大亞灣核電基地碘吸附器效率試驗(yàn)方法改進(jìn)研究

李彥樟　杜建興　王稹　俞杰　孔海霞　陳建利　韓明　吳波

【摘 要】本文針對(duì)法國(guó)和美國(guó)碘吸附器效率試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法使用的局限性，采用中國(guó)輻射防護(hù)研究院建立的碘吸附器效率驗(yàn)證方法，在大亞灣核電基地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明改進(jìn)的甲基碘法和環(huán)己烷法具備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的能力，可減少安全隱患、降低運(yùn)營(yíng)成本、實(shí)現(xiàn)碘吸附器通風(fēng)系統(tǒng)凈化系數(shù)高效的檢驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】碘吸附器;效率試驗(yàn);甲基碘法;非劇毒;環(huán)己烷;現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

中圖分類號(hào)： X831文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）18-0068-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.034

0 引言

為確保碘吸附器的持續(xù)正常運(yùn)行，使其吸附效率維持在99%以上，需在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)中安裝的碘吸附器進(jìn)行效率試驗(yàn)，以檢驗(yàn)該碘吸附器通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)各種形態(tài)氣載放射性碘的吸附效率，使其滿足相應(yīng)核電廠制定的《核安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備定期試驗(yàn)監(jiān)督大綱》要求。

1 法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)碘吸附器效率試驗(yàn)方法改進(jìn)

基于法國(guó)碘吸附器效率試驗(yàn)規(guī)定的AFNOR M62-206試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[1]以及中國(guó)核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T 1183—2005[2]建立的放射性甲基碘法[3]，其主要應(yīng)用于按法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建設(shè)的核電廠，該方法以放射性Na131I（碘化鈉）口服液和（CH3）2SO4（硫酸二甲酯）反應(yīng)生成的氣體CH3131I（甲基碘）作為示蹤劑，其反應(yīng)原理如式（1）。

Na131I+（CH3）2SO4→CH3131I+Na2SO4（1）

該方法具有直接得出受試系統(tǒng)凈化系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，直觀的給出碘吸附器對(duì)碘的去除效率。大亞灣核電基地自商運(yùn)以來(lái)一直采用甲基碘法定期進(jìn)行碘吸附器效率試驗(yàn)。但傳統(tǒng)的甲基碘法需使用劇毒化學(xué)品——硫酸二甲酯作為甲基化試劑，為了提高反應(yīng)液中131I的利用率，減少反應(yīng)殘液中131I活度，在使用過(guò)程中采用向反應(yīng)液中添加過(guò)量硫酸二甲酯的方式。因此試驗(yàn)殘液中除含有剩余的放射性131I、硫酸二甲酯水解產(chǎn)生的硫酸和甲醇和未離開(kāi)反應(yīng)液的產(chǎn)物甲基碘外，還含有過(guò)量的硫酸二甲酯。

針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)輻射防護(hù)研究院（以下簡(jiǎn)稱中輻院）采用非劇毒化學(xué)品三甲基氯硅烷、磷?；宜崛柞ヅc碘化鈉溶解在乙腈中反應(yīng)生成甲基碘[4]，其反應(yīng)原理如式（2），式中Me代表甲基。

使用非劇毒化學(xué)品替代劇毒化學(xué)品硫酸二甲酯與碘化鈉反應(yīng)生成甲基碘，在保證碘吸附效率實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的同時(shí)避免了劇毒化學(xué)品的儲(chǔ)存、使用問(wèn)題。該方法已在大亞灣核電基地成功應(yīng)用。

2 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)碘吸附器效率試驗(yàn)方法改進(jìn)

基于美國(guó)碘吸附器效率試驗(yàn)ANSI/ASME N510-2007試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[5]以及國(guó)內(nèi)核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T 791-2014[6]建立的氟利昂法，其主要應(yīng)用于按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建設(shè)的核電廠，該方法將致冷劑一氟三氯甲烷（R-11）和二氟二氯甲烷（R-12）作為示蹤劑。該類示蹤劑在常溫下是無(wú)色氣體或易揮發(fā)液體，具有生物毒性低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)腐蝕性、易于檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。該方法被廣泛的應(yīng)用于碘吸附器的調(diào)試試驗(yàn)和定期試驗(yàn)。

按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的碘回路通風(fēng)系統(tǒng)均設(shè)置了和碘吸附器同步運(yùn)行的旁路活性炭樣杯，除定期采用氟利昂法進(jìn)行試驗(yàn)回路的機(jī)械密封性試驗(yàn)外，還需將旁路樣杯中的活性炭送至中輻院進(jìn)行檢測(cè)分析，試驗(yàn)周期長(zhǎng)。同時(shí)，氟利昂作為可引起溫室效應(yīng)和破壞大氣臭氧層的試劑。因此，該方法無(wú)法在核電廠繼續(xù)正常使用。

為應(yīng)對(duì)此應(yīng)用難題，中輻院在氟利昂法的基礎(chǔ)上建立了環(huán)己烷法[7]，該方法利用易揮發(fā)性物質(zhì)環(huán)己烷作為示蹤劑檢測(cè)受試系統(tǒng)機(jī)械密封性。試驗(yàn)時(shí)，將環(huán)己烷氣體示蹤劑在受試系統(tǒng)注入點(diǎn)以脈沖形式注入，同時(shí)啟動(dòng)采樣器分別將上、下游氣體樣品收集至氣體采樣袋內(nèi)，使用PID氣相色譜儀分別測(cè)量上、下游氣體濃度，使用公式（3）計(jì)算得出泄漏率L。

