JPH07159587A

JPH07159587A - 樹脂性能モニタ

Info

Publication number: JPH07159587A
Application number: JP5306225A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Usui; 直志碓井; Yusaku Nishimura; 勇作西村
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【構成】イオン交換樹脂の再生設備より樹脂を樹脂溶出
槽９へ移送し、そこで温度を温調器１０により調整しつ
つ純水に樹脂を浸漬し、その溶出物のＴＯＣ量，分子量
を測定する。そのデータをもとに樹脂への溶出物吸着量
を算出し、その量よりイオン交換樹脂の脱塩率を予測す
る。【効果】適切なイオン交換樹脂の運用が可能となり、原
子力発電所一次系での水質高純度化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力プラントで水質を
維持すべく設置してある浄化装置に充填してあるイオン
交換樹脂からの溶出物を測定し、樹脂の交換及び薬品再
生実施有無を適切に判断する樹脂性能モニタに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所、例えば、沸騰水型原子力
発電所では原子炉水の水質を良好に維持するため、原子
炉で発生した蒸気を主復水器で冷却，凝縮させた復水を
復水脱塩装置にて浄化処理後、原子炉内へ供給してい
る。また廃棄物処理系でも濃縮器で処理された凝縮水は
ラド系脱塩装置で浄化処理された後、復水貯蔵タンクへ
回収される。この復水脱塩装置，ラド系脱塩装置は陽イ
オン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が混合充填された混床
式の脱塩装置である。不純物のカチオン種は陽イオン交
換樹脂で、またアニオン種は陰イオン交換樹脂で除去さ
れる。復水脱塩装置でのイオン交換樹脂はプラント定検
時、イオン交換樹脂を採取、陽イオン交換樹脂，陰イオ
ン交換樹脂、それぞれ、その脱塩性能を測定し、その後
の運用を決めている（乙葉他「ＢＷＲ給・復水管理改善
とそのシステム展開」火力原子力発電Ｖol ３９ No.３
８１（１９８８)）。またラド系脱塩装置の樹脂は経験
的な使用年数で定期的にイオン交換樹脂の交換を行って
いる。

【０００３】しかし、最近陽イオン交換樹脂から溶出し
た不純物が陰イオン交換樹脂に吸着し、脱塩性能を低下
させることがわかってきた。原子力発電所はある一定期
間定期検査を行う。その間、復水脱塩塔は陽イオン，陰
イオン交換樹脂が混床状態で保管される。また、ラド系
脱塩塔は間欠通水であり、通水時以外は復水脱塩塔と同
様、混床状態での保管となる。この保管時、イオン交換
樹脂からの溶出物は対イオンに吸着し、定検末期ではそ
の性能が劣化する。従って、陽イオン，陰イオン交換樹
脂の脱塩性能を測定するだけでは、イオン交換樹脂の運
用を適切に判断出来なくなる。

【０００４】また、復水脱塩装置の除鉄性能向上を目的
に陰イオン交換樹脂のみを交換し、陽イオン交換樹脂は
継続使用するケースが出てきている（特願昭60−273273
号明細書）。この場合、新品の陰イオン交換樹脂と数年
間使用した陽イオン交換樹脂で混合されるため、新品の
陰イオン交換樹脂は使用陽イオン交換樹脂からの溶出物
で汚染される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではプラ
ント定検中に復水脱塩装置内での陽イオン交換樹脂，陰
イオン交換樹脂をサンプリングし、それぞれの樹脂につ
いてシャロベット法で、その脱塩性能を測定し、その値
が所定の値以上であれば、イオン交換樹脂の継続使用が
可能であると判断している。

【０００６】陽イオン交換樹脂からの溶出物は陰イオン
交換樹脂へ、また陰イオン交換樹脂からの溶出物は陽イ
オン交換樹脂に吸着され、また、その溶出量は樹脂の経
年劣化と共に増加する。またその形態も変化すると言わ
れているが、従来、その実態は明らかではなかった。

【０００７】またイオン交換樹脂はそれぞれ対イオン交
換樹脂からの溶出物を吸着する。この吸着する溶出物の
形態、及びその量によって、イオン交換樹脂の性能は劣
化する。すなわち、プラント定検中、復水脱塩塔内で保
管されている樹脂は対イオン樹脂からの溶出物により汚
染，脱塩性能が低下する。従って従来技術のようにイオ
ン交換樹脂、個々の性能だけでイオン交換樹脂の性能を
監視していると、イオン交換樹脂の運用を誤まる可能性
がある。すなわち、陽イオン交換樹脂は所定の性能を維
持しているが、その溶出物が対イオンである陰イオン交
換樹脂に影響を与え、性能を劣化させる場合は、その陽
イオン交換樹脂は交換する必要がある。また、プラント
定検中復水脱塩塔内で陽イオン，陰イオン交換樹脂は接
触状態で保管されており、樹脂からの溶出物により対イ
オン交換樹脂が汚染される。

