趙高昕

摘要本文概述了高效過濾器和碘吸附器的過濾機(jī)理和效率試驗(yàn)，對應(yīng)用于壓水堆核電現(xiàn)場的過濾器效率變化情況進(jìn)行詳細(xì)分析，針對“如何提高過濾器使用壽命”提出一些可行性建議。

關(guān)鍵詞：高效過濾器;碘吸附器;效率變化;使用壽命

核電廠反應(yīng)堆在正常運(yùn)行期間及事故工況下，均會產(chǎn)生大量的裂變產(chǎn)物，其中會有部分裂變產(chǎn)物通過各種途徑形成氣載放射性污染物，為了防止人員和環(huán)境受到污染，必須對空氣中的這些氣載物質(zhì)進(jìn)行凈化，通風(fēng)系統(tǒng)中的高效過濾器和碘吸附器就是起到這種功能的設(shè)備。

為了驗(yàn)證過濾器安裝后整個通風(fēng)系統(tǒng)的可用性，必須進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)條件和試驗(yàn)?zāi)康?，現(xiàn)場試驗(yàn)分為工程調(diào)試驗(yàn)收試驗(yàn)、周期性監(jiān)督試驗(yàn)和更換后再鑒定試驗(yàn)三類，均使用相同方法。

1 高效過濾器過濾機(jī)理和性能試驗(yàn)

高效過濾器主要用于去除空氣中的氣溶膠，過濾機(jī)理包括：攔截效應(yīng)、慣性效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、重力效應(yīng)、靜電效應(yīng)等。壓水堆核電廠高效過濾器效率試驗(yàn)采用法國AFNOR NFX44-011標(biāo)準(zhǔn)熒光素鈉法。

2 碘吸附器過濾機(jī)理和性能試驗(yàn)

碘吸附器主要用于去除氣態(tài)放射性碘，過濾機(jī)理包括：物理吸附和化學(xué)吸附。

物理吸附是基于活性炭是一種多孔結(jié)構(gòu)吸附介質(zhì)，與氣體分子有較大的有效接觸面積，當(dāng)氣流通過吸附介質(zhì)時，放射性碘分子通過分子間范德華力吸附到活性炭孔結(jié)構(gòu)表面上的過程。

化學(xué)吸附是電子在吸附質(zhì)和吸附劑表面之間交換或共有而出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)?；钚蕴炕瘜W(xué)吸附作用是利用含有穩(wěn)定碘化物（K127I等）、特殊反應(yīng)試劑浸漬的活性炭通過同位素交換、換位反應(yīng)的方式去除放射性碘。

壓水堆核電廠碘吸附器效率試驗(yàn)采用法國AFNOR M62-206標(biāo)準(zhǔn)甲基碘法。

3 高效過濾器效率變化分析

3.1 理論分析

高效過濾器在對氣溶膠的吸附過程中，濾孔不斷地被氣溶膠堵塞，造成阻力增大，客觀上減少了過濾器對氣溶膠的吸附能力，從而減少了過濾器的凈化效率。但是阻力增大到一定程度后，濾孔雖然堵塞嚴(yán)重，但是通風(fēng)量下降，所以效率反而增加。再繼續(xù)運(yùn)行由于過濾器的濾質(zhì)是纖維型濾紙，本身比較脆弱，長期運(yùn)行在大風(fēng)量及潮濕的環(huán)境中，容易造成對濾紙的吹破，形成孔洞，過濾器效率迅速降低。

3.2 現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

匯總國內(nèi)某核電廠部分高效過濾器效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

（1）DVC002FA

效率試驗(yàn)結(jié)果如圖1，效率基本沒有變化。

DVC002FA安裝在DVC（主控制室通風(fēng)系統(tǒng)）碘回路，平時處于備用狀態(tài)，只有在定期試驗(yàn)期間短時投運(yùn)，過濾器堵塞情況變化不大，且專設(shè)保養(yǎng)加熱器使得高效過濾器處于合適的溫濕度狀態(tài)，吸附效率維持在較高水平。

（2）DVQ102FA

效率試驗(yàn)結(jié)果如圖2，同一過濾器呈現(xiàn)出明顯的先上升后下降的狀態(tài)。

DVQ102FA安裝于廢物輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)，平時均處于投運(yùn)狀態(tài)，壓差逐年上升，凈化系數(shù)逐年增加，當(dāng)壓差升高到一定程度時，過濾器效率迅速降低。

3.3 應(yīng)用總結(jié)

