核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器旁通閥選型試驗(yàn)研究

鄭仕建，金 林

(中國核電工程有限公司華東分公司,浙江 嘉興 314000)

0 引言

核設(shè)施在正常運(yùn)行及事故工況下，都會不可避免地產(chǎn)生氣載放射性污染物，主要是放射性氣溶膠和氣體[1]。核電廠可能存在放射性物質(zhì)的區(qū)域主要集中在要害區(qū)-核島廠房(核電廠運(yùn)行過程中核燃料塊包殼破損、一回路冷卻劑系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物活化都會形成放射源)、核燃料廠房(燃料事故、放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)移也是放射源頭之一)、核輔助廠房、電氣廠房等，因此，對放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)移的方向進(jìn)行控制和對放射性物質(zhì)進(jìn)行收集和處理是必要的。為實(shí)現(xiàn)這一目的，在核設(shè)施中核空氣凈化系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。

核空氣凈化系統(tǒng)通常會設(shè)置三重串聯(lián)的過濾系統(tǒng)-初效+中效過濾器，對可能存在放射性污染物的核空氣進(jìn)行第一層過濾，濾除空氣中的塵埃粒子，同時(shí)保護(hù)后續(xù)兩層過濾裝置；高效過濾器具有極高的污染物捕集效率，此效率通常比商業(yè)、工業(yè)或環(huán)境污染控制工程中所用的空氣凈化系統(tǒng)高出幾個(gè)數(shù)量級。高效空氣過濾器(HEPA)作為系統(tǒng)的核心部件，第二道屏障，其有效性是核設(shè)施安全運(yùn)行的一個(gè)基本條件；高效過濾器主要作用是濾除核空氣中的放射性氣溶膠；碘吸附器是最后一道屏障，主要是吸附核空氣中的放射性化合態(tài)碘物質(zhì)。同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況對上述三重過濾系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)使用，以期達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的除塵、凈化標(biāo)準(zhǔn)。

為了達(dá)到高效核空氣凈化系統(tǒng)所要求的良好性能，必須進(jìn)行嚴(yán)格的測試[2]。這些測試應(yīng)該圍繞系統(tǒng)功能和系統(tǒng)狀態(tài)開展。系統(tǒng)功能是指核空氣凈化系統(tǒng)的凈化功能，影響核空氣凈化系統(tǒng)的因素很多，其中起決定性作用的是設(shè)備性能和系統(tǒng)的密封性。核空氣凈化系統(tǒng)所使用的設(shè)備應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行出廠前測試，只有通過了出廠測試的設(shè)備才可以被應(yīng)用到核空氣凈化系統(tǒng)上；系統(tǒng)的密封性是指核空氣凈化系統(tǒng)不應(yīng)該存在機(jī)械泄漏。當(dāng)核空氣在核空氣凈化系統(tǒng)內(nèi)流通時(shí)，必須保證核空氣逐級流過核空氣凈化裝置。如果核空氣凈化系統(tǒng)存在機(jī)械泄漏，就會使得部分核空氣不能被凈化，直接通過泄漏位置釋放到環(huán)境中，進(jìn)而造成放射性泄漏。

高效空氣粒子過濾器效率檢測方法一般有三種:鈉焰法、油霧法、計(jì)數(shù)法。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定鈉焰法為普通工業(yè)用高效過濾器檢測的基準(zhǔn)試驗(yàn)方法，計(jì)數(shù)法為超高效空氣過濾器檢測的基準(zhǔn)試驗(yàn)方法[3]。

1 核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器泄漏分布測試試驗(yàn)平臺簡介

核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器泄漏分布測試試驗(yàn)平臺是基于計(jì)數(shù)法搭建的高效空氣粒子過濾器性能試驗(yàn)平臺，該平臺可以測試高效空氣粒子過濾器的過濾效率及泄漏分布。核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器泄漏分布測試試驗(yàn)平臺流程圖詳見圖1所示。