【０００８】本発明の目的はイオン交換樹脂から溶出す
る溶出物の量、また従来実態が不明であった形態につい
て測定を行い、溶出物が対イオン交換樹脂に与える影響
を評価し、適切なイオン交換樹脂の運用判断が出来ると
ともに、定検中イオン交換樹脂の汚染を抑制する樹脂性
能モニタを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は復水脱塩塔及びラド系脱塩塔からイオン交
換樹脂を樹脂溶出槽へ移送し、樹脂からの溶出物のＴＯ
Ｃ量、及び分子量分布を測定し、その結果をもとに、そ
れぞれ対イオン交換樹脂への吸着量を評価することによ
り溶出物吸着によるイオン交換樹脂の性能劣化程度を予
測する。

【００１０】溶出物のＴＯＣ量はＴＯＣ計、また分子量
分布はＧＦＣ計で測定する。イオン交換樹脂に吸着し、
イオン交換性能を劣化させるのは高分子（分子量２００
０以上）溶出物であることから、上記、ＴＯＣ溶出量、
及び分子量分布から陽イオン，陰イオン交換樹脂の接触
時間から、その吸着量を算出し、実験的に得られた吸着
量とイオン交換樹脂性能の関係から、その劣化程度を予
測する。また、定検中でのイオン交換樹脂の汚染を抑制
するため、陽イオン，陰イオン交換樹脂を分離して保管
する。

【００１１】

【作用】陽イオン交換樹脂とは液中の陽イオンを取り入
れ、自分のもっている陽イオンを放出する性質の樹脂で
あり、また陰イオン交換樹脂は液中の陰イオンを取り込
み、自分のもっている陽イオンを放出する性質の樹脂で
ある。これら、陽イオン，陰イオン交換樹脂がある比率
で混合され混床状態で沸騰水型原子力発電所の復水脱塩
装置、及びラド系脱塩装置に使われている。

【００１２】イオン交換樹脂は経年的に劣化し、樹脂か
ら溶出する不純物量も経年的に増加する。陽イオン交換
樹脂からの溶出物は陰イオン交換樹脂へ、また陰イオン
交換樹脂からの溶出物は陽イオン交換樹脂に吸着する。
イオン交換樹脂は経年的にその溶出量も増加するが形態
も変化する。溶出物の形態についてはその実体が不明で
あったが、発明者はその分子量に着目し、原子力発電所
で使用した樹脂からの溶出物と新品樹脂からの溶出物の
分子量をＧＦＣ計で測定した。その結果、図５に示すよ
う使用年数が長く、劣化が進んでいる樹脂からの溶出物
ほど分子量が大きいことが判明した。先に示したように
イオン交換樹脂からの溶出物はその対イオン交換樹脂に
吸着され、分子量が異なる新品樹脂、及び経年的劣化樹
脂からの溶出物も同じ挙動を示す。これらイオン交換樹
脂から溶出した溶出物は対イオン交換樹脂に吸着するこ
とにより、そのイオン交換樹脂の脱塩性能を劣化させ
る。発明者は分子量が異なる溶出物の吸着量によるイオ
ン交換樹脂の劣化経度について調査をした。その結果、
図６に示すよう、新品陽イオン交換樹脂から溶出する分
子量２０００以下の不純物は、その吸着量が増加しても
吸着された陰イオン交換樹脂の脱塩性能は劣化しない。
一方、分子量２０００以上の溶出物は吸着量の増加に比
例して、陰イオン交換樹脂の脱塩性能を劣化させる。ま
た陰イオン交換樹脂からの溶出物もその吸着量増加と共
に陽イオン交換樹脂の脱塩性能を劣化させる。従って、
イオン交換樹脂は脱塩性能とともに、溶出物による対イ
オン交換樹脂への吸着量（汚染程度）の面からもその運
用を管理する必要がある。陰イオン交換樹脂への高分子
量吸着量が２００（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ・Ｒ）を超えると
樹脂交換が必要となる。先に示したようにイオンに交換
樹脂への高分子溶出物吸着による脱塩性能の劣化は吸着
量に依存し、両者（吸着量と脱塩性能）には比例関係が
成り立つ。従って、イオン交換樹脂の溶出量（ＴＯＣ計
で測定）及び分子量（ＧＦＣ計で測定）測定値より、そ
の樹脂から溶出する高分子量溶出物の溶出速度を算出
し、樹脂の接触時間から下式で対イオン交換樹脂の脱塩
性能低下割合が評価できる。

