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核电站核空气净化系统运行经验反馈及分析
作者:管理员    发布于:2017-11-22 14:04:20    文字:【】【】【

  核能动力分卷(上)核电站核空气净化系统运行经验反馈及分析于连涛,林宇清(上海核工程研究设计院。上海200233)试验对核空气净化系统性能监督的有效性。后分析了电站运行经验的反馈。得出核空气净化系统的可靠运行需综合考虑设计、初始验收试验、定期现场试验、妥善维护和严格的更换计划等方面。

  核空气净化系统是核电站的一个重要组成部分。正常运行工况下,它能够为电厂工作人员及设备提供一个安全的环境;事故工况下,它能够捕集放射性核素,防止放射性物质向周围环境扩散;事故后,它能够及时去除环境中放射性碘(包括有机碘及元素碘)和粒子物质(气溶胶),为电厂工作人员的进人提供安全环境。由此可见,核空气净化系统的故障将直接影响电厂及公众的安全,核空气净化系统的净化机组堪称阻止放射性物质向周围大气中释放的后屏障。

  PF―预过滤器AC―碘吸附器―HEPA过滤器AF―后置过滤器在典型的压水堆核电站中,核空气净化系统主要包括应急指挥中心通风系统、安全壳清洗通风系统、主控室可居留区通风系统、主要辅助厂房通风系统、次要辅助厂房通风系统、固化厂房通风系统等。以上系统中,典型的核空气净化机组构成部件如所示。其中,HEPA过滤器(高效粒子空气过滤器,下文均称为HEPA过滤器)去除可能带有放射性的粒子物质,碘吸附器去除气流中的气态碘(元素碘和有机碘),此两部件的性能直接影响核空气净化系统的性能能否达到设计效果。因此,对运行电站中核空气净化系统的性能进行研究、分析,确保HEPA过滤器和碘吸附器能够在设计工况下有效运行,保证工作人员及公众健康“后屏障”的完整性,尤为重要。

  核空气净化机组构造1HEPA过滤器和碘吸附器的运行及老化分析核空气净化系统的性能受其运行环境的影响。工业污染、污染物、温度和相对湿度等将加快HEPA过滤器和碘吸附器的降级和老化,从而降低其完成设计功能的能力。因此,这些部件的降级和老化现象,可能因环境不同而变化,但在设计和运行期间必须予以足够重视,确保核空气净化系统的可靠性。下面对HEPA过滤器及碘吸附器分别进行描述。

  1.1HEPA过滤器HEPA过滤器是一种一次性的干型过滤器,滤料折叠,并用刚性外框把褶幅进深全部包覆。用基―)。男。山东淄博人。工程师。工学硕士。从事核电站暖通系统设计等工作本上呈单分散相的直径为。3微米粒子的试验用气溶胶进行试验时,过滤器的低效率应为99.97.其主要功能为捕集微尘。其基本构造如所示。

  随着在核电站环境下的运行,对HEPA过滤器直观的性能影响为因微尘聚集而造成的阻力增加。微尘聚集,伴随着会有热量及放射性,也减小了过滤器介质的抗拉强度。

  高湿环境为导致阻力增大和过滤器介质抗拉强度减小的另一因素。湿气被过滤器介质吸人,使过滤器阻力增加,作用于过滤器上的作用力变大,而同时,过滤介质的拉伸强度降低,过滤器框架因潮湿而腐蚀等。长期累积,终导致过滤介质破损或过滤器框架损坏。从过滤器构造可以看出,介质的褶皱处为过滤器介质的薄弱环节,其抗拉强度为小,也是过滤器老化的重点关注点之一。

  HEPA过滤器构造图碘吸附器基本构造图除了过滤器介质容易老化外,受环境影响而造成老化的还有密封胶、密封垫和分隔板。在高湿、高温及高辐射的环境下,密封垫及密封胶老化显著,另外,金属框架及金属分隔板,也会出现腐蚀、强度降级等情况。

