核電廠空氣凈化系統(tǒng)分析

羅晗

摘 要：核電廠作為我國重要的能源轉(zhuǎn)化載體，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)社會發(fā)展提供著堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，通常來講核電廠將核能經(jīng)由機(jī)械能最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?，而在這種能量轉(zhuǎn)化的過程中需要大量的燃燒核燃料，進(jìn)而就會產(chǎn)生包含著放射性粒子的有害性氣體，這種氣體一旦排放在空氣中就會對人們居住的環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，同時對于人們的身體健康也會造成極大的危害，因而在核電廠中相應(yīng)的氣體凈化系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要。而文章正是基于AP1000核電廠對放射性氣體的控制手段，從放射性氣體凈化設(shè)備，過濾器設(shè)備和碘吸附設(shè)備三方面進(jìn)行著手對核電廠放射性氣體凈化系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)進(jìn)行分析和介紹。

關(guān)鍵詞：AP1000核電廠；空氣凈化系統(tǒng)；分析介紹

前言

通常來講核電廠進(jìn)行核能到電能的轉(zhuǎn)化過程中會產(chǎn)生一定的放射性氣體，因而在保證核電廠能量轉(zhuǎn)化功能的實(shí)現(xiàn)的同時一定要具有相應(yīng)的氣體凈化裝置，而區(qū)別于其他場地的空氣凈化系統(tǒng)，核電站安裝的空氣凈化系統(tǒng)主要是指對放射性有害顆粒進(jìn)行吸收，進(jìn)而將核電廠中的空氣得以凈化到對人體無任何傷害，同時也最大化地保障了空氣不受污染。但是由于核電廠系統(tǒng)組成較多，不同系統(tǒng)釋放的放射性物質(zhì)量也不盡相同，因而在空氣凈化系統(tǒng)的應(yīng)用上也具有一定的多樣性。

1 AP1000核電廠放射性氣體處理設(shè)備

在核電站運(yùn)行期間，放射性同位素氙、氪和碘作為裂變產(chǎn)物而產(chǎn)生。這些放射性核素大部分包容在燃料芯塊中，由于燃料包殼的缺陷導(dǎo)致少量的放射性核素釋放并溶解于反應(yīng)堆冷卻劑中。對于這些放射性氣體的處理，首先經(jīng)過冷卻和氣水分離，然后進(jìn)入氣體凈化設(shè)備，具體來講凈化設(shè)備主要由兩部分組成：

其一就是活性炭保護(hù)床，活性炭保護(hù)床可以去除碘及其他放射性污染物，同時也除去多余的水分，這樣是為了防止活性炭衰變床因過高水氣或化學(xué)污染物而失效，同時活性炭保護(hù)床也增加氙和氪的延遲衰變時間。

其二就是活性炭延遲床，這一部分的作用主要是吸附氙、氪等放射性核素，使之滯留足夠的時間衰變，保證最終釋放到環(huán)境中的放射性水平在可接受的限值以內(nèi)。

2 過濾器設(shè)備

核電廠中的放射性氣體來源除上述為主要來源外，其中還有較少的一部分放射性物質(zhì)會隨著設(shè)備或管道介質(zhì)的泄露而擴(kuò)散到空氣中，對于這部分含有放射性物質(zhì)的空氣處理，是采用空氣凈化裝置進(jìn)行過濾，而其主要的組成部分就是過濾器設(shè)備，所謂的過濾器設(shè)備是指通過內(nèi)部放置纖維狀物質(zhì)或者是多孔狀物質(zhì)進(jìn)而起到氣體顆粒過濾作用的一種設(shè)備，當(dāng)發(fā)電廠氣體在排放到大氣中之前先經(jīng)過過濾器的過濾，其中的有害性顆粒就會被纖維狀或者是多孔狀物質(zhì)截留，進(jìn)而起到空氣凈化的作用，通常來過濾器設(shè)備主要是由兩部分組成的：

其中一部分是前置過濾器，在前置過濾器部分中主要是采用了塑料或者是玻璃纖維這兩種材料，將其設(shè)置成層層折疊的過濾樣式，這樣在有限的設(shè)備空間內(nèi)纖維材料就具備了較大的過濾面。前期過濾部分的性能大小主要是由祛除有害空氣中放射性粒子的效率來決定的，同時要提前進(jìn)行放射性粒子實(shí)際過濾效率的檢驗(yàn)，核電廠空氣凈化設(shè)備一般通過比較過濾之后纖維材料的顏色（色差法）或者是纖維材料使用前后重量（比重法）又或者是通過其他先進(jìn)檢驗(yàn)設(shè)備查看粒子過濾前后的數(shù)量等方法進(jìn)行實(shí)際分析檢驗(yàn)，只有在確定了纖維材料的過濾效率達(dá)到要求后才能投入使用。

