核電碘過濾器效率試驗不合格原因分析

王季能（遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧　大連　116319）

核電碘過濾器效率試驗不合格原因分析

王季能
（遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧大連116319）

摘要：核電廠通風系統對流通空氣進行過濾和凈化處理，保證工作區域內人員的安全衛生條件，保證排放到環境中的放射性劑量保持在可接受的范圍內。分析過濾器效率降低的原因，能指導核電廠及時有效的處理問題，提高系統的可靠性。

關鍵詞：通風系統；碘過濾器；效率

0　引言

核電廠運行期間的微量輻射活化產物或可能的燃料元件本身的砂眼裂紋等原因，會在控制區內產生帶放射性的碘和碘同位素；在極端的事故工況下，如燃料包殼破損，更有氣態碘釋放到安全屏障中。為實現對流通空氣的凈化，保證控制區內工作人員的安全衛生條件，保證在任何情況下排放到環境中的放射性劑量保持在可接受的范圍內，核電廠的設置和安裝了各通風系統和廢氣處理系統，通過預過濾器（FΡ）、高效過濾器（FA）和碘過濾器（ΡI）的組合過濾來實現凈化效果。為了保證通風系統凈化功能的實現，過濾器的凈化效率滿足要求是系統功能可用的重要條件，核電廠通過年度定期試驗測量過濾器效率來監督系統的可用性。

1　碘過濾器效率試驗原理

碘過濾器的試驗的原理簡單來說是：在通風系統管道中投入試驗指示劑，分別在過濾器上游／下游采集取樣，比較取樣結果，計算出過濾器凈化系數，如下圖1所示。

圖1　碘過濾器試驗原理圖

核電廠在執行碘過濾器效率試驗時，根據碘過濾器對碘的分子顆粒和氣溶膠的吸附特性，使用甲基碘法測量凈化系數：將劇毒品硫酸二甲酯注入到裝放射性源Nа131I的小瓶中，吹泡形成的氣溶膠作為試驗注入試劑，試劑的生成在專門的能形成二層負壓防護的手套箱進行，并做好規定的防護措施。因涉及到硫酸二甲酯和碘化鈉的使用，帶來很大的工業風險，但與其他試驗方法（如氟利昂）對環境的破壞作用相比，甲基碘法更能接受。

在過濾器上游取樣器和下游取樣器中的取樣夾內分別都裝有濾紙膜和兩個2cm厚的浸澤炭盒進行過濾和吸收采樣，安裝時注意有流動方向的要求。考慮到結果的精度，因131I的半衰期不長，測量放射性時，要控制和記錄取樣夾中的各部分濾紙和碳盒的測量時間。

考試驗中為減少示蹤劑的放射性對設備的影響，對取樣體積的測量上不采用體積流量計，而是使用差壓式流速指示計。標定好的噴射泵，壓差對應具體的體積流量速，保持壓差不變，則流速不變。記下總取樣時間，可計算出取樣的氣體體積。這是對體積的計算包括了時間的統計，典型的試驗取樣時間控制如下圖2。

圖2　碘過濾器效率試驗試劑注入和取樣時間控制

2　新核電站首次碘過濾器效率試驗中發現有不合格的問題

某核電廠3號機經歷了較長的調試啟動階段，在調試階段對每個過濾器均執行了驗收試驗，但在系統移交后核電廠仍要都將執行過濾器效率試驗來定后續定期監測的起點。

（1）2015年4月24日技術部門執行乏燃料廠房通風系統碘過濾器（3DVK001ΡI）年度效率試驗，在正常運行條件下測得該系統凈化系數為100.85，小于驗收值300，判定不合格。更換碘吸附器進行再鑒定，凈化系數為742，結果合格。

（2）2015年6月3日技術部門執行反應堆廠房通風系統碘過濾器（3ETY001ΡI）年度效率試驗，在正常運行條件下測得該系統凈化系數為5.9，小于驗收值100，判定不合格。更換更換碘吸附器進行再鑒定，凈化系數為37.84，結果仍不合格，重新安裝濾芯，檢查密封面，調整凸輪壓緊2mm后，再次執行試驗測得凈化系數為4963，結果合格。

