核電廠通風系統高效過濾器現場檢測方法改進

呂 陽 徐洋洋 呂杰帥 康凱強 馬途途

(廣西防城港核電有限公司, 廣西 防城港, 538001)

0 引言

核電廠通風系統中高效過濾器是阻止放射性氣溶膠向環境排放的關鍵設備，需要定期對其性能進行現場檢測。目前，國內大多數核電廠采用熒光素鈉法[1]對通風系統中安裝的高效過濾器進行現場性能檢測，該方法是在通風系統的上游注入熒光素鈉氣溶膠，同時以采樣濾膜分別收集過濾器上下游氣流中的熒光素鈉氣溶膠，然后用稀氨水浸泡后通過熒光分光光度計分析浸泡液中熒光素鈉的濃度，從而測定上游和下游氣體中熒光素鈉的濃度，通過計算求得過濾器的凈化系數或過濾效率。

由于檢測過程中的系統設置可能與實際運行情況不一致，因此會造成系統的不可用，對核電廠的運行有直接影響。檢測時長主要受限于下游采樣時間影響，而下游采樣時長則與采集到的熒光素鈉質量直接相關。本文通過分析影響下游采樣質量的因素，提出縮短檢測時間的改進思路，并進行了實驗驗證。

1 試驗參數

1.1 上下游采樣質量

濾膜本底直接影響最終效率計算，本底的大小會直接影響采樣時間長短。玻璃纖維濾膜因具有很高的過濾效率和較低的阻力而適用于大流量采樣過程，已成為氣溶膠采樣的標準濾膜。目前，核電廠現場檢測常使用的濾膜是HI-Q公司生產的FP5211型，濾膜含有丙烯酸粘合劑，DOP過濾效率為99.99%(執行標準ASTMD-2986，0.3 μm粒徑)，阻力(3.4 m/s)為4.5 kPa，效率(25.58～55.16 kPa)為HEPA級別，厚度為0.38 mm，纖維類型是100%硼硅酸鹽玻璃微纖維。

1.1.1完整濾膜本底值的測量

(1) 取FP5211-47型完整濾膜3張，編號為A、B、C。

(2) 取潔凈燒杯3個，編號A、B、C，分別注入濃度為5%的氨水10 mL，30 min后，測量燒杯內溶液本底，結果列于表1。

(3) 將3個燒杯內的溶液倒出，重新注入濃度為5%的氨水10 mL，放入濾膜，30 min后，測量燒杯內溶液(濾膜)本底，結果列于表1。

1.1.2破碎濾膜本底值的測量

(1) 取FP5211-47型濾膜3張，編號為D、E、F，剪成約0.5 cm×0.5 cm大小以模擬濾膜破損情況。

(2) 取潔凈燒杯D、E、F，分別注入濃度為5%的氨水10 mL，30 min后，測量燒杯內溶液本底，結果列于表1。

(3) 將燒杯內溶液倒出，重新注入濃度為5%的氨水10 mL，放入破損濾膜，30 min后，測量燒杯內溶液(濾膜)本底，結果列于表1。

表1 濾膜本底和燒杯本底測量

由表1可見，對于完整濾膜其所測得的熒光值與本底基本一致，但當將濾膜被剪碎后，由于破損濾膜產生大量的細小玻璃纖維懸浮在溶液里，增加了玻璃纖維的反射面積，對溶液熒光值產生干擾，測得的燒杯本底值偏高。這種結果同文獻[2]的結果一致。

雖然在現場檢測時濾膜不會產生如此程度的破損，但仍應注意避免此種情況的發生。因此，在工程實踐中，建議下游樣品采集濃度應大于本底一個數量級，而上游則主要需避免因濃度過高產生自吸收效應[3]。結合經驗，某核電廠上游采樣質量按照10-6g級別進行控制。

1.2 采樣裝置流量特性分析

選取兩臺采樣裝置，在下游進行不同壓力下流量測量，每2 min記錄一次采集體積，記錄1 h。圖1為采樣裝置示意圖，圖2、圖3為兩臺采樣裝置在不同壓力下的采樣時間與體積的關系。

由圖2、圖3可見，采樣裝置在不同采樣壓力下的采集流量線性度非常好，對采樣數據進行線性擬合后，其相關系數r2均為1，采樣速率穩定。

得到兩臺采樣裝置在下游于不同壓力下的采樣流量如表2所示。

圖1 采樣裝置試驗示意圖

圖2 采樣裝置1在不同壓力下采樣速率

圖3 采樣裝置2在不同壓力下采樣速率

壓力 (kPa)裝置1 (m3/h)裝置2 (m3/h)-209.8510.81-2512.4314.37-3017.5617.65

1.3 熒光素鈉發生器發生質量流量

熒光素鈉發生器原型源于法國，NFX44-11標準要求發生器的質量流量大于21.6 mg/h。經過國內一些科研院所的不斷改進，發生器的質量流量得到了較大的提升。

現場檢測使用中國輻射防護研究院生產的YF02型熒光素鈉發生器，質量流量44.8 mg/h。

2 現場檢測方法改進及驗證

通過上節的討論分析得知，可以通過提高采樣流量和增大發生質量速率來縮短檢測時間。經過實地考察，對某核電廠化學樓通風系統進行改進，并針對該改進措施進行現場驗證。

該化學樓通風系統設計風量為20 520 m3/h。

原檢測方法為上游采樣15 min，下游采樣45 min，是據經驗確定的采樣時長，存在進一步改進的空間。

方法改進時選用發生質量流量為44.8 mg/h的熒光素鈉發生器，對上游進行不同時長的采樣，并對下游進行不同時長和壓力下的采樣。

上、下游目標采集質量以10-6g控制。上游采樣時間由式(1)計算得出，上游理論采樣時間約5 min，對此結果進行現場實驗，結果列于表3；下游采樣時間由式(2)計算得出，在質量流量44.8 mg/h、采樣壓力-25 kPa的前提下，下游理論采樣時間需10 min，并經現場實驗，結果列于表4。

(1)

(2)

式中，t上為上游取樣時間，min；a上為上游取樣所需質量，g；Q為采樣系統流量，m3/h；G為氣溶膠發生器質量流量，mg/h；q上為上游取樣流量，m3/h；t下為下游取樣時間，min；a下為下游取樣所需質量，g；E為過濾器凈化效率；q下為下游取樣流量，m3/h。

由表3可見，現場采樣5 min，能夠滿足現場檢測的要求。

由表4可見，2#和4#濾膜相較，10 min與20 min采樣所得結果偏差極小，說明10 min濾膜采樣已具有代表性，能夠滿足現場檢測的要求。

4 結語

FP5211-47型濾膜本底值較為理想，正常情況下對檢測結果的影響可以忽略，但若采樣后發現濾膜破損嚴重，應考慮本底的影響。熒光素鈉采樣裝置在不同采樣壓力下采樣速率不同，但采樣速率穩定，可根據檢測需要調整采樣壓力。

表3 上游采樣數據

表4 下游采樣數據

每臺熒光素鈉發生器的發生質量流量不同，在預估實際檢測時間時需注意區別。

改進后，將下游采樣時間從原方法的45 min縮短到10 min，所得結果與改進前相符合，縮短了系統的不可用時間。該結果對縮短其他通風系統的高效過濾器效率檢測時間有一定的借鑒作用。