凝结水精处理系统超低残留离子交换树脂的发展
Peter A. Yarnell Graver Technologies，LLC
200 Lake Drive，美国特拉华州，格拉斯哥市，19702
[摘 要]Graver Technologies 开发并生产了超低氯化物强碱性阴离子树脂用于凝结水精处理系统。大量的这种树脂已经广泛的
应用在美国的核电站中。通过应用超低氯化物树脂，这些核电站能够增加胺浓度，从而减少了铁的输送。目前开发相应的凝结水
精处理系统用超低硫酸盐强酸性阳离子树脂的工作已经起步。研究开发工作包括大量商用强酸性阳离子树脂在可比较的，严格控
制的环境中的后处理。该项目在后处理过程中和完成后对硫酸盐滤出液和总有机碳（TOC）的测量使用公制单位。
[关键词] 核电站 离子交换树脂 超低残留
1 导言
1.1 超低氯化物阴离子树脂
核电站需要将整个蒸汽/水回路中的腐蚀和相关的产物沉积最小化。凝结水精处理装置包括离子交换树
脂混床，这些混床在减少精处理装置出水中的杂质方面起着至关重要的作用。但是，再生后的树脂中残留
杂质对最终水质会产生不利的影响。对于强碱性阴离子树脂来说，最主要的污染物是氯化物和硫酸盐。
对于核级或凝结水的氢氧型阴离子树脂的常用规范允许最多0.1 到0.5%的氯型存在，0.1 到1.0%的硫
酸根的形式存在。到目前为止，获得氯化物或硫酸盐残留低于0.1%的强碱性阴离子树脂都是极端困难的。
Dominion Millstone 核电站位于美国康涅狄格州的沃特福德，由两个运行单元组成。2 号单元（895MW）
和3 号单元（1154MW）都分别装有压水反应堆（PWR），Babcock & Wilcox 和Westinghouse 蒸汽发生器。
Millstone 工厂使用从长岛（Long Island）周围引入的海水冷却。两个单元使用全流量凝结水精处理装置和
乙醇胺（ETA）/联氨联合化学运行处理。
Millstone 的2 号单元有七个凝结水精处理罐和八个混床树脂装料罐。在满负荷运行时，六个精处理装
置运行，一个备用，一个树脂交换器进行再生。与此相似，3 号单元有八个凝结水处理罐和九个混床树脂
装料罐。在满负荷运行时，七个精处理装置投运，一个备用，一个混床树脂交换器再生。每个精处理罐可
容纳5.7 立方米树脂，阴离子和阳离子比例为3：2。一般情况下这些混床装有氢型（H+）Dow Monosphere
650C 阳离子和氢氧型（OH-）Dow Monosphere 550A 阴离子树脂。
Millstone 认为减少腐蚀产品的输送是最重要的[1]。为了解决这个问题，曾经采取过诸如提高再生效率、
使用性能更好的阳离子树脂和向凝结给水中注入空气的方法。从2002 年夏季开始，Millstone 开始在装入
混床凝结水精处理装置之前将氢离子型强酸阳离子树脂转换成乙醇胺（ETA）形式。由于蒸汽发生器中的
氯化物等级升高，这次尝试最终提前结束了。最后，发现用于再生强碱阴离子树脂的苛性碱（NaOH）是
产生氯化物的根源。这个问题引起了对这方面应用的超低氯化物苛性碱和超低氯化物阴离子树脂的研究
[2]。
1.2 超低硫酸盐阳离子树脂
所有的氢离子型强酸阳离子树脂都含有磺酸根。在生产过程中，共聚物（通常是苯乙烯/二乙烯基苯）
使用浓缩的硫磺酸官能化。磺酸基就交联到苯环上，该连接不管该环是连到交联聚合体还是非交联聚合体
上。尽管树脂生产商做出了最大的努力，相关的短链低聚体仍不能绑到树脂基体上。这些低聚体中的一些
将被基体俘获而不是独立存在，低聚体中的苯环如同基体自身的点一样被官能化，官能化的低聚体被称为
有机磺酸盐。当投入阳离子树脂时，有机磺酸盐可逐渐浸出。
近年来，树脂制造商试图通过增加交联产生强酸性阳离子树脂[5]来解决可浸出有机磺酸盐的问题，尤
其是用于高纯度环境如电厂凝结水精处理和微电子工厂的超纯水生产。这个方法确实减少了树脂中残留的
有机磺酸盐的含量。
在高温给水条件下，使用强酸阳离子树脂的系统被另一个来源的硫酸盐所困扰[6-9]。在这种情况下，
可浸出的部分是无机硫酸盐。无机硫酸盐来自苯环的脱磺酸基作用。不幸的是，苯环的磺化作用是可逆的
过程。另外，随着流入的水温度升高，脱磺酸基作用加速。当磺化的苯环存在一个以上的连接点时（例如，
二乙烯基苯带有两个而苯乙烯只有一个），对脱磺酸基作用也是更加有利的。因此，增加聚合物中的二乙
烯基苯数量会增加可浸出无机硫酸盐的数量。后面的陈述是独立于制造商或多孔型（gellular vs.
macroporous）。
尽管可浸出硫酸盐的数量很少，但这些杂质能够在蒸汽发生器中浓缩和停留。电厂和微电子厂都在生
产线上安装了离子色谱设备，这些设备可以进行ppb 甚至ppt 范围的硫酸盐测量。因此在新的混床启用时，
沸水堆（BWR）现在观测到仅有μg / kg 级的硫酸盐移动。
压水反应堆（PWR）中的硫酸盐问题更加复杂。压水反应堆使用胺提高pH 值（一般为9-10）以减少

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