高效過濾器在現(xiàn)場使用過程中，隨著運(yùn)行時間的增加，過濾器壓差逐漸升高，吸附效率呈先上升后下降的特征，當(dāng)壓差升高到一定程度后，吸附效率會突降。因此，應(yīng)用于各個通風(fēng)系統(tǒng)的高效過濾器均配備專門的壓差表監(jiān)視其壓差，起到預(yù)警作用，當(dāng)壓差超過規(guī)定限值時就需更換過濾器，否則過濾器功能將無法保證，現(xiàn)場可以通過下述措施來延長使用壽命。

（1）系統(tǒng)風(fēng)量不要過高，防止吹破過濾器;

（2）定期對預(yù)過濾器壓差進(jìn)行巡檢，壓差過高或過低時提前進(jìn)行更換;

（3）盡量保證系統(tǒng)氣流濕度在允許限值內(nèi);

（4）限制過濾器的工作時間，例如：有兩列過濾器的系統(tǒng)，定期切列運(yùn)行;

（5）確保高效過濾器安裝良好，減小機(jī)械泄漏，保證新?lián)Q高效過濾器效率較高。

4 碘吸附器效率變化分析

4.1 理論分析

影響碘吸附器效率的因素包括：溫度、濕度、活性炭的老化腐蝕、時間效應(yīng)等，其中濕度效應(yīng)和活性炭的老化腐蝕影響較大。

（1）濕度效應(yīng)

氣流相對濕度對浸漬活性炭的效率影響很大，效率隨氣流相對濕度的增大而降低。試驗(yàn)表明，當(dāng)相對濕度小于40%時，效率基本不變;大于40%時，效率隨相對濕度增大而緩慢下降。這主要是因?yàn)橄鄬穸仍龃髸r，過多的水分子占有活性炭中的孔結(jié)構(gòu)，減少活性炭吸附面積和吸附容量從而降低了吸附效率。碘吸附器的凈化效率隨相對濕度的變化在一定條件下是一個可逆的物理過程，濕度超過40%，并不意味著碘吸附器失效，只是影響了碘吸附器的凈化效率。

（2）活性炭的老化腐蝕

在通風(fēng)系統(tǒng)中，活性炭由于其表面的氧化、浸漬劑的解析或吸附環(huán)境中有害物質(zhì)，使其性能逐漸變壞。這種現(xiàn)象叫老化現(xiàn)象，老化造成活性炭效率下降，縮短碘吸附器的壽命。

4.2 現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

匯總國內(nèi)某核電廠部分碘吸附器效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

（1）DVC001/002PI

效率試驗(yàn)結(jié)果如圖3，效率基本沒有變化。

DVC001/002PI安裝在DVC碘回路，平時處于備用狀態(tài)，老化程度很小，且專設(shè)保養(yǎng)加熱器使得碘吸附器處于合適的溫濕度狀態(tài)，因此其效率長期保持穩(wěn)定。

（2）DVW001PI

效率試驗(yàn)結(jié)果顯示效率逐年下降。

DVW001PI安裝在DVW（安全殼外貫穿件房間通風(fēng)系統(tǒng)）碘回路，平時處于備用狀態(tài)，老化程度很小，但是由于過濾器所在房間密封性差等原因，DVW001PI經(jīng)常處于濕度高狀態(tài)，造成其效率呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。

（3）TEG001PI

效率試驗(yàn)結(jié)果顯示效率快速下降。

TEG001PI安裝在TEG（廢氣處理系統(tǒng)）系統(tǒng)，長期處于投運(yùn)狀態(tài)，老化程度明顯，效率呈現(xiàn)快速下降趨勢。

4.3 應(yīng)用總結(jié)

碘吸附器在現(xiàn)場使用過程中，其效率受到濕度、老化等因素的影響較大，需要為其提供合適的運(yùn)行條件來延長其使用壽命，具體措施包括：

（1）保證碘吸附器所在箱體或者房間的良好密封，保證碘回路加熱器正常工作，進(jìn)而保證碘吸附器處于低濕度狀態(tài);

（2）限制碘吸附器的工作時間，例如：有兩列碘吸附器的系統(tǒng)，定期切列運(yùn)行;

（3）對氣流進(jìn)行凈化，盡量避免使用大量溶劑、油漆等，減小對活性炭的老化和腐蝕;

（4）確保碘吸附器安裝良好，保證新?lián)Q碘吸附器效率較高。

5 結(jié)論

隨著運(yùn)行時間的增加，高效過濾器的吸附效率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，碘吸附器的吸附效率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。在核電廠的應(yīng)用實(shí)踐中，可以通過一系列措施來延長過濾器的使用壽命，減小固廢產(chǎn)量，提高核電廠的經(jīng)濟(jì)效益。