3　新核電站機組碘過濾器失效原因分析

3.1對3DVK001PI碘過濾器調試期間的試驗情況調查

經查閱調試報告：3DVK001ΡI首次安裝后進行效率試驗時凈化系數不合格，經調整碘吸附器框架壓緊裝置后再次試驗凈化系數達到524.4，滿足大于300的驗收標準，但此結果與其他系統橫向比較是偏低的（通常情況下，箱體式密封的碘吸附器凈化系數可以達到1000以上）。

調查更換下來的碘吸附器的生產信息：該產品出廠時間為2012年，儲存時間較長，且密封面為榫接平面型，不利于密封。

3.2與其他新機組碘過濾器首次試驗對比

根據碘吸附器的特性，其對油漆等有機蒸汽非常敏感。對于新建廠房，由于新刷油漆等工作會使碘吸附器的凈化效率下降普遍較快。根據外基地情況反饋，新建機組碘吸附器的使用壽命明顯低于已運行了幾個循環的機組，分析原因為是油漆、有機蒸汽、廠房環境等因素促使碘吸附器凈化效果快速下降。某核電廠1、2號機組的運行初期數據如下表1。從數據對比來看，該核電廠1、2號機組碘過濾器在運行一年后普遍存在效率降低的情況。

表1　某核電廠1、2號機碘過濾器運行初期試驗情況

經查閱調試報告，該碘過濾器調試期間試驗合格，但與其他系統橫向比較是偏低的。更換的新濾芯為2014年底新進的碘吸附器備件，更換時檢查備件本身沒有明顯缺陷。

首次再鑒定不合格后，技術部門再次核對試驗記錄，本次實驗組員經驗豐富，試驗過程合規。對取樣盒的化驗結果多次比對測量，數據重復性好；并進行空盒比對試驗，認為分析過程操作正確，分析結論客觀。

從安全殼碘過濾器部分的管道布置來看，其系統流程簡單，不存在系統在線和旁路方面的問題。

對碘過濾器本體執行詳細拆檢，使用水平尺、鋼尺、塞尺測量各過濾器的尺寸、密封圈形變、各密封面的變形量，在抽出濾芯后壓緊鋼條的壓緊距離與濾芯厚度的匹配性，發現有二處異常：2號濾芯右密封邊不平，凹陷最大值1.3mm；4號濾芯右密封邊最大凹陷0.6mm，外密封邊最大凹陷0.9mm。

3.3對調整3ETY001PI碘過濾器密封情況后的試驗情況

為保證濾芯密封線，現場向上調節凸輪壓緊裝置2mm，補償濾芯框架密封面上的缺陷和壓緊裝置本身的變形引起的密封不嚴問題。再執行再鑒定試驗，結果合格，匯總試驗數據如下表2。

表2　某核電廠3ETY001PI碘過濾器試驗數據

4　總結

核電廠通風系統的碘過濾器效率的降低與其浸潤劑KI氧化等呈現的老化現象相關，也有被過濾物的毒化有關。核電廠設置的碘過濾器與預過濾器、高效過濾器組合，通過預過濾器和高效過濾器的物理過濾作用攔截破壞力強的灰塵和μm級的顆粒，來延長碘過濾器的壽命，保證工作區域內人員的安全。正常運行的核電機組，碘過濾器的使用壽命都是數年。

新的核電機組，因在啟動階段廠房環境中殘留有安裝調試階段施工和試驗中釋放的氣體和溶膠，如油漆、有機蒸汽、焊接氣體等，對碘過濾器帶來意外的毒化作用，導致其運行不到一年的周期，就出現效率不合格或效率降低顯著需提前跟換的情況。

另一方面，在安裝調試階段碘過濾器備件的儲存和維護條件相對嚴峻，工程階段的安裝工人對過濾器的密封面保護和壓緊條的緊固方面有經驗和技能的不足，導致濾芯密封面磕碰、壓緊條變形等現象，為過濾器密封不嚴留下隱患。

新核電機組的通風系統碘過濾器在調試階段的試驗驗收合格了，但在系統移交后及時執行電廠周期新的監督試驗，能有效的提高系統的可靠性。