淺談壓水堆核電廠通風(fēng)系統(tǒng)高效過(guò)濾器和碘吸附器的效率變化

趙高昕

摘要本文概述了高效過(guò)濾器和碘吸附器的過(guò)濾機(jī)理和效率試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)用于壓水堆核電現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)濾器效率變化情況進(jìn)行詳細(xì)分析，針對(duì)“如何提高過(guò)濾器使用壽命”提出一些可行性建議。

關(guān)鍵詞：高效過(guò)濾器;碘吸附器;效率變化;使用壽命

核電廠反應(yīng)堆在正常運(yùn)行期間及事故工況下，均會(huì)產(chǎn)生大量的裂變產(chǎn)物，其中會(huì)有部分裂變產(chǎn)物通過(guò)各種途徑形成氣載放射性污染物，為了防止人員和環(huán)境受到污染，必須對(duì)空氣中的這些氣載物質(zhì)進(jìn)行凈化，通風(fēng)系統(tǒng)中的高效過(guò)濾器和碘吸附器就是起到這種功能的設(shè)備。

為了驗(yàn)證過(guò)濾器安裝后整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的可用性，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)條件和試驗(yàn)?zāi)康模F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分為工程調(diào)試驗(yàn)收試驗(yàn)、周期性監(jiān)督試驗(yàn)和更換后再鑒定試驗(yàn)三類，均使用相同方法。

1 高效過(guò)濾器過(guò)濾機(jī)理和性能試驗(yàn)

高效過(guò)濾器主要用于去除空氣中的氣溶膠，過(guò)濾機(jī)理包括：攔截效應(yīng)、慣性效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、重力效應(yīng)、靜電效應(yīng)等。壓水堆核電廠高效過(guò)濾器效率試驗(yàn)采用法國(guó)AFNOR NFX44-011標(biāo)準(zhǔn)熒光素鈉法。

2 碘吸附器過(guò)濾機(jī)理和性能試驗(yàn)

碘吸附器主要用于去除氣態(tài)放射性碘，過(guò)濾機(jī)理包括：物理吸附和化學(xué)吸附。

物理吸附是基于活性炭是一種多孔結(jié)構(gòu)吸附介質(zhì)，與氣體分子有較大的有效接觸面積，當(dāng)氣流通過(guò)吸附介質(zhì)時(shí)，放射性碘分子通過(guò)分子間范德華力吸附到活性炭孔結(jié)構(gòu)表面上的過(guò)程。

化學(xué)吸附是電子在吸附質(zhì)和吸附劑表面之間交換或共有而出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)。活性炭化學(xué)吸附作用是利用含有穩(wěn)定碘化物（K127I等）、特殊反應(yīng)試劑浸漬的活性炭通過(guò)同位素交換、換位反應(yīng)的方式去除放射性碘。

壓水堆核電廠碘吸附器效率試驗(yàn)采用法國(guó)AFNOR M62-206標(biāo)準(zhǔn)甲基碘法。

3 高效過(guò)濾器效率變化分析

3.1 理論分析

高效過(guò)濾器在對(duì)氣溶膠的吸附過(guò)程中，濾孔不斷地被氣溶膠堵塞，造成阻力增大，客觀上減少了過(guò)濾器對(duì)氣溶膠的吸附能力，從而減少了過(guò)濾器的凈化效率。但是阻力增大到一定程度后，濾孔雖然堵塞嚴(yán)重，但是通風(fēng)量下降，所以效率反而增加。再繼續(xù)運(yùn)行由于過(guò)濾器的濾質(zhì)是纖維型濾紙，本身比較脆弱，長(zhǎng)期運(yùn)行在大風(fēng)量及潮濕的環(huán)境中，容易造成對(duì)濾紙的吹破，形成孔洞，過(guò)濾器效率迅速降低。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

匯總國(guó)內(nèi)某核電廠部分高效過(guò)濾器效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

（1）DVC002FA

效率試驗(yàn)結(jié)果如圖1，效率基本沒(méi)有變化。

DVC002FA安裝在DVC（主控制室通風(fēng)系統(tǒng)）碘回路，平時(shí)處于備用狀態(tài)，只有在定期試驗(yàn)期間短時(shí)投運(yùn)，過(guò)濾器堵塞情況變化不大，且專設(shè)保養(yǎng)加熱器使得高效過(guò)濾器處于合適的溫濕度狀態(tài)，吸附效率維持在較高水平。

（2）DVQ102FA

效率試驗(yàn)結(jié)果如圖2，同一過(guò)濾器呈現(xiàn)出明顯的先上升后下降的狀態(tài)。

DVQ102FA安裝于廢物輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)，平時(shí)均處于投運(yùn)狀態(tài)，壓差逐年上升，凈化系數(shù)逐年增加，當(dāng)壓差升高到一定程度時(shí)，過(guò)濾器效率迅速降低。

3.3 應(yīng)用總結(jié)

