液中的有機(jī)物的濃度未知的這一考慮，有可能將過量的自由基反應(yīng)引發(fā)劑加入到溶液中。如果不能將過量的引發(fā)劑從水中清除，可對后續(xù)步驟中的離子物質(zhì)產(chǎn)生重大影響，從而導(dǎo)致清潔功能失去價值和效果不足?；钚蕴课酱策€可對于可能的剩余有機(jī)物發(fā)揮吸附材料的作用?；钚蕴课酱驳膬?yōu)勢在于，它不會導(dǎo)致硼酸被過濾，因此不會導(dǎo)致溶液中的硼酸減少。其中，在本發(fā)明所使用的活性炭吸附床的輸出口處的氯化物和硫酸鹽的濃度低于50 μ g/Lo
[0009]由于氣體(自由基反應(yīng)引發(fā)劑中的氧和有機(jī)物分解出的二氧化碳)進(jìn)入了溶液，有必要排出這些溶液中的氣體。這一過程在排氣槽中進(jìn)行，在所述排氣槽處將溶液抽取至最后一個部件，即混合床(也稱為“混床柱”)。在本發(fā)明中，術(shù)語“混合床”和“混床柱”可互換使用。
[0010]本專利組件(即，本發(fā)明所述的設(shè)備)中的最后一個有效部件為混床柱(由不銹鋼制成的過濾容器，配備適當(dāng)數(shù)量的濾芯(含有離子交換樹脂)以及任選的傳統(tǒng)的孔狀底部，以防止離子交換顆粒從過濾器內(nèi)泄漏)、或稱為混合床(混床)。組件中包含的這一部件特別是用于對硼酸溶液進(jìn)行徹底凈化。如果有機(jī)物中含有除氧、碳或者氫之外的其它原子，則在通過紫外線燈后，這些原子會轉(zhuǎn)換成不期望的陰離子，所述陰離子隨后可導(dǎo)致運行中出現(xiàn)麻煩狀況(若有機(jī)物中包含硫原子，則經(jīng)過紫外線燈后可氧化產(chǎn)生硫酸鹽，造成不銹鋼部分的腐蝕，或者可成為所謂的腐蝕開裂的輔助因子，即已知的例如SSC “應(yīng)力腐蝕開裂”的輔助因子)。這些陰離子由混合床的陰離子交換成分捕獲。由于硼酸的離解產(chǎn)生所謂的硼酸鹽，而所述硼酸鹽也能被混合床的陰離子交換成分所捕獲，因此，需要在使用本專利組件前將混合床過濾器的陰離子交換成分飽和至與包含在具有污染的總有機(jī)碳(TOC)的輸入溶液中的硼酸具有相同的濃度。本發(fā)明所述組件中的混合床中的樹脂含有強(qiáng)酸性陽離子交換劑和強(qiáng)堿性陰離子交換劑的混合物，二者的比例為1:1。該混合床中的樹脂可為核工業(yè)中使用的核級樹脂。此外，該樹脂優(yōu)選為單分散的單球狀粒子，從而確保具有高質(zhì)量的輸出流的混合床的快速輸出。其中，本發(fā)明所述的強(qiáng)酸性陽離子交換劑和強(qiáng)堿性陰離子交換劑均為本領(lǐng)域的離子交換樹脂中通常使用的離子交換劑(例如，請參見https://en.wikipedia.0rg/wiki/1n_exchange)。
[0011]由于該組件用于核電站，因此其中所有的部件使用的材料(包括抽取栗和其它電力設(shè)備)在安全角度(特別是可燃性)上必須符合在使用該組件的具體國家所給定的立法標(biāo)準(zhǔn)。最符合該項標(biāo)準(zhǔn)的材料是不銹鋼，其為核電站使用的標(biāo)準(zhǔn)材料。
[0012]可將經(jīng)本發(fā)明的設(shè)備凈化后的溶液用于核電站，而不會有有機(jī)物沉積在系統(tǒng)表面，也不會惡化傳熱過程和對整個冷卻過程形式產(chǎn)生負(fù)面影響。
【附圖說明】
[0013]圖1示出了本發(fā)明的組件(設(shè)備)的示意圖。其中，各部分編號為:1含總有機(jī)碳的硼酸溶液(輸入溶液)的儲液池；2、8栗；3紫外線燈；4氧化劑的貯存池；5計量栗；6活性炭吸附床；7排氣槽；9混床柱；10電源；11不含總有機(jī)碳的硼酸溶液。
[0014]圖2示出了本發(fā)明的紫外線燈的示意圖。其中，各部分編號為:301紫外線燈的燈管；302全不銹鋼圓柱形容器(S卩，用于減少總有機(jī)碳的輻射空間)；303含總有機(jī)碳的溶液的輸入口 ；304不含總有機(jī)碳的溶液的輸出口。
[0015]圖3示出了本發(fā)明所述的用于減少總有機(jī)碳(T0C)濃度的設(shè)