圖1 核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器泄漏分布測試試驗(yàn)平臺流程圖

核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器泄漏分布測試試驗(yàn)平臺設(shè)備清單詳見表1所示。

表1 核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器泄漏分布測試試驗(yàn)平臺設(shè)備清單

2 測試方案

測試目的：通過實(shí)驗(yàn)平臺測試為工程現(xiàn)場選取符合要求的旁通閥。

測試步驟：

(1)拆除旁通閥6，安裝盲板，通過密封試驗(yàn)確保盲板泄漏率達(dá)到A級[4]；

(2)啟動風(fēng)機(jī)，調(diào)整風(fēng)量和壓力至設(shè)計(jì)要求值；

(3)啟動激光粒子計(jì)數(shù)器4和激光粒子計(jì)數(shù)器10，此時(shí)稀釋器3不投用，測試各種粒徑粒子的本地濃度，分別記錄為C01/粒·m-3、C02/?！-3；

(4)使用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生PAO4氣溶膠，調(diào)整參數(shù)，使得氣溶膠的計(jì)數(shù)中值粒徑(CMD)為0.3 μm；

(5)通過注入點(diǎn)1注入氣溶膠粒子；

(6)啟動稀釋器3、激光粒子計(jì)數(shù)器4和激光粒子計(jì)數(shù)器10，調(diào)整氣溶膠注入流量，通過激光粒子計(jì)數(shù)器10來調(diào)整，確保下游0.3 μm粒子數(shù)量不低于100粒/m3；

(7)分別記錄高效空氣粒子過濾器上游、下游的0.3 μm粒子數(shù)量，C1/粒·m-3、C2/?！-3；

(9)拆除盲板，恢復(fù)旁通閥，重復(fù)步驟(2)～步驟(8)，重新計(jì)算帶有旁通閥的高效空氣粒子過濾器的過濾效率η2，η2的測試值應(yīng)不低于99.9%；

(10)如果η1或者η2的測試值不滿足要求，通過取樣點(diǎn)2、5、7、9粒子數(shù)量來定位泄漏點(diǎn)的位置，泄漏點(diǎn)處理完成后重新進(jìn)行試驗(yàn)，直至試驗(yàn)結(jié)果滿足要求。

3 試驗(yàn)結(jié)果

通過上述試驗(yàn)平臺，對三種旁通閥分別進(jìn)行了測試，測試結(jié)果詳見表2所示。

表2 帶有旁通閥的高效空氣粒子過濾器過濾效率測試結(jié)果(平臺試驗(yàn))

綜合考慮設(shè)計(jì)要求和工程造價(jià)，通過平臺試驗(yàn)將Ⅰ型閥門淘汰，不選用，將Ⅱ型閥門待定，在工程現(xiàn)場再次測試，根據(jù)測試結(jié)果決定是否選用，將Ⅲ型閥門優(yōu)選。

Ⅱ型閥門和Ⅲ型閥門現(xiàn)場過濾效率測試結(jié)果詳見表3所示。

表3 帶有旁通閥的高效空氣粒子過濾器過濾效率測試結(jié)果(現(xiàn)場試驗(yàn))

通過現(xiàn)場測試，Ⅱ型閥門無法滿足設(shè)計(jì)要求，淘汰；Ⅲ型閥門滿足設(shè)計(jì)要求，選用。

4 結(jié)論

通過核空氣凈化系統(tǒng)高效空氣粒子過濾器過濾效率平臺試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)，選取了符合設(shè)計(jì)要求的高效粒子空氣過濾器旁通閥，通過整個(gè)試驗(yàn)過程，可以得出如下結(jié)論：

(1)現(xiàn)場試驗(yàn)測試得出的帶有旁通閥的高效空氣粒子過濾器的過濾效率一般低于平臺試驗(yàn)測試值，這是因?yàn)楝F(xiàn)場的情況更復(fù)雜，隱形的泄漏點(diǎn)更多；

(2)鑒于高效空氣粒子過濾器對過濾效率的要求非常高，如果需要帶有旁通功能，其旁通閥宜選擇零泄漏閥門。