  2碘吸附器碘吸附器为一种标准的装有活性炭吸附剂的容器,能密封安装在框架上,能单个或多个并联使用。其在核电站净化通风系统中的主要作用为去除流过其自身的气体中的放射性碘元素。目前,核电站中应用较多的为n型碘吸附器,其构造如所示。

  暴露于潮湿空气、污染物中的碘吸附器会随时间逐渐老化。包含水蒸气在内的气态组分与活性炭发生反应或被碘吸附器吸收,而降低对碘吸附的能力。然而,因为气态污染物的组分因电站不同而不同,因此无法提供关于活性炭有效寿命的准则。在核工业运行伊始,活性炭的有效使用寿命已是一个焦点,但至今没有一个明确的结论。实际上,活性炭的有效使用寿命是吸附器老化的首要考虑因素。

  研究显示,高温、高湿能显著加速碘吸附器的老化。当相对湿度大于70时,水蒸气加速碘吸附器老化的作用明显。另外,与潮湿活性炭接触可造成不镑钢的迅速腐蚀。因此,当活性炭变湿时,应迅速从炭床中移除。

  除了水蒸气的影响外,溶剂、油漆、或类似气体也会引起活性炭对碘元素吸附能力的下降,造成活性炭“中毒”。因此,在核空气净化系统运行时,应尽可能避免此类情形出现。

  2核空气净化系统的现场试验鉴于核空气净化系统的以上功能,监督在役核空气净化系统的完整性、功能性,阻止放射性物质向外界环境释放,是一项必须措施。在核电技术发展的历史长河中,证明核空气净化系统的现场检验是为有效、可行的监督方法。目前,我国执行核空气净化系统现场试验时参照的标准体系为美国体1.140轻水核电站正常空气净化系统空气过滤和吸附装置的设计、检查和试验准则及RG1.52轻水堆核电站事故后工程安全设施空气净化系统空气过滤和吸附装置的设计、检查和试验准则中也均阐述了核空气净化系统试验的频午寺。

  2.1HEPA过滤器对于核空气净化系统和部件,应按照ASMEN509设置相关仪表及报警。对于HEPA过滤器,就地差压显示及报警是必不可少的,对于安全专设系统,还需要设置远程压差显示及报警。微尘聚集以及伴随潮湿的空气将显著增加HEPA过滤器的阻力。

  根据美国体系的现场试验原则,在各种现场试验之前,首先进行外观检查。另外,风量及气流分布是核空气净化系统的主要性能之一,是保证核空气净化系统正确运行的主要控制参数,此现场试验不可缺少。气溶胶混合均勾性试验是进行过滤器检漏试验的前提,在设备初装完成及过滤器全部或部分更换后需进行此试验。

  无论在使用工况或备用工况的HEPA过滤器,随着时间的进行可能出现降级及泄漏情况发生,因此检漏试验可以有效监督HEPA过滤器的老化状况及当前性能。此试验应在过滤器更换或每个运行周期执行一次(因HEPA过滤器旁通或泄漏不会造成额外的污染,安全壳内的循环净化机组可不执行)。但在意外暴露在溶剂、油漆、其他有机气体或水侵人之后立即执行试验。

  2碘吸附器同HEPA过滤器一致,外观检查、风量及气流分布试验、气溶胶混合均匀度试验同样适用于碘吸附器。

  为监督吸附器排密封情况的变化,同样需要吸附器检漏试验。在进行此试验时,一般同时需要进行吸附剂试验。因此,应先取下试验样品并使系统恢复正常运行条件,然后进行检漏试验。此试验在吸附器更换或每个运行周期进行(因吸附器旁通或泄漏不会造成额外的污染,安全壳内的循环净化机组可不执行)。当意外暴露于溶剂、油漆、其他气体、或水浸人口,吸附器应同HEPA过滤器一起进行检漏试验。

