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核电站三废系统蒸发器和脱气塔综合试验装置研究

编辑:   发布时间:2018-09-19

一、成果产生背景及创新性

      核电站三废系统蒸发器和脱气塔为核电站硼酸回收系统和废液处理系统中的关键设备,我国核电站上述系统及设备先前一直依赖国外进口。为打破技术垄断,解决我国核电上述系统及设备依赖国外进口这一现状,设计并搭建了蒸发与脱气综合试验平台,在该试验台架上进行了蒸发与脱气的试验研究,通过对自主研制原理样机及试验配套设施进行试验验证。最终完成了核电站蒸发与脱气工艺原理与运行试验参数的试验研究。项目建成拥有完全自主常识产权的核电站蒸发器与脱气塔废液处理试验系统,填补了国内空白,试验系统实物如图1-1。

图1-1 蒸发及脱气试验台架

      建成了一整套拥有完全自主常识产权的蒸发器与脱气塔废液处理试验系统及设备,为国内首创,关于本项目的查新报告见附件材料。通过对蒸发器、脱气塔传质机理及设备结构的研究,设计综合脱气及蒸发综合试验平台,模拟核电站运行条件,优化电站运行参数,为蒸发器和脱气塔的工程应用提供完备的试验参数和运行经验。该试验系统有如下特点:

1、该试验系统采用高精度电位滴定技术,含硼浓度的测量精确度至0.1ppm,实现对冷却剂硼含量精确控制;该试验系统采用溶解氧在线分析技术,测量精确度至ppb级别;

2、该试验系统脱气塔设备采用高气速并流传质,效率高,安全性好,塔板错孔布置,增大气液传质面积和效率;蒸发器设备采用新型国产丝网除沫器,提高了分离效果;优化操作参数,减少蒸汽携带液滴量,提高分离效果;

3、该试验系统可为国内外新机组脱气及蒸发设备提供验证试验平台,根本解决了国内脱气及蒸发装置的技术瓶颈,为我国电站蒸发器与脱气塔的工程应用创造了条件;

4、由该试验台架产生的脱气塔及蒸发器设备可完全替代国外进口产品,且部分指标优于国外产品,如脱气塔除氧浓度可达2ppb,优于国外同类型产品5ppb水平;蒸发器蒸馏液含硼浓度达到1-3ppm,优于国外同类型产品5ppm水平。

二、成果原理说明

      脱气试验系统流程图见图2-1。循环的起始点为模拟料液进入塔器的入口,随后在塔器内完成脱气的过程后,由塔器底部被循环泵抽出。泵出的料液为经过脱气的料液经过换热器冷却后,与工艺气体经过气液混合器后形成模拟料液。塔釜加热料液形成的蒸汽与原料液进行传质后进入排气冷凝器,不凝气体排放大气,而冷凝液回流至脱气塔,从而实现冷却剂的脱气。

      脱气系统试验台架主要包括以下几个功能部分:

      脱气回路:试验台的脱气主体部分,用以实现料液的循环,完成脱气塔原理样机脱气试验;

      蒸汽冷凝回路:冷凝脱气塔塔顶蒸汽为水,排出不凝气体及将冷凝液回流至脱气塔内;

      冷却控制:试验期间用换热器以冷却料液,控制水温在预定温度范围;

      仪表控制:流量控制及测量、温度控制及测量、压差测量等,实时显示测量结果并记录数据。

图2-1 脱气试验系统流程图

      蒸发系统试验回路流程见图2-2:硼酸料液通过强制循环泵、电热再沸器与蒸发塔形成一个循环回路,料液经过电热再沸器的加热,在塔内产生一定比率的气化率,产生蒸汽。蒸汽经过蒸发塔的三层筛板经蒸发塔的顶部蒸汽出口管进入冷凝器中冷凝,一部分作为蒸馏液进入蒸馏液水箱,一部分回流至蒸发塔。回流的料液与蒸汽形成传质,使得上升蒸汽含硼酸浓度进一步降低,从而实现硼酸与水的分离。通过泵向循环回路补给料液,随着蒸馏的进一步进行, 循环回路料液硼酸浓度提高,当达到指定值,进入到浓缩液水箱中。

      蒸发塔的原理样机试验台主要包括以下几个功能回路:

      蒸发塔蒸汽发生回路:利用强制循环泵建立蒸汽发生回路,产生蒸汽;

      蒸汽冷凝回路:用以实现蒸汽冷凝回流及蒸馏液收集;

      冷却回路:试验期间用以冷却试验回路,控制水温不超过设定温度;

      试验仪表控制系统:采用PLC上位机操作系统,实时监视流量控制及测量、温度控制及测量、压差测量等,可以实时显示测量结果并记录测量的数据。并利用电位滴定仪对硼酸含量进行高精度离线测量。

图2-2 蒸发试验系统流程图

三、成果实施情况说明

      2015年5月,由于该试验台架和试验研究的成果,首期与深圳中广核工程设计有限企业签订RMB1750000元试验验证技术服务合同:《新型脱气和蒸发装置工程样机试验验证技术服务合同》,合同见附件材料。

      该试验系统为国内唯一拥有完全自主常识产权的蒸发与脱气废液处理试验系统,为后续蒸发器和脱气塔的工程应用提供完备的试验数据。通过该试验台架,完成了脱气及蒸发设备产品开发,并于2014年12月获得共计RMB 25161434的供货合同:

1、《辽宁红沿河核电厂5-6号机组LOT130G(除气及蒸发单元设备)供应合同》(合同额为RMB19013982元)及追加合同(追加RMB1720000元),共计合同额为RMB20733982元,合同见附件材料;

2、《广东阳江核电厂5-6号机组LOT130Ga(TEU蒸发单元设备)供应合同》(合同额为RMB3217452元)及追加合同(追加RMB1210000元),共计合同额为RMB4427452元,合同见附件材料。

综上,该成果已经实现总合同额RMB 26911434元,且已为国内核电厂建设节省了工程造价超过RMB5000万,后续将继续参与国内新建电站供货竞标。该项目已经带来了共计接近8000万的经济效益。

四、成果推广前景描述

      该试验系统可以为各类塔器提供塔内件效果验证试验、热工水力性能试验,可分析各类塔板的分离效率,为国内外各类塔器提供性能鉴定的试验平台;该试验系统为我国压水堆核电站蒸发器与脱气塔的研制创造了条件,并为国内外其他新机组脱气及蒸发设备提供验证试验平台。

      由该试验台架产生的脱气塔及蒸发器设备可完全替代国外进口产品,且部分指标优于国外产品,已实现红沿河核电厂5-6机组与阳江核电厂5-6机组的供货。该成果经济效益及战略意义重大,可从行业全面推广。

五、常识产权情况说明

      项目共计申请了多项国家专利,专利证书见附件材料,其中三项发明专利和一项实用新型,全部授权,如下表:

表5-1 常识产权统计表

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