而相較于前置過濾器部分來講，高效顆?？諝膺^濾器（HEPA）是在前置過濾的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深一步的過濾，這也是過濾設(shè)備中的第二組成部分，一般高效顆?？諝膺^濾器中其具備的空氣凈化阻力要小于或者是等于250Pa，同時還具備了小于0.01%的透過率以及高于200攝氏度的超高耐溫性，在進(jìn)行有害氣體的放射性高效過濾的環(huán)節(jié)中將會對0.1μm到1μm大小之間的放射性粒子進(jìn)行截留，截留的有效率為99.98%[1]，可以說對于放射性粒子起到了很高的截留作用，而在這個高效過濾環(huán)節(jié)中其使用的過濾纖維也和前置過濾設(shè)備中的纖維材料有所不同，主要是采用了超細(xì)合成玻璃纖維材料。在高效過濾部分投入使用前期同樣也要對其實(shí)際的過濾效率進(jìn)行檢驗(yàn)，通常電廠會通過專業(yè)人員采用鈉焰以及熒光素鈉這兩種方式測驗(yàn)其過濾效率。

通常來講一般要先安裝前置過濾器部分，對其進(jìn)行過濾效率檢驗(yàn)，然后再安裝高效過濾器部分，對其進(jìn)行過濾效率檢驗(yàn)，在安裝順序上具有前后串聯(lián)的特點(diǎn)。之所以會將空氣凈化系統(tǒng)中過濾器設(shè)備設(shè)置成兩部分結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)橄韧ㄟ^前置過濾部分過濾掉放射性氣體中的大顆粒雜質(zhì)，這樣不僅可以大大提高對放射性氣溶膠的過濾截留效率，同時也使費(fèi)用較高的高效過濾部分的使用壽命[2]大大延長。

3 碘吸附設(shè)備

在空氣凈化系統(tǒng)中除了放射性氣體處理設(shè)備以及過濾器設(shè)備之后還包含了碘吸附設(shè)備，相較于前兩種設(shè)備來講碘吸附設(shè)備具有一定的特殊性，因?yàn)槠渲饕墓δ苁怯脕韺Ψ派湫杂泻怏w中的放射碘進(jìn)行吸收，進(jìn)而發(fā)揮實(shí)際的空氣凈化功能，具體來講在核電廠中釋放的有害氣體中除了包含較多的放射性顆粒及氣溶膠之外還有就是包含著較多的放射碘，而放射碘同樣對人體具有嚴(yán)重的危害性，因而在空氣凈化系統(tǒng)中就要對其進(jìn)行實(shí)際的清除，而清除的方式就是通過空氣凈化系統(tǒng)中的碘吸附設(shè)備，由于其主要過濾介質(zhì)為活性炭，因此也稱為活性炭過濾器。

這種設(shè)備通常有兩種不同結(jié)構(gòu)，一種是折疊式結(jié)構(gòu)，和過濾器設(shè)備結(jié)構(gòu)相類似，主要是應(yīng)用在空氣凈化系統(tǒng)的管道中，這種結(jié)構(gòu)形式由于其不易更換而使人員與放射性物質(zhì)接觸的風(fēng)險增加，而在AP1000電廠中沒有使用另一種的抽屜式結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用的過程中主要是和過濾器設(shè)備連接使用，有害氣體在過濾之后進(jìn)入到抽屜式碘吸附設(shè)備中進(jìn)行再過濾，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的碘吸附設(shè)備可以通過專業(yè)的工具對其內(nèi)部過濾介質(zhì)進(jìn)行全密封的更換，亦可整體抽出更換。由于這種更換方式大大減小了人員與放射性物質(zhì)接觸的風(fēng)險，在AP1000電廠中通常采用該形式。而無論是折疊式還是抽屜式在進(jìn)行放射碘的吸附中都是通過合成活性炭這種過濾清除介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的?；钚蕴康闹饕δ芫褪蔷邆淞溯^強(qiáng)的吸附性，但是在現(xiàn)今的核電廠中應(yīng)用的合成活性炭成分中不僅僅是包含了本身活性炭成分，還包含了碘化鉀成分，而之所以在原本活性炭的基礎(chǔ)上增加碘化鉀的原因在于，一旦在陰雨潮濕的天氣中核電站的空氣也會變得潮濕，而在這種狀況下放射碘就會向甲基碘進(jìn)行部分轉(zhuǎn)化，而活性炭則不會對甲基碘顆粒進(jìn)行截留因而添加碘化鉀能夠充分地將空氣中的有害放射性碘[3]吸附。最終將有害放射碘全部吸附在設(shè)備中，起到了較好的凈化核電廠空氣的作用。

4 結(jié)束語

綜上分析可知核電廠對于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用，但是其中產(chǎn)生的放射性有害氣體對人體以及周圍環(huán)境存在較大的風(fēng)險，因而在核電廠中必須要通過空氣凈化系統(tǒng)，對有害氣體中的放射顆粒進(jìn)行最大化的凈化過濾，來滿足法規(guī)對電廠排放物的要求，同時也是保證核電廠現(xiàn)今以及未來能夠安全穩(wěn)定發(fā)展的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]羅偉濤.核電廠空氣凈化機(jī)組出廠及現(xiàn)場試驗(yàn)[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2014（3）：85-87.

[2]潘捷.核電廠Ⅲ型活性炭碘吸附器及裝卸料機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J].發(fā)電與空調(diào)，2014（5）：4-9.

[3]于連濤.核電站核空氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋及分析[A].中國核學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C].中國核學(xué)會，2011（5）.