核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中高效過濾器壓差過快超限值問題的初步探討

陳建利 陳榮添 邱繼林 李彥樟 韓明

摘 要

核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中通過測量高效過濾器的壓差來監(jiān)測其阻力變化，來確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，而近年來某些通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)了高效過濾器壓差過快達(dá)到規(guī)定更換值的問題，導(dǎo)致過濾器的更換頻率加大，給電廠帶來較大的運(yùn)營成本。本文在分析核通風(fēng)系統(tǒng)壓差測量特點的基礎(chǔ)上，初步探討了高效過濾器過快超壓的原因，并給出了解決建議。研究結(jié)果有助于分析高效過濾器過快超壓問題，可為高效過濾器壓差過快超限值問題的解決提供參考。

關(guān)鍵詞

通風(fēng)系統(tǒng);高效過濾器;過快超壓;原因分析;解決建議

中圖分類號： TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 13

Abstract

In the ventilation system of nuclear power plant， the resistance change is monitored by measuring the pressure difference of high efficiency filter to ensure the normal operation of the system. In recent years， some ventilation systems have the problem that the pressure difference of high efficiency filter quickly exceeds the specified replacement value， resulting in the increase of the replacement frequency of filter， which brings great operation cost to the power plant. Based on the analysis of the characteristics of differential pressure measurement in nuclear ventilation system， this paper discusses the causes of over fast overpressure of high efficiency filter and gives some suggestions. The research results are helpful to analyze the problem of over fast overpressure of high efficiency filter and provide reference for solving the problem of over fast overpressure of high efficiency filter.

Key words

Ventilation system; High efficiency filter; Excessively overpressure; Cause analysis; Solutions

0 引言

核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中高效過濾器（HEPA過濾器）主要用于去除氣流中的放射性氣溶膠粒子[1]，為了監(jiān)測高效過濾器的運(yùn)行狀況，確保其阻力位于合理范圍，系統(tǒng)中設(shè)置有測壓裝置對過濾器的壓差進(jìn)行監(jiān)測，以獲取它們的阻力數(shù)據(jù)。

隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，高效過濾器會過濾、截留氣流中的粒子，使得過濾器的濾紙發(fā)生阻塞，導(dǎo)致過濾器壓差（阻力）逐漸增加，最終達(dá)到或超過系統(tǒng)規(guī)定的更換值，從而更換超壓的過濾器[2]。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的不同，過濾器系統(tǒng)的超壓更換時間不盡相同，一般情況下更換周期在3年以上[3]，但近年來發(fā)現(xiàn)某些核電廠個別通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)了HEPA過濾器過快超壓導(dǎo)致其頻繁更換的問題，有的系統(tǒng)甚至半年就會因超壓更換過濾器[4]。頻繁更換過濾器不僅增加了過濾器設(shè)備費(fèi)用，同時更換下來的舊過濾器需作為放射性固體廢物暫存、處置，尤其是對風(fēng)量較大的通風(fēng)系統(tǒng)，如DVN正常排風(fēng)系統(tǒng)共計有96臺HEPA過濾器，更換一次將產(chǎn)生約10.43m3的放射性固體廢物。

過濾器的過快更換將增加核電廠的運(yùn)營成本，同時也不利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此探討HEPA過濾器過快超壓的原因具有實際作用和意義。

1 核電廠壓差測量

1.1 壓差測量裝置

如圖1所示，核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中使用的壓差測量裝置主要由引壓管線、金屬連接件、連接軟管及壓差表等組成，引壓管線、連接軟管起壓力傳輸?shù)淖饔?，壓差表測量并加以顯示。引壓管線一般選用金屬銅管，一端作為取壓口放置在需要測壓的位置，另一端延伸至壓差表附近并與金屬連接件相連;金屬連接件主要包括三通、緊固件等，常在轉(zhuǎn)彎、穿墻、延長引壓管或需分壓的地方使用，以方便各部件的連接;連接軟管將引壓管和壓差表進(jìn)行連接，材質(zhì)一般為PU，以保證良好的抗氧化和密封效果;壓差表測量壓差，可就地讀取數(shù)據(jù)，也可遠(yuǎn)程傳輸。