高效過(guò)濾器在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，過(guò)濾器壓差逐漸升高，吸附效率呈先上升后下降的特征，當(dāng)壓差升高到一定程度后，吸附效率會(huì)突降。因此，應(yīng)用于各個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的高效過(guò)濾器均配備專門(mén)的壓差表監(jiān)視其壓差，起到預(yù)警作用，當(dāng)壓差超過(guò)規(guī)定限值時(shí)就需更換過(guò)濾器，否則過(guò)濾器功能將無(wú)法保證，現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)下述措施來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。

（1）系統(tǒng)風(fēng)量不要過(guò)高，防止吹破過(guò)濾器;

（2）定期對(duì)預(yù)過(guò)濾器壓差進(jìn)行巡檢，壓差過(guò)高或過(guò)低時(shí)提前進(jìn)行更換;

（3）盡量保證系統(tǒng)氣流濕度在允許限值內(nèi);

（4）限制過(guò)濾器的工作時(shí)間，例如：有兩列過(guò)濾器的系統(tǒng)，定期切列運(yùn)行;

（5）確保高效過(guò)濾器安裝良好，減小機(jī)械泄漏，保證新?lián)Q高效過(guò)濾器效率較高。

4 碘吸附器效率變化分析

4.1 理論分析

影響碘吸附器效率的因素包括：溫度、濕度、活性炭的老化腐蝕、時(shí)間效應(yīng)等，其中濕度效應(yīng)和活性炭的老化腐蝕影響較大。

（1）濕度效應(yīng)

氣流相對(duì)濕度對(duì)浸漬活性炭的效率影響很大，效率隨氣流相對(duì)濕度的增大而降低。試驗(yàn)表明，當(dāng)相對(duì)濕度小于40%時(shí)，效率基本不變;大于40%時(shí)，效率隨相對(duì)濕度增大而緩慢下降。這主要是因?yàn)橄鄬?duì)濕度增大時(shí)，過(guò)多的水分子占有活性炭中的孔結(jié)構(gòu)，減少活性炭吸附面積和吸附容量從而降低了吸附效率。碘吸附器的凈化效率隨相對(duì)濕度的變化在一定條件下是一個(gè)可逆的物理過(guò)程，濕度超過(guò)40%，并不意味著碘吸附器失效，只是影響了碘吸附器的凈化效率。

（2）活性炭的老化腐蝕

在通風(fēng)系統(tǒng)中，活性炭由于其表面的氧化、浸漬劑的解析或吸附環(huán)境中有害物質(zhì)，使其性能逐漸變壞。這種現(xiàn)象叫老化現(xiàn)象，老化造成活性炭效率下降，縮短碘吸附器的壽命。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

匯總國(guó)內(nèi)某核電廠部分碘吸附器效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

（1）DVC001/002PI

效率試驗(yàn)結(jié)果如圖3，效率基本沒(méi)有變化。

DVC001/002PI安裝在DVC碘回路，平時(shí)處于備用狀態(tài)，老化程度很小，且專設(shè)保養(yǎng)加熱器使得碘吸附器處于合適的溫濕度狀態(tài)，因此其效率長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。

（2）DVW001PI

效率試驗(yàn)結(jié)果顯示效率逐年下降。

DVW001PI安裝在DVW（安全殼外貫穿件房間通風(fēng)系統(tǒng)）碘回路，平時(shí)處于備用狀態(tài)，老化程度很小，但是由于過(guò)濾器所在房間密封性差等原因，DVW001PI經(jīng)常處于濕度高狀態(tài)，造成其效率呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。

（3）TEG001PI

效率試驗(yàn)結(jié)果顯示效率快速下降。

TEG001PI安裝在TEG（廢氣處理系統(tǒng)）系統(tǒng)，長(zhǎng)期處于投運(yùn)狀態(tài)，老化程度明顯，效率呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)。

4.3 應(yīng)用總結(jié)

碘吸附器在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，其效率受到濕度、老化等因素的影響較大，需要為其提供合適的運(yùn)行條件來(lái)延長(zhǎng)其使用壽命，具體措施包括：

（1）保證碘吸附器所在箱體或者房間的良好密封，保證碘回路加熱器正常工作，進(jìn)而保證碘吸附器處于低濕度狀態(tài);

（2）限制碘吸附器的工作時(shí)間，例如：有兩列碘吸附器的系統(tǒng)，定期切列運(yùn)行;

（3）對(duì)氣流進(jìn)行凈化，盡量避免使用大量溶劑、油漆等，減小對(duì)活性炭的老化和腐蝕;

（4）確保碘吸附器安裝良好，保證新?lián)Q碘吸附器效率較高。

5 結(jié)論

隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，高效過(guò)濾器的吸附效率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，碘吸附器的吸附效率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。在核電廠的應(yīng)用實(shí)踐中，可以通過(guò)一系列措施來(lái)延長(zhǎng)過(guò)濾器的使用壽命，減小固廢產(chǎn)量，提高核電廠的經(jīng)濟(jì)效益。