【００１３】

【数１】 η＝η₀−ａlog（Ｌ_R・Ｔ）（Ｌ_R・Ｔ＞２０）

【００１４】

【数２】 η＝η₀（Ｌ_R・Ｔ＜２０）ここで、 η ：イオン交換樹脂脱塩率（−），η₀：新品イオン交
換樹脂脱塩率（−）Ｌ_R：高分子量溶出物溶出速度（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ・
Ｒ）Ｔ：樹脂接触時間（ｈ），ａ：脱塩率低下定数（−）陰イオン交換樹脂を交換し、陽イオン交換樹脂を継続し
て使用する場合、陽イオン交換樹脂から溶出した高分子
有機物は陰イオン交換樹脂に急速に吸着し、その性能を
劣化させる。図７は陽イオン交換樹脂からの高分子有機
物の溶出速度と新品陰イオン交換樹脂の脱塩性能の関係
を示したものである。陽イオン交換樹脂からの高分子有
機物溶出速度が０.１(ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ−ＣＲ・ｈｒ）
を超えた時点で、新品陰イオン交換樹脂の性能は急激に
低下する。新品陰イオン交換樹脂で脱塩率が急激に低下
することから、使用中陰イオン交換樹脂でも同様な挙動
となる。従って、陽イオン交換樹脂からの高分子有機物
の溶出速度が０.１(ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ−ＣＲ・ｈｒ）を
超えた場合、陰イオン交換樹脂への影響より、陽イオン
交換樹脂を新品へ交換する必要がある。

【００１５】以上より、イオン交換樹脂の性能を良好に
維持するためには陽，陰イオン交換樹脂の接触時間を極
力短くすることが重要である。また、イオン交換樹脂は
通常満水状態で保管されているが、表１に示すよう脱気
水満水で保管すると樹脂からの高分子有機物の溶出量を
低く抑えられる。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【実施例】本発表は実施例を挙げて下記に説明する。

【００１８】図１は復水脱塩塔及びラド系脱塩塔内での
樹脂を再生する設備の一般的な構成図である。復水脱塩
塔、及びラド系脱塩塔１に充填してある樹脂はイオン不
純物負荷量が多くなると再生系に移送され、薬品で再生
される。脱塩塔１より樹脂は移送ライン５より分離混合
塔２へ移送され、そこで陽イオン交換樹脂，陰イオン交
換樹脂の比重差を利用して水、及び空気の流れで分離さ
せる。分離混合塔２では比重の小さい陰イオン交換樹脂
が上層、大きい陽イオン交換樹脂が下層にくる。分離操
作後、上層の陰イオン交換樹脂は陰イオン樹脂再生塔３
へ、下層の陽イオン交換樹脂は陽イオン交換樹脂再生塔
４へ移送され、それぞれの再生塔で薬品再生後、再び分
離混合塔２に移送されそこで混合，純水洗浄後、復水脱
塩塔、及びラド系脱塩塔へ移送される。図２は本発明の
実施例を示したものである。図１の再生設備の分離混合
塔２で分離した陽イオン交換樹脂は移送ライン６，７を
通り、移送ポンプ８で樹脂溶出槽９へ移送される。樹脂
溶出槽９に純水移送ポンプ１５，純水移送ライン１４よ
り純水を入れ、移送されてきた樹脂を純水中に浸漬させ
る。樹脂からの不純物は温度によりその溶出挙動が異な
るため、樹脂溶出槽９には温度を一定温度に調整する温
調器１０が設置されている。樹脂からの溶出水は溶出水
移送ポンプ１１で測定系へ移送され、そこで溶出物の分
子量をＧＦＣ計１２ＴＯＣ量をＴＯＣ計１３で測定す
る。陽イオン交換樹脂からの溶出物測定後、樹脂溶出槽
９から陽イオン交換樹脂を樹脂排出ライン１６より排出
し、次に陰イオン交換樹脂を陽イオン交換樹脂と同様に
樹脂溶出槽９へ移送して、溶出物の分子量，ＴＯＣ量を
測定する。また、本実施例では陽イオン交換樹脂，陰イ
オン交換樹脂をある比率で移送し、混床状態での溶出物
についても測定可能である。また、任意の樹脂（例えば
新品樹脂、及び使用済樹脂）の溶出物を測定する場合に
は図３に示すよう樹脂溶出槽９へ樹脂ホッパ１７より任
意樹脂を入れ、溶出物の物性を測定する。

