核电厂通风系统运行风量对碘吸附器性能的影响分析

薛炜

摘要：核电站通风系统碘吸附装置的性能受多种因素的影响，其中一个原因就是运行风量。并根据试验结果，通过导出的公式，得到了系统的漏气率，并对空气风量的影响进行了分析。试验结果显示，随着运行风量的增加，净化系数增加，泄漏率降低。

关键词：通风系统；碘吸附器；运行风量；净化系数；泄漏率

引言

核电站的通风系统采用碘吸附装置，以消除空气中的放射性碘，以保证在发生意外情况下，气体达到排放指标和保证控制室内的可居住性，除碘吸附装置本身的净化能力以及系统的漏失量之外，系统的运行风量还与空气相对湿度、温度、等因素有关。在操作和定期测试中，含碘吸附装置的运行风量通常与额定的风量偏差不超过10%。但是，在某些情况下，为保证设备的负压，必须在比正常工况下更大的风速下工作，这时，系统的性能怎样评估，是否能够达到核电站的放射性碘排放标准？在一些特定工况下，还必须考虑在低风速工况下进行现场测试，那么在这个时候，所获得的测试结果怎样转换成额定风速下的实测值呢？因此，研究运行风量对系统性能的影响是很有实际意义的。

1碘吸附器的试验方法

为了确保碘吸附装置的工作性能和工作性能，应经常进行测试和更换。根据氟利昂法、放射性甲基碘法两种不同的方法，对国内已经投产的核电站的碘吸附装置进行了除碘性实验。上述两种技术均已较为成熟，并已在世界范围内推广^[1]。目前，我国核电站中使用 I型碘吸附装置，均采用放射性甲基碘法；以上两种方法在核电站中都应用了 II， III型碘吸附装置。通常在核电站的检修周期内进行试验；但如果出现意外情况，根据烟囱的辐射浓度，可以随时安排碘吸附装置进行现场试验，如果不符合要求，应立即进行替换。

2理论推导

如果安装不当，通风室墙壁有问题，部分贯通部件密封不严，会造成少量的气体通过漏孔流入下游管道，也就是系统有泄漏。

2.1实验方法

用放射性碘131作示踪剂，用放射性碘131作示踪物，在碘吸附装置上/下游适当位置进行采样，利用伽马射线光谱仪对上下两个样本的放射性活度进行分析，从而计算出碘吸附装置或装置的净化系数。

2.2实验装置

试验装置上装有碘吸附装置，备用碘吸附装置用来除去空气中残留的碘。使用风量调节阀调整工作运行风量。经多次试验验证，其可靠性、取样代表性、气流稳定性等指标符合标准。

2.3实验内容

本试验选用1个可折叠式碘吸附器，其额定风量为1200m3/h，核电站的通风系统通常采用多个碘吸附器并联，以达到不同的运行风量。试验在20%~140%的额定风速范围内进行，试验内容包括：

在不同的运行风量下，测定碘吸附器的清洁系数，表示在无渗漏情况下的净化系数：选择适当的可折叠式碘吸管，并将其放置于试验台上，并注意观察其密封环与接触表面的形状参数，以消除机械渗漏。开启风扇，调整系统的风量，并按不同的风量分别进行测试，如20%，40%，60%，80%，90%，100%，110%，120%，140%。

3实验结果分析与讨论

3.1碘吸附器净化系数随运行风量的变化

在此试验中，碘吸附器本身的净化因子 Ce一般都比较高，而碘吸附剂的净化系数则随着运行风量的增加而降低。主要是由于运行风量的增加，使空气在碘吸附器内滞留的时间变短，从而使碘吸附器无法吸收空气中的放射性碘，从而降低了空气的净化系数^[2]。

3.2通风系统净化系数随运行风量的变化

试验设定的漏点大小不变，得到了系统的净化系数。由于漏气的存在，很少的气体没有经过碘吸附装置的净化，就直接排到了下游。随着运行风量的增加，系统的净化系数也随之增加，与文献中所述的渗透性变化趋势相符。