1.2 核電廠壓差測量特點

核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中高效過濾器前端一般安裝有預(yù)過濾器，過濾大顆的粒粉塵等物質(zhì)，然后再經(jīng)高效過濾器過濾更小的粒子，圖2給出了核電廠過濾器及其測壓裝置的示意圖。該系統(tǒng)安裝了多臺預(yù)過濾器和HEPA過濾器，一般情況下兩者的數(shù)量相等，每臺預(yù)過濾器與其后側(cè)同一位置的高效過濾器風(fēng)道相通，測壓裝置分別對預(yù)過濾器、高效過濾器及兩者的總壓差進(jìn)行測量。

由該圖可以看出該通風(fēng)系統(tǒng)測壓裝置有以下特點：

（1）一般情況下測壓表并排放置在某一相近區(qū)域以方便數(shù)據(jù)讀取，而測壓管線的長度較長、連接件較多，出現(xiàn)問題時難以發(fā)現(xiàn);

（2）測壓裝置是以某臺過濾器的壓差來表示系統(tǒng)中所有預(yù)過濾器或HEPA過濾器的壓差，當(dāng)氣流分布不均勻時其代表性可能存在問題;

（3）有時會以系統(tǒng)的總壓差及預(yù)過濾器壓差來判斷過濾器的壓差情況，不再對HEPA壓差進(jìn)行單獨測量，此時測量的HEPA過濾器的壓差包含有閥門在內(nèi)的壓差。由圖2可知此時測得的總壓差包含了閥門2、3等其他部件的阻力，當(dāng)用其調(diào)節(jié)風(fēng)量時，閥門開度將引起總壓差的變化，帶來較大的測量誤差。

2 過快超壓問題的原因

通風(fēng)系統(tǒng)以測壓裝置測量的壓差來表征高效過濾器阻力的大小，當(dāng)其過快超壓將給電廠運(yùn)營帶來較大的成本，有必要對其原因進(jìn)行分析，以保證過濾器在正常更換周期以內(nèi)。下面從測壓裝置、通風(fēng)系統(tǒng)和取壓口選取等方面分別進(jìn)行分析。

2.1 測壓裝置方面

測壓裝置自身存在問題，導(dǎo)致壓差測量不準(zhǔn)確引起超壓。由于組成測壓裝置的管線較長且穿越水泥墻體、連接組件較多容易存在問題而引發(fā)超壓情況，這些問題集中表現(xiàn)為引壓管堵塞、連接軟管漏氣、連接錯誤、壓差表損壞等，文獻(xiàn)[6]對這些問題進(jìn)行了歸納。在實際工作中曾遇到過由于連接軟管破損導(dǎo)致測壓管線內(nèi)壓力變化引起HEPA過濾器超壓的情況。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)方面

（1）運(yùn)行風(fēng)量過大：對過濾器數(shù)量一定的核通風(fēng)系統(tǒng)，壓差隨系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)量的增加而變大，在一定范圍內(nèi)兩者呈線性關(guān)系[7]，如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)在額定風(fēng)量下運(yùn)行，所測的壓差為高效過濾器的實際壓差，風(fēng)量增加壓差也會相應(yīng)地變大，當(dāng)風(fēng)量增加到一定程度時測得的壓差將達(dá)到系統(tǒng)的更換值，即運(yùn)行風(fēng)量過大引起了系統(tǒng)超壓。當(dāng)將風(fēng)量降低至額定風(fēng)量時過濾器的壓差仍小于更換值，因此一般要求核通風(fēng)系統(tǒng)在額定風(fēng)量下運(yùn)行，且偏差不超過±10%。在實際工作中忽視風(fēng)量的影響，例如為了系統(tǒng)廠房負(fù)壓的需要而增大運(yùn)行風(fēng)量等，造成過濾器的超壓。

