核電廠通風(fēng)系統(tǒng)高效過濾器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法改進(jìn)

呂 陽 徐洋洋 呂杰帥 康凱強(qiáng) 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(fēng)系統(tǒng)中高效過濾器是阻止放射性氣溶膠向環(huán)境排放的關(guān)鍵設(shè)備，需要定期對(duì)其性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。目前，國內(nèi)大多數(shù)核電廠采用熒光素鈉法[1]對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)中安裝的高效過濾器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)性能檢測(cè)，該方法是在通風(fēng)系統(tǒng)的上游注入熒光素鈉氣溶膠，同時(shí)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(jì)分析浸泡液中熒光素鈉的濃度，從而測(cè)定上游和下游氣體中熒光素鈉的濃度，通過計(jì)算求得過濾器的凈化系數(shù)或過濾效率。

由于檢測(cè)過程中的系統(tǒng)設(shè)置可能與實(shí)際運(yùn)行情況不一致，因此會(huì)造成系統(tǒng)的不可用，對(duì)核電廠的運(yùn)行有直接影響。檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)主要受限于下游采樣時(shí)間影響，而下游采樣時(shí)長(zhǎng)則與采集到的熒光素鈉質(zhì)量直接相關(guān)。本文通過分析影響下游采樣質(zhì)量的因素，提出縮短檢測(cè)時(shí)間的改進(jìn)思路，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)參數(shù)

1.1 上下游采樣質(zhì)量

濾膜本底直接影響最終效率計(jì)算，本底的大小會(huì)直接影響采樣時(shí)間長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)濾膜。目前，核電廠現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)常使用的濾膜是HI-Q公司生產(chǎn)的FP5211型，濾膜含有丙烯酸粘合劑，DOP過濾效率為99.99%(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)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(jí)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(cè)量

(1) 取FP5211-47型完整濾膜3張，編號(hào)為A、B、C。

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

(3) 將3個(gè)燒杯內(nèi)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(cè)量燒杯內(nèi)溶液(濾膜)本底，結(jié)果列于表1。

1.1.2破碎濾膜本底值的測(cè)量

(1) 取FP5211-47型濾膜3張，編號(hào)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(cè)量燒杯內(nèi)溶液本底，結(jié)果列于表1。

(3) 將燒杯內(nèi)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(cè)量燒杯內(nèi)溶液(濾膜)本底，結(jié)果列于表1。

表1 濾膜本底和燒杯本底測(cè)量

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

雖然在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)濾膜不會(huì)產(chǎn)生如此程度的破損，但仍應(yīng)注意避免此種情況的發(fā)生。因此，在工程實(shí)踐中，建議下游樣品采集濃度應(yīng)大于本底一個(gè)數(shù)量級(jí)，而上游則主要需避免因濃度過高產(chǎn)生自吸收效應(yīng)[3]。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，某核電廠上游采樣質(zhì)量按照10-6g級(jí)別進(jìn)行控制。

1.2 采樣裝置流量特性分析

選取兩臺(tái)采樣裝置，在下游進(jìn)行不同壓力下流量測(cè)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(tái)采樣裝置在不同壓力下的采樣時(shí)間與體積的關(guān)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(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合后，其相關(guān)系數(shù)r2均為1，采樣速率穩(wěn)定。

得到兩臺(tái)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(yàn)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(fā)生器發(fā)生質(zhì)量流量

熒光素鈉發(fā)生器原型源于法國，NFX44-11標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)生器的質(zhì)量流量大于21.6 mg/h。經(jīng)過國內(nèi)一些科研院所的不斷改進(jìn)，發(fā)生器的質(zhì)量流量得到了較大的提升。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)使用中國輻射防護(hù)研究院生產(chǎn)的YF02型熒光素鈉發(fā)生器，質(zhì)量流量44.8 mg/h。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法改進(jìn)及驗(yàn)證

通過上節(jié)的討論分析得知，可以通過提高采樣流量和增大發(fā)生質(zhì)量速率來縮短檢測(cè)時(shí)間。經(jīng)過實(shí)地考察，對(duì)某核電廠化學(xué)樓通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并針對(duì)該改進(jìn)措施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

該化學(xué)樓通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量為20 520 m3/h。

原檢測(cè)方法為上游采樣15 min，下游采樣45 min，是據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的采樣時(shí)長(zhǎng)，存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

方法改進(jìn)時(shí)選用發(fā)生質(zhì)量流量為44.8 mg/h的熒光素鈉發(fā)生器，對(duì)上游進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的采樣，并對(duì)下游進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)和壓力下的采樣。

上、下游目標(biāo)采集質(zhì)量以10-6g控制。上游采樣時(shí)間由式(1)計(jì)算得出，上游理論采樣時(shí)間約5 min，對(duì)此結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表3；下游采樣時(shí)間由式(2)計(jì)算得出，在質(zhì)量流量44.8 mg/h、采樣壓力-25 kPa的前提下，下游理論采樣時(shí)間需10 min，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表4。

(1)

(2)

式中，t上為上游取樣時(shí)間，min；a上為上游取樣所需質(zhì)量，g；Q為采樣系統(tǒng)流量，m3/h；G為氣溶膠發(fā)生器質(zhì)量流量，mg/h；q上為上游取樣流量，m3/h；t下為下游取樣時(shí)間，min；a下為下游取樣所需質(zhì)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(xiàn)場(chǎng)采樣5 min，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(jié)果偏差極小，說明10 min濾膜采樣已具有代表性，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求。

4 結(jié)語

FP5211-47型濾膜本底值較為理想，正常情況下對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響可以忽略，但若采樣后發(fā)現(xiàn)濾膜破損嚴(yán)重，應(yīng)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(wěn)定，可根據(jù)檢測(cè)需要調(diào)整采樣壓力。

表3 上游采樣數(shù)據(jù)

表4 下游采樣數(shù)據(jù)

每臺(tái)熒光素鈉發(fā)生器的發(fā)生質(zhì)量流量不同，在預(yù)估實(shí)際檢測(cè)時(shí)間時(shí)需注意區(qū)別。

改進(jìn)后，將下游采樣時(shí)間從原方法的45 min縮短到10 min，所得結(jié)果與改進(jìn)前相符合，縮短了系統(tǒng)的不可用時(shí)間。該結(jié)果對(duì)縮短其他通風(fēng)系統(tǒng)的高效過濾器效率檢測(cè)時(shí)間有一定的借鑒作用。