式中，Cup為上游環(huán)己烷氣體平均濃度，Cdown為下游環(huán)己烷氣體平均濃度。

無(wú)毒無(wú)害環(huán)己烷的使用在繼承了氟利昂法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)避免了氟利昂對(duì)環(huán)境破環(huán)的問(wèn)題，且可直接測(cè)出上、下游氣體平均濃度，簡(jiǎn)化了氟利昂法需要多次采樣計(jì)算平均濃度的試驗(yàn)過(guò)程。環(huán)己烷法使用PID氣相色譜儀測(cè)量示蹤劑平均濃度，儀器探測(cè)限更低，結(jié)果更準(zhǔn)確。

3 大亞灣基地碘吸附器效率試驗(yàn)方法驗(yàn)證

目前針對(duì)大亞灣核電基地的主控制室空調(diào)系統(tǒng)（DVC）、應(yīng)急指揮中心空調(diào)系統(tǒng)（DWG）等碘吸附器使用量較少、有人員長(zhǎng)期駐留的應(yīng)急系統(tǒng)，使用環(huán)己烷法檢驗(yàn)受試系統(tǒng)的機(jī)械密封性，同時(shí)采取定期更換碘吸附器的方法保證碘吸附器內(nèi)活性炭可以滿足碘去除率需求;其余碘吸附器數(shù)量較多、日常使用較為頻繁且所處環(huán)境無(wú)人員長(zhǎng)期駐留的系統(tǒng)使用改進(jìn)的放射性甲基碘法檢驗(yàn)受試系統(tǒng)碘吸附器除碘效率。

3.1 改進(jìn)的甲基碘法的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

改進(jìn)法在上游生成CH3131I的放射性活度均能達(dá)到1×104Bq，滿足放射性甲基碘法生成CH3131I試驗(yàn)的要求，且在同一系統(tǒng)上與原試驗(yàn)方法得出的凈化系數(shù)基本一致，說(shuō)明該方法可有效的替代劇毒硫酸二甲酯甲基碘法。目前，該方法已成功應(yīng)用于大亞灣核電基地通風(fēng)系統(tǒng)的碘吸附器效率試驗(yàn)，相比于原方法無(wú)需對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行任何的改變，降低了核電廠在試劑儲(chǔ)存和使用方面的管理成本，同時(shí)也降低了操作人員在試驗(yàn)過(guò)程以及殘液處置過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 環(huán)己烷法的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

將放射性甲基碘法、氟利昂法和環(huán)己烷法在嶺澳核電廠（一期）應(yīng)急指揮中心EM樓通風(fēng)系統(tǒng)碘吸附器L0DWM114PI系統(tǒng)上進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表（1）。

氟利昂法和環(huán)己烷法試驗(yàn)結(jié)果基本一致，與放射性甲基碘法結(jié)果也吻合一致。因此環(huán)己烷法可成功用于核電廠碘吸附器效率試驗(yàn)。但大亞灣核電基地的機(jī)組并非按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建設(shè)，其碘吸附器通風(fēng)系統(tǒng)上并未設(shè)計(jì)同步運(yùn)行的旁路樣杯，因此無(wú)法確定系統(tǒng)中碘吸附器內(nèi)活性炭的除碘性能。針對(duì)這一特點(diǎn)，大亞灣核電基地采取定期更換碘吸附器的方法來(lái)保證活性炭的除碘性能可滿足碘去除效率需求。目前，環(huán)己烷法已成功應(yīng)用于大亞灣核電基地人員可居留空間定期碘吸附器效率試驗(yàn)。

4 總結(jié)

基于原有法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AFNOR M62-206規(guī)定的的放射性甲基碘法和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASME N510-2007規(guī)定的氟利昂法，結(jié)合大亞灣核電基地在核電運(yùn)營(yíng)過(guò)程中遇到的應(yīng)用問(wèn)題，中輻院開(kāi)發(fā)出了替代放射性甲基碘法和環(huán)己烷法，并通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，成功應(yīng)用于大亞灣核電基地。

【參考文獻(xiàn)】

[1]AFNOR Standard. NF M62-206，Nuclear Ene-rgy，nuclear ventilation installation，Method of control of the scrubbing coefficient of iodine traps[S].France：AFNOR，1984.

[2]中國(guó)輻射防護(hù)研究院.EJ/T 1183-2005核空氣凈化系統(tǒng)碘吸附器凈化系數(shù)的測(cè)定放射性甲基碘法[S].北京：中國(guó)核工業(yè)總公司，2005.

[3]梅瑛.碘吸附器的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)——放射性甲基碘法[J].核技術(shù)，2008，31（4）：288-292.

[4]孔海霞，杜建興，丘丹圭，等.用非劇毒試劑制備氣態(tài)放射性甲基碘在碘吸附器檢驗(yàn)中的初步應(yīng)用[J].輻射防護(hù)，2012，32（4）：222-227.

[5]The American Society of the Mechanical Engineers.ASME N510-2007，Testing of nuclear air-cleaning systems[S].New York：ASME，2007.

[6]上海核工程研究設(shè)計(jì)院.EJ/T791核空氣凈化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)[S].北京：核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2014：10-11.

[7]俞杰，杜建興，王龍江，等.環(huán)己烷在碘吸附器活性炭床上的解吸行業(yè)研究[J].輻射防護(hù)，2018，38（2）：84-89.