3.3通风系统泄漏率的变化

在试验风量范围内，通风系统的漏风率低于0.1%，但各净化因子都有较大的下降，这说明即使是很小的泄漏也会对系统的净化系数产生很大的负面影响。当泄漏点在一定大小时，漏气率并非一成不变，但会随运行风量的增加而降低。此外，我们还利用氟利昂法对另一种含碘吸附装置的漏气率进行了实测，结果表明，漏气率随风量的增加而增加。随着运行风量的增加，虽然碘吸附器自身的净化系数下降，但是漏气效应大于碘吸附剂本身特性对系统净化系数的降低，导致系统的纯化系数随着运行风量的增加而增加。

4当前碘吸附器在核电厂通风系统中的应用策略

放射性碘的危险不容忽视，国家非常重视核电站的放射性材料管理。核电站的正常运行状态和事故状态与其它工业工程相比有较大差异。特别是对于温度和湿度的控制，更是苛刻，因为这些都是核电站能否正常运转的重要因素，而温度、湿度等参数的微小变化，也会对吸收效率产生影响。所以，在核电站的通风系统中使用碘吸附装置时，必须要重视对其进行详细的设计和操作。

4.1碘吸附器在核电厂通风系统中的应用策略

在核电站的通风系统中，碘吸附装置的使用是最重要的，它是核电站的紧急环境问题。换句话说，如果核电站出现了核泄漏，那么空气中的放射性物质就会被吸入到工厂的通风系统中，这些辐射物质会被碘吸收，从而达到国家规定的环境质量。从二次设备通风系统的设计考虑，为了提高对碘的吸收作用，在设置排气过滤器时，可以在设备后方加装碘吸附器，这样可以极大地降低在正常工作状态和意外情况下产生的放射性物质排放到周围环境中的可能性，从而有效地解决辐射污染问题。根据核电站的通风系统的设计，在小型排风子系统中，通常采用碘吸附装置。在核电厂的放射性浓度达到一定的临界值时，核电站的通风系统会立刻停止正常的工作，同时，小型的排风系统也会开始过滤、吸附室内的放射性废气，直到达到一定的排放标准。

4.2核电厂通风系统应用碘吸附器时需要关注的要点。

按照国家颁布的核电站通风设备的施工和管理标准，为了保证在实际使用中能真正达到标准化的要求，核电站的通风系统可以设置在碘吸附设备的下游。如果需要的话，还可以在碘吸附设备周围安装一台感温探测器，这样可以更准确地感应到周围的温度变化。为了提高吸附剂的吸收效果，可以采用非易燃多孔的吸附剂制成吸附剂。根据以往的经验，核电站通风系统中使用的碘吸附器具有较厚的碳层和较高的吸附率，而且因为核电站的特殊性，它的耐温、耐湿性能也较高。此外，由于活性碳材料的纯化效果随使用年限的增加而降低，因此需要在合适的时机更换现有的碘吸附设备。需要指出的是，在吸收放射性碘的过程中，它会释放出大量的热量，在这个过程中，核电站周围的温度会迅速升高，一旦达到临界点，就会引发一系列的后果。因此，为了达到控制碘吸附装置的温度，必须采取行之有效的措施。为此，我国在《核电厂防火》HAD102/11中，明确提出了使用不能动和主动的方法来控制核电站的着火危险，也就是要用合适的防火屏障把它们与其它装置隔开。在碘化氢吸附装置的上游和下游的风管中，可以设置相应的火警探测器，并进行必要的人为灭火干预。在碘吸收器下游也可以设置一个烟感检测器，或在其上下设置一个防火阀门，以避免因空气中的气体温度太高而导致自燃。为了防止碘吸附器发生自燃，必须设置防火屏障，并将碘吸附器上下通风阻断，以防止其进一步扩大。

结论

1）碘吸附器的净化系数、通风系统的净化系数和漏泄速率的关系为η=(Ce-CE）/[CE (Ce-1）]。2）在试验风量范围内，随着运行风量的增大，通风系统的洁净系数增大，说明该系统能有效地清除放射性气体，从而对系统的操作更加有利。3）在试验中，随着运行风量的增大，通风系统的漏气率下降，也就是说，在低风量时，漏气率较高。如果采用下风量(小于标称）进行的漏气率试验，其计算值偏高。

参考文献

[1] 王幽雁,赵磊. 碘吸附器在核电厂通风系统中的应用[J]. 暖通空调,2017,47(2):5-8.

[2] 明艳,万忠义. Ⅲ型碘吸附器在ACP1000核电厂通风系统中的应用[J]. 集成电路应用,2019,36(4):61-62.