核电厂空气净化系统分析

罗晗

摘 要：核电厂作为我国重要的能源转化载体，为我国的经济建设社会发展提供着坚实的基础，通常来讲核电厂将核能经由机械能最终转变为电动，而在这种能量转化的过程中需要大量的燃烧核燃料，进而就会产生包含着放射性粒子的有害性气体，这种气体一旦排放在空气中就会对人们居住的环境造成严重的影响，同时对于人们的身体健康也会造成极大的危害，因而在核电厂中相应的气体净化系统就显得至关重要。而文章正是基于AP1000核电厂对放射性气体的控制手段，从放射性气体净化设备，过滤器设备和碘吸附设备三方面进行着手对核电厂放射性气体净化系统的组成和特点进行分析和介绍。

关键词：AP1000核电厂；空气净化系统；分析介绍

前言

通常来讲核电厂进行核能到电能的转化过程中会产生一定的放射性气体，因而在保证核电厂能量转化功能的实现的同时一定要具有相应的气体净化装置，而区别于其他场地的空气净化系统，核电站安装的空气净化系统主要是指对放射性有害颗粒进行吸收，进而将核电厂中的空气得以净化到对人体无任何伤害，同时也最大化地保障了空气不受污染。但是由于核电厂系统组成较多，不同系统释放的放射性物质量也不尽相同，因而在空气净化系统的应用上也具有一定的多样性。

1 AP1000核电厂放射性气体处理设备

在核电站运行期间，放射性同位素氙、氪和碘作为裂变产物而产生。这些放射性核素大部分包容在燃料芯块中，由于燃料包壳的缺陷导致少量的放射性核素释放并溶解于反应堆冷却剂中。对于这些放射性气体的处理，首先经过冷却和气水分离，然后进入气体净化设备，具体来讲净化设备主要由两部分组成：

其一就是活性炭保护床，活性炭保护床可以去除碘及其他放射性污染物，同时也除去多余的水分，这样是为了防止活性炭衰变床因过高水气或化学污染物而失效，同时活性炭保护床也增加氙和氪的延迟衰变时间。

其二就是活性炭延迟床，这一部分的作用主要是吸附氙、氪等放射性核素，使之滞留足够的时间衰变，保证最终释放到环境中的放射性水平在可接受的限值以内。

2 过滤器设备

核电厂中的放射性气体来源除上述为主要来源外，其中还有较少的一部分放射性物质会随着设备或管道介质的泄露而扩散到空气中，对于这部分含有放射性物质的空气处理，是采用空气净化装置进行过滤，而其主要的组成部分就是过滤器设备，所谓的过滤器设备是指通过内部放置纤维状物质或者是多孔状物质进而起到气体颗粒过滤作用的一种设备，当发电厂气体在排放到大气中之前先经过过滤器的过滤，其中的有害性颗粒就会被纤维状或者是多孔状物质截留，进而起到空气净化的作用，通常来过滤器设备主要是由两部分组成的：

其中一部分是前置过滤器，在前置过滤器部分中主要是采用了塑料或者是玻璃纤维这两种材料，将其设置成层层折叠的过滤样式，这样在有限的设备空间内纤维材料就具备了较大的过滤面。前期过滤部分的性能大小主要是由祛除有害空气中放射性粒子的效率来决定的，同时要提前进行放射性粒子实际过滤效率的检验，核电厂空气净化设备一般通过比较过滤之后纤维材料的颜色（色差法）或者是纤维材料使用前后重量（比重法）又或者是通过其他先进检验设备查看粒子过滤前后的数量等方法进行实际分析检验，只有在确定了纤维材料的过滤效率达到要求后才能投入使用。