【００１９】これらのデータをもとに樹脂からの高分子
（分子量２０００以上）溶出物の溶出速度を算定し、陽
イオン，陰イオン交換樹脂の定検時での接触時間から吸
着量を評価し、定検末期でのイオン交換樹脂脱塩性能の
劣化程度を予測する。図８，図９に樹脂継続使用可否判
定フローを示す。陽イオン交換樹脂からのＴＯＣ溶出速
度、及び分子量を測定する陽イオン交換樹脂からのＴＯ
Ｃ溶出物が高分子であり、溶出速度が０.１(ｍｇ−ＴＯ
Ｃ／Ｌ−ＣＲ・ｈｒ）以上の場合は陽イオン樹脂交換可
否フローへ進む。以下の場合は定検時での陰イオン交換
樹脂への高分子有機物の吸着量を評価し、プラント起動
時での陰イオン交換樹脂脱塩率を予想し、性能劣化と無
しと判断された場合は陽・陰イオン交換樹脂継続使用可
能との判断になる。陰イオン交換樹脂劣化と予想された
場合は陰イオン交換樹脂交換すると共に、陽イオン交換
樹脂交換可否判定フローで、陽イオン交換樹脂について
の交換可否の判定を行う。

【００２０】図４はイオン交換樹脂を陰イオン，陽イオ
ン交換樹脂二層分離状態で保管する実施例を示したもの
である。純水貯蔵タンク１９より純水移送ライン２０で
脱塩塔下部より純水を注入する。純水の上昇流により脱
塩塔内で陰イオン，陽イオン交換樹脂は、その比重差に
より脱塩塔１内で二層（上層：陰イオン交換樹脂、下
層：陽イオン交換樹脂）に分離される。さらに、脱塩塔
１下部よりＮ₂ボンベ２２からＮ₂ガス注入ライン２３
よりＮ₂ガスを注入し、ベントライン２１からベントす
ることにより脱塩塔１内での水を脱気させ、脱気水満水
の状態で保管する。

【００２１】また純水貯蔵タンク１９より純水を膜脱気
装置２４で脱気し、脱塩塔内に注入することでも脱気水
満水の状態で陰イオン，陽イオン樹脂分離保管が可能で
ある。また、満水状態の場合、水を媒体に陽イオン樹脂
からの溶出物が陰イオン交換樹脂に接触する可能性があ
るため、水抜きライン２６により脱塩塔内の水を抜き、
湿潤状態での保管も可能である。

【００２２】陰イオン交換樹脂の汚染劣化を抑制する観
点では陰イオン，陽イオン交換樹脂を完全分離状態で保
管することが最も有効である。脱塩塔１で陰，陽イオン
交換樹脂を分離させた後、陽イオン交換樹脂は樹脂移送
ライン２７より陽イオン交換樹脂貯蔵槽２８へ移送す
る。陽イオン交換樹脂移送後、陰イオン交換樹脂を樹脂
移送ライン２７より陰イオン交換樹脂貯蔵槽２９へ移送
し、陽，陰イオン交換樹脂を完全分離の状態で保管が可
能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によればイオン交換樹脂の運用で
従来考慮していなかった樹脂からの溶出物による対イオ
ン交換樹脂への影響も加味した、より現実的なイオン交
換樹脂の運用が可能となる。原子力発電所はある一定期
間の間、プラントを停止し、定期検査を実施する。その
間、復水脱塩塔の樹脂は陽イオン，陰イオン交換樹脂、
混床状態で脱塩塔内で保管される。そこで定検開始前
に、本発明による樹脂性能モニタでイオン交換樹脂から
の溶出物のＴＯＣ量、及び分子量を測定し高分子溶出物
の溶出量を把握する。次に定検期間から定検末期におけ
る高分子溶出物のイオン交換樹脂への吸着量を算出し、
その結果から定検末期、すなわち、サイクル初期での脱
塩性能が予測可能となる。この結果をもとに樹脂交換の
有無、及び再生実施の有無を適切に判断することが可能
となり、復水脱塩塔、及びラド系脱塩授の機能を良好に
維持することができる。また、陰，陽イオン交換樹脂を
分離脱気水満水状態で保管することにより、陰イオン交
換樹脂の汚染を抑制でき、原子炉一次系水質の高純度化
に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する復水脱塩塔，ラド系脱塩塔樹脂
を再生する設備をあらわしたブロック図。