  不同于HEPA过滤器的检漏试验,吸附器检漏试验实际主要为检测旁通泄漏,而不是吸附效率的监测。因此,吸附剂的实验室试验是吸附器检漏试验的有效补充,可以测试吸附剂对碘的吸附和保持能力。对于现代核电站而言,核空气净化系统中均装设有取样罐,作为在役检验时吸附剂实验室试验的来源。取样罐中吸附剂应同吸附器内的吸附剂状态一致。吸附剂实验室试验应至少保证每个运行周期一次。当系统间歇运行时,吸附剂实验室试验应不超过720小时,或在任何系统意外暴露在可以降低吸附剂性能的溶剂、油漆、其他有机气体。但720小时仅为值,可以根据核电站运行环境及实验室试验记载进行有效调整。

  3运行电站核空气净化系统运行经验汇总笔者收集了一个运行U)年核电站的事故及事件报告,其中涉及HEPA过滤器及碘吸附器的事件均为其性能不能满足设计规范书的要求。而针对此类事件的一般响应措施为更换部件。

  根据事件记录,因本电站运行规程中规定了高阻力更换原则,大部分HEPA过滤器在其失效之前进行了更换。在HEPA过滤器失效事件中,安装框架损害、密封垫或密封胶老化和过滤介质破裂的比率基本相同,约占所有事件的56.另外,分析以上HEPA过滤器失效事件,老化因素是主因的占S1,而安装或其他损坏约占19.在高湿的环境中,铝制分隔板在高湿环境下有显著的降级。

  对于HEPA过滤器而言,其更换频率的终确定因素是过滤效率及可接受应力强度。其中,过滤效率可以通过现场试验来监控,而应力强度则不能通过现场试验来确定。

  目前,市场上提供的核级hepa过滤器的使用寿命是通过检测过滤器介质抗拉强度随时间的衰减和由于水分影响而造成应力衰减来估算。研究表明,713年后过滤器介质的应力强度下降明显,基于此研究,确定1年为干燥环境下使用的HEPA过滤器的使用寿命。而在湿环境工况下,HEPA过滤器的使用寿命会继续缩减,基于相关研究,终保守确定在可能潮湿的环境中工作的HEPA过滤器,其长使用寿命为5年。

  根据运行情况的记录,碘吸附器的失效事件中,除框架、密封垫失效外,更直接的事件包括由焊接、油漆、水浸引起的活性炭污染。活性炭的更换是有活性炭实验室试验来直接确定的。

  另外,核空气净化系统的运行费用也是核电站制定运行策略的关键因素之一。其主要运行费用包括电费(风机、电动阀门等)、过滤器和吸附器更换费、劳力费和放射性废物处置费。而影响运行费用的关键因素是过滤器的更换频率。目前,降低费用的措施是HEPA过滤器前增加预过滤器,保证核空气净化系统在低于额定流量下运行,维持HEPA运行至其更换阻力。

  4结论影响核电站核空气净化系统性能的主要部件为hepa过滤器和碘吸附器。如何监督、保证HEPA过滤器和碘吸附器的性能,是防止放射性物质向环境释放的关键。

  系统设计时,应考虑其所有预期运行环境,如高温、高湿、高辐射等;应考虑损害HEPA过滤器、碘吸附器的污染物质,如溶剂、油漆、水蒸气等;核空气净化系统的初始验收试验和妥善的维护管理是保证系统可靠性的主要因素;核空气净化系统的现场检验是监督HEPA过滤器及碘吸附器性能的有效措施,但不足以检测其全部老化特性;U)HEPA过滤器具有较长的使用寿命,但应考虑到其老化而造成的失效或等级下降,严格遵守K使用年限的规定;(5)碘吸附器也具有较长的使用寿命,因吸附剂易受各类有害物质的影响,应根据吸附剂实验室试验的结果定期更换;因此,监督HEPA过滤器和碘吸附器的老化,确保其能够在正常运行工况及事故工况时可靠运行,依然是一个尚未完全解决的课题,仍需积累更多的运行经验,建立更完善、更可靠的监督机制。

  致谢在本文的编写过程中,感谢核电厂操作员Mr.Arshad等人提供的数据,感谢中国辐射防护院的专家在核空气现场试验中提供的指导。

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