而相较于前置过滤器部分来讲，高效颗粒空气过滤器（HEPA）是在前置过滤的基础上进行更深一步的过滤，这也是过滤设备中的第二组成部分，一般高效颗粒空气过滤器中其具备的空气净化阻力要小于或者是等于250Pa，同时还具备了小于0.01%的透过率以及高于200摄氏度的超高耐温性，在进行有害气体的放射性高效过滤的环节中将会对0.1μm到1μm大小之间的放射性粒子进行截留，截留的有效率为99.98%[1]，可以说对于放射性粒子起到了很高的截留作用，而在这个高效过滤环节中其使用的过滤纤维也和前置过滤设备中的纤维材料有所不同，主要是采用了超细合成玻璃纤维材料。在高效过滤部分投入使用前期同样也要对其实际的過滤效率进行检验，通常电厂会通过专业人员采用钠焰以及荧光素钠这两种方式测验其过滤效率。

通常来讲一般要先安装前置过滤器部分，对其进行过滤效率检验，然后再安装高效过滤器部分，对其进行过滤效率检验，在安装顺序上具有前后串联的特点。之所以会将空气净化系统中过滤器设备设置成两部分结构，主要是因为先通过前置过滤部分过滤掉放射性气体中的大颗粒杂质，这样不仅可以大大提高对放射性气溶胶的过滤截留效率，同时也使费用较高的高效过滤部分的使用寿命[2]大大延长。

3 碘吸附设备

在空气净化系统中除了放射性气体处理设备以及过滤器设备之后还包含了碘吸附设备，相较于前两种设备来讲碘吸附设备具有一定的特殊性，因为其主要的功能是用来对放射性有害气体中的放射碘进行吸收，进而发挥实际的空气净化功能，具体来讲在核电厂中释放的有害气体中除了包含较多的放射性颗粒及气溶胶之外还有就是包含着较多的放射碘，而放射碘同样对人体具有严重的危害性，因而在空气净化系统中就要对其进行实际的清除，而清除的方式就是通过空气净化系统中的碘吸附设备，由于其主要过滤介质为活性炭，因此也称为活性炭过滤器。

这种设备通常有两种不同结构，一种是折叠式结构，和过滤器设备结构相类似，主要是应用在空气净化系统的管道中，这种结构形式由于其不易更换而使人员与放射性物质接触的风险增加，而在AP1000电厂中没有使用另一种的抽屉式结构，在实际使用的过程中主要是和过滤器设备连接使用，有害气体在过滤之后进入到抽屉式碘吸附设备中进行再过滤，这种结构设计的碘吸附设备可以通过专业的工具对其内部过滤介质进行全密封的更换，亦可整体抽出更换。由于这种更换方式大大减小了人员与放射性物质接触的风险，在AP1000电厂中通常采用该形式。而无论是折叠式还是抽屉式在进行放射碘的吸附中都是通过合成活性炭这种过滤清除介质来实现的。活性炭的主要功能就是具备了较强的吸附性，但是在现今的核电厂中应用的合成活性炭成分中不仅仅是包含了本身活性炭成分，还包含了碘化钾成分，而之所以在原本活性炭的基础上增加碘化钾的原因在于，一旦在阴雨潮湿的天气中核电站的空气也会变得潮湿，而在这种状况下放射碘就会向甲基碘进行部分转化，而活性炭则不会对甲基碘颗粒进行截留因而添加碘化钾能够充分地将空气中的有害放射性碘[3]吸附。最终将有害放射碘全部吸附在设备中，起到了较好的净化核电厂空气的作用。

4 结束语

综上分析可知核电厂对于我国的经济发展起着重要的作用，但是其中产生的放射性有害气体对人体以及周围环境存在较大的风险，因而在核电厂中必须要通过空气净化系统，对有害气体中的放射颗粒进行最大化的净化过滤，来满足法规对电厂排放物的要求，同时也是保证核电厂现今以及未来能够安全稳定发展的要求。

参考文献

[1]罗伟涛.核电厂空气净化机组出厂及现场试验[J].洁净与空调技术，2014（3）：85-87.

[2]潘捷.核电厂Ⅲ型活性炭碘吸附器及装卸料机的设计研究[J].发电与空调，2014（5）：4-9.

[3]于连涛.核电站核空气净化系统运行经验反馈及分析[A].中国核学会2011年学术年会论文集[C].中国核学会，2011（5）.