田灣核電儲罐排氣凈化系統用高效過濾器國產化研發

王文超　杜彥禮

【摘 要】河南核凈潔凈技術有限公司自主研發的田灣核電站KPL3系統高效過濾器濾芯是一種新型的高效過濾器濾芯，通過本項目的開發研制實現了該類型過濾器的國產化，并降低該類型過濾器濾芯的采購成本，同時也填補了國內該類型產品的空白。

【關鍵詞】核安全3級；自主研發；填補國內空白

1 主要用途與背景介紹

1.1 主要用途

田灣核電站KPL3系統高效過濾器濾芯主要用于田灣核電站一回路儲罐排氣凈化系統，其功能為將含有放射性液體廢物的儲罐所排氣體中的放射性氣溶膠凈化處理至低于限定值。

1.2 背景介紹

田灣核電站KPL3系統高效過濾器濾芯原為俄供產品，存在采購價格較高，供貨周期長，缺少配套技術服務等問題，產品采購受制于國外廠家。通過本項目的開發研制降低該類型過濾器濾芯的采購成本，并實現該類型過濾器的國產化，填補國內產品的空白。

2 產品相關技術要求

2.1 主要技術指標

2.1.1 設備分級

安全等級：核安全3級

質保等級：QA2

抗震等級：抗震Ⅱ類

2.1.2 環境條件

溫度：15～45℃

相對壓力：-50Pa

相對濕度：≤90%

體積放射性活度：≤0.1×106Bq/l

2.2 結構設計

高效過濾器濾芯主要由上下端蓋、支撐桿、預過濾濾芯、高效濾芯、排水口、密封墊等組成。上下端蓋通過支撐桿連接，保證整體剛性；采用兩級過濾，預過濾采用金屬燒結氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質，延長高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結構更加緊湊，相同尺寸可達到更大的過濾面積，保證過濾器整體通風量，延長過濾器壽命。下端蓋上設置有排水口，可排出腔體內的凝結水。

3 關鍵技術與技術難點

3.1 關鍵技術

田灣核電站KPL3系統高效過濾器濾芯研制的關鍵技術有以下三個方面：

3.1.1 高效過濾器整體結構設計

原俄供高效過濾器濾芯尺寸較大，重量較重，安裝更換操作不便。在滿足系統風量要求的前提下，優化過濾器整體結構，減小過濾器尺寸，減輕過濾器重量，滿足抗震要求，同時改進過濾器安裝方式，滿足原設備接口要求，是本項目過濾器設計的一項關鍵技術。

3.1.2 濾芯設計

濾芯材質及結構直接影響過濾器的效率、阻力、容塵量、使用壽命等關鍵指標，濾材的選型，濾材的成形、密封工藝，是本項目的關鍵技術之一。

3.1.3 排水口濾材選型

排水口的功能要求為：既可排出腔體內的凝結水，又能過濾氣溶膠，保證整機的過濾效率。在之前的過濾器產品中從未涉及到該結構，沒有相關設計經驗。選擇什么樣的排水口濾材來保證排水口的功能要求，是本項目的一項關鍵技術。

3.2 技術難點

田灣核電站KPL3系統高效過濾器濾芯研制的技術難點主要有以下兩個方面：

3.2.1 濾芯設計

常規核電通風高效過濾器使用壽命不超過1年，本項目中要求過濾器設計壽命為在正常工況下，未使用過的濾芯安裝在系統中使用1.5年后，其阻力不超過1.0kPa，過濾效率不低于99.9%（熒光素鈉法）。

為保證過濾器壽命，主要采取了兩方面措施：第一，增加高效濾紙過濾面積，增大容塵量；第二，增設預過濾段，濾除大顆粒物質，延長高效濾紙壽命。在預過濾段濾材的選型上，我們采用理論數據分析與試驗相結合的方法，最終選定20μm不銹鋼燒結氈作為預過濾濾材，整體初始阻力達到了理想的效果。

3.2.2 排水口設計

本項目中過濾器使用環境濕度較大，需設置排水口，其功能要求為：既可排出腔體內的凝結水，又能過濾氣溶膠，保證整機的過濾效率。該結構在之前的過濾器設計中從未涉及。

為實現排水口功能，我們篩選了多種濾材。常規的玻璃纖維高效濾紙常壓下不具有透水性，而效率相對較低的玻纖氈、玻纖紙和玻璃棉透水性較好。通過進一步的試驗玻纖氈和玻纖紙無論采用什么樣的填充方法，對氣溶膠的過濾效率均不能滿足要求，而玻璃棉對氣溶膠的過濾效率可滿足高效過濾器的要求。最終我們選定玻璃棉為排水口內的填充濾材。

4 創新性與先進性

4.1 創新點

田灣核電站KPL3系統高效過濾器濾芯國產化研制項目的技術創新點主要有以下四點：

1）優化了高效過濾器結構

原設備尺寸較大，重量較重，安裝方式較為繁瑣，需借助安裝框架將過濾器固定密封在罐體中，操作人員勞動強度及安裝更換所需空間較大；優化后的過濾器結構減小了過濾器尺寸，減輕了過濾器重量，安裝更換更為便捷，減輕了人員勞動強度，縮短了工作時間。

2）過濾器與法蘭連接設置不脫出螺栓

過濾器上端蓋與法蘭的連接采用不脫出螺栓，避免了安裝更換過程中螺栓脫落，降低了操作風險。

3）過濾器濾芯設置兩級過濾

過濾器采用兩級過濾，預過濾采用金屬燒結氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質，延長高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結構更加緊湊，相同尺寸可達到更大的過濾面積，保證過濾器整體通風量，延長過濾器壽命。

4）過濾器底部設置排水口結構

原俄供高效過濾器排水口設置在安裝框架的下法蘭上，過濾器本身不帶有排水功能。本項目中將排水口與過濾器設計為一體，排水口設置在過濾器底部，排水口內填充玻璃棉作為濾材，既可排出腔體內的凝結水，又能過濾氣溶膠，保證整機的過濾效率。

4.2 先進性

本項目研制的高效過濾器，其先進性體現在以下幾個方面：

1）過濾效率、初阻力性能優良

技術規格書要求過濾效率同時滿足0.3μm計數法≥99.97%及熒光素鈉法≥99.9%，初阻力<0.325Pa。樣機實測過濾效率達0.3μm計數法99.995%以上，熒光素鈉法99.995%，初阻力<0.12Pa，明顯優于技術規格書所要求的性能參數。

2）優化過濾器結構，便于安裝更換

原俄供高效過濾器濾芯尺寸較大，重量較重，安裝更換操作不便。本項目所設計過濾器尺寸更小，重量更輕，安裝方式更合理，便于人員操作，減輕了勞動強度。

3）兩級濾芯設計，使用壽命更長

本項目過濾器濾芯設計為預過濾濾芯及高效濾芯，預過濾采用金屬燒結氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質，延長高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結構更加緊湊，相同尺寸可達到更大的過濾面積，保證過濾器整體通風量，延長過濾器壽命。

5 應用和效益

田灣核電站KPL3系統現有高效過濾器為俄羅斯進口產品，產品采購受制于國外廠家。本項目的順利研發打破國外廠家的壟斷局面，填補了國內自主供貨的空白，在核電快速發展的道路上邁出了堅實的一步。

初步估算，該濾芯的成功研制，大大降低濾芯采購成本，采購價不超過1.5萬元人民幣/臺，采購周期3個月，降低濾芯庫存數量，避免長期存放導致的失效問題。田灣1、2、3、4號機組KPL3系統采用國產化濾芯可節約采購費用約1650萬元。

[責任編輯：楊玉潔]