（2）預(yù)過濾器安裝問題：在核通風(fēng)系統(tǒng)中，往往更加關(guān)注于高效過濾器的有效性，每年都會進(jìn)行專門的定期試驗或更換試驗，以確保其性能滿足設(shè)計要求，而對預(yù)過濾器沒有相關(guān)的現(xiàn)場檢測要求，假如預(yù)過濾器安裝存在問題，將無法起到良好的預(yù)過濾作用，導(dǎo)致部分氣流未經(jīng)過預(yù)過濾器的過濾而直接進(jìn)入到高效過濾器中，氣流中含有的顆粒被截留在HEPA過濾器上，造成高效過濾器的壓差增加過快，引起超壓。

（3）廠房空氣中含有較多粉塵：對投入運(yùn)營時間不長的機(jī)組易存在此類問題，原因可能為：通風(fēng)管道、過濾器小室內(nèi)等難清潔的區(qū)域存在一定數(shù)量的粉塵，系統(tǒng)運(yùn)行時將這些物質(zhì)吹掃到高效過濾器上。廠房送風(fēng)系統(tǒng)對顆粒物的過濾不完全，部分粉塵送入廠房內(nèi)，又進(jìn)入到排風(fēng)系統(tǒng)，引起過濾器超壓。

2.3 取壓口選取方面

核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中HEPA過濾器的壓差以某一臺過濾器的壓差來代表整體壓差，或以包含了閥門等其他部件的總壓差來表征的。氣流在通風(fēng)小室或風(fēng)道內(nèi)的流動較為復(fù)雜，存在著渦流或流體流動不均勻的情況，若測壓口放置在風(fēng)管中的這些位置則其代表性將存在問題。而測量總壓差時，將閥門阻力包含在內(nèi)，當(dāng)改變閥門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量時會引起壓差的變化，尤其當(dāng)閥門開度較小時，閥門阻力很大，容易造成系統(tǒng)超壓。

3 解決建議

影響高效過濾器過快超壓的原因往往交織在一起，難以區(qū)分，在分析超壓原因時首先應(yīng)排除測壓裝置自身的問題，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。針對此問題可考慮在投入運(yùn)行前應(yīng)將閥門盡量設(shè)置在測點外，投入運(yùn)行后定期對壓差測量裝置進(jìn)行檢查，確保測壓管線無漏氣現(xiàn)象、壓差表無損壞和不存在其他影響壓差測量的問題。

其次應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的巡查，重視工作中忽視的問題。主要包括系統(tǒng)風(fēng)量的測量，注意預(yù)過濾器的安裝規(guī)范以及廠房內(nèi)某些區(qū)域的清潔，從而避免運(yùn)行風(fēng)量過大，或其他外界因素造成的過濾器過快超壓。

取壓口的位置選取由設(shè)計文件規(guī)定，不能隨意改變。系統(tǒng)運(yùn)行時盡量將測壓系統(tǒng)包含的閥門處于全開狀態(tài)，通過改變不在測壓范圍內(nèi)的其他閥門來調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量，避免閥門對阻力測量帶來的影響;當(dāng)無其他閥門可用但又需要進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)是，也可考慮在過濾器規(guī)定更換值基礎(chǔ)上增加一定的裕量，即提高更換值，該裕量值的大小需進(jìn)行論證并經(jīng)相關(guān)部門的同意?；蛘吲c設(shè)計人員溝通能否改變?nèi)嚎谖恢?，將其放置在更為合理的位置?/p>

4 結(jié)語

高效過濾器的過快超壓將給電廠運(yùn)營帶來一定的設(shè)備成本增加和放射性固體廢物產(chǎn)生量增加，當(dāng)然導(dǎo)致過濾器超壓的原因也是多方面的。本文在分析核電廠通風(fēng)系統(tǒng)測壓裝置的基礎(chǔ)上，對高效過濾器過快超壓原因進(jìn)行了歸納總結(jié)，并提出了初步的解決建議，可為分析、解決過濾器過快超壓問題提供參考。

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