【図２】再生設備に本発明を適用した実施例の系統図。

【図３】任意の樹脂について測定するための実施例の系
統図。

【図４】樹脂保管に関し、本発明を適用した実施例のブ
ロック図。

【図５】イオン交換樹脂の使用年数と溶出物分子量の関
係の説明図。

【図６】ＴＯＣ吸着量と陰イオン交換樹脂性能の関係の
説明図。

【図７】陽イオン交換樹脂高分子有機物溶出量と陰イオ
ン交換樹脂脱塩性能の関係の説明図。

【図８】樹脂交換判定手順を説明するフローチャート。

【図９】樹脂交換判定手順を説明するフローチャート。

【符号の説明】

１…復水脱塩塔，ラド系脱塩塔、６，７…樹脂移送ライ
ン、９…樹脂溶出槽、１０…温調器、１２…ＧＦＣ計、
１３…ＴＯＣ計、１７…樹脂投入ホッパ、２３…Ｎ₂ガ
ス注入ライン、２４…脱気器、２８…陽イオン交換樹脂
貯蔵槽、２９…陰イオン交換樹脂貯蔵槽。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村勇作茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子力プラントの水質を良好に維持するた
め設置している浄化装置のイオン交換樹脂からの溶出物
の物性を測定し、樹脂性能を監視することを特徴とする
樹脂性能モニタ。
【請求項２】請求項１において、前記樹脂溶出物物性と
して全有機炭素溶出量、及び分子量を測定する樹脂性能
モニタ。
【請求項３】陽イオン交換樹脂，陰イオン交換樹脂を移
送し、イオン交換樹脂を浸漬溶出させる樹脂溶出槽を有
することを特徴とする樹脂性能モニタ。
【請求項４】請求項３において、前記樹脂溶出槽で溶出
させた樹脂溶出物を測定するためＴＯＣ計，分子量分布
測定メータを有する樹脂性能モニタ。
【請求項５】請求項３において、前記樹脂溶出槽の温度
を調整することが可能な温調器を有する樹脂性能モニ
タ。
【請求項６】請求項３において、前記樹脂溶出槽へ既存
の陽イオン交換樹脂再生後、及び陰イオン交換樹脂再生
塔から陽イオン交換樹脂，陰イオン交換樹脂を移送する
ラインを有する樹脂性能モニタ。
【請求項７】請求項３において、前記樹脂溶出槽へ任意
の樹脂を投入することが出来る樹脂投入ホッパを有する
樹脂性能モニタ。
【請求項８】イオン交換樹脂から溶出した高分子溶出物
の対イオン交換樹脂への吸着量から樹脂脱塩性能の劣化
程度を予測することを特徴とする樹脂性能モニタ。
【請求項９】陰イオン交換樹脂への陽イオン交換樹脂高
分子溶出物吸着量が２００（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ−ＡＲ）
を超えた場合、陰イオン交換樹脂の交換を要すると判断
することを特徴とする樹脂性能モニタ。
【請求項１０】陽イオン交換樹脂からの高分子溶出物量
と陽イオン，陰イオン交換樹脂接触時間から陰イオン交
換樹脂性能劣化程度を予測することを特徴とする樹脂性
能モニタ。
【請求項１１】陽イオン交換樹脂からの高分子溶出速度
が０.１(ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ−ＣＲ・ｈｒ）より多い場
合、陽イオン交換樹脂の交換が必要と判断することを特
徴とする樹脂性能モニタ。
【請求項１２】プラント定検中、陰，陽イオン交換樹脂
を分離状態で保管することを特徴とする樹脂性能モニ
タ。
【請求項１３】請求項１２において、前記脱塩塔内で
陽，陰イオン交換樹脂を二層分離状態で保管するため、
塔内で樹脂を分離機能を有する樹脂性能モニタ。
【請求項１４】請求項１２において、樹脂分離後、脱塩
塔内を脱気水で満水すべく脱気水満水保管システムを有
する樹脂性能モニタ。
【請求項１５】請求項１３に記載の前記脱気水満水保管
システムとしてＮ₂膜爆気装置を有する樹脂性能モニ
タ。
【請求項１６】請求項１３に記載の前記脱気水満水保管
システムとしてＮ₂バブリングラインを有する樹脂性能
モニタ。
【請求項１７】請求項１２において前記樹脂を陽，陰イ
オン交換樹脂に分離保管すべく分離保管槽を有する樹脂
性能モニタ。
【請求項１８】脱塩塔内で陰，陽イオン交換樹脂分離保
管時、水抜き湿潤状態で保管すべく水抜きラインを有す
る樹脂性能モニタ。