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探析碘吸附器在核电厂通风系统中的运用

2017-03-25李国海程佳李斯亮

科技资讯 2017年3期
关键词:通风系统核电厂

李国海 程佳 李斯亮

摘 要:碘元素是核電厂放射物的主要元素,对人体和环境具有严重的破坏作用。核电厂通风系统设计常安置碘吸附器,达到对电厂碘元素的吸附和净化作用。使用碘吸附器可以保证事故工况下主控室的环境良好,减少排风放射量,确保核电运行安全。文章就碘吸附器的重要作用阐述了碘吸附器在核电厂通风系统中的设计和应用。

关键词:碘吸附器 核电厂 通风系统 净化系数

中图分类号:TM623.8 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)01(c)-0035-02

碘元素是核电厂放射性物质中的主要元素,对人体健康具有严重危害,部分以有机碘的形式存在。目前,电厂一般应用通风系统来降低碘放射危害。并且我国电厂多使用活性炭材料的吸附器,在通风过程中,活性炭将吸附气流中悬浮的碘元素,降低其放射性。通风系统中要安装应急系统回路,来防止核电厂事故过程中的通风不善。核电厂应用碘吸附器能够很好降低碘污染,但活性炭的特性为极易燃烧。因此,设计和应用过程中的防火措施也是必要的。该厂设有碘吸附器通风应急子系统,对工作主控室的室内含碘量进行控制,应急子系统在发生泄漏等紧急情况下启动。要求其能够将碘元素的含量降低到工作人员可以停留的水平。要了解碘吸附器的净化功能,应将其净化系数设计过程进行分析。

1 碘吸附器的净化系数设计

随着我国核工业的快速发展,核电设备的更新也在进行。核电企业对我国经济具有积极的影响,但与此同时核电工业操作失误所带来的核元素泄露也对工作人员和环境造成严重影响。因此,碘吸附器的设计和应用就成为核电工厂设备中不可或缺的设备之一。碘吸附器的吸附效果用净化系数来表示,吸附系数的大小决定了其吸附效果。因此,对碘吸附器的净化系数设计分析如下。

首先,将核电工程中经过碘吸附器吸附后的上游气流碘含量与穿过吸附器的碘含量的比定义为净化系数。一般认为,系统的吸附率越大,净化系数就越大。我国关于核电工程施工的碘元素控制中规定了通风系统碘吸附器所采用的活性炭特征,要求吸附器的碘吸附层要吸收至少98%的碘元素和有机碘成分。在核电厂的自我安全施工分析中,可以针对吸附率或者净化系数对工厂的某些环节做出调整,基本要求在于设计要满足基本的主控室含碘最低值需求,并且要将排放到空气的碘元素降到最低。在设计上,核电厂必须具备通风系统核碘吸附器才能投入使用,且经过吸附器吸附后的主控制碘元素含量要在50 mSv内。按照吸附率的概念,其吸附率是吸附器中活性碳床对于放射性碘元素的吸附能力与解吸附能力之间的动态平衡,也就是碘吸附器能吸收的最大碘元素量的比值。在具体使用过程中,碘元素吸附除了受到设备性能的影响,还与操作、环境中的温度和湿度有关。高温对于碘吸附器的吸附率具有一定影响,一般当温度高于121 ℃时,碘吸附器的吸附能力会降低,这是由于其吸附机理会增强。并且随着通风温度升高后,现场发生火灾的几率也会大大增加。因此,在核电厂的碘吸附过程中,要注意温度的控制,因此,要将核电厂通风系统运行过程中要将温度控制在121 ℃。湿度对吸附率也具有一定影响,湿度过大会导致系统的吸附率降低。这是由于空气湿度升高时,水蒸气会将碘吸附在通风壁上,从而降低了碘的吸附率。

2 核电通风系统的设计

通风系统安装于吸附器的上游,通风系统的效果受气流湿度的影响,一般要求相对湿度不得高于40%。但在核电通风系统的运行中,此情况是很难完全避免的。一旦出现这一情况,电热器会自动启动,通过温度升高的方式来降低湿度。碘高温同样会导致碘的吸附力增强,净化系数下降。温度大于330 ℃时,会引起活性炭材料的燃烧,造成火灾。因此,采取此种方法后还要注意对碘吸附器温度的控制。根据我国对于核电厂防火措施的规定,核电厂要采取非能动手段和能动手段来控制火灾的发生,并且要提供必要的灭火措施。如在上游和下游分管内均安装火灾探测器,一旦出现火灾可能就会预警,以便于工作人员及时制止。我国在RCC-1《压水堆核电厂防火设计和建造规则》中明确规定了只要活性炭量大于100 kg,就要安装防火设施,提供灭火实施。

3 碘吸附器在核电厂通风系统中的运用

目前,我国二代核电厂的通风器通风系统的碘吸附器主要是由主控制空调系统、室内通风系统、核辅助厂房通风系统、核燃料厂房通风系统以及废弃处理系统组成。其中,主控制空调系统(DVC)为核心,该系统主要用于核电厂的应急污染处理,碘吸附器安装于事故的应急子系统中,在其运作时间内对进入新风中的碘元素进行吸附和过滤,也就是首先保证核放射控制人员的安全,才能确保辅助厂房通风系统(DVN)以及其他通风系统的应用。一般我国对于核电放射物的规定为低于50 mSv,可以忽视其对身体健康的危害。DVC和DVK系统通常应用于同一个通风系统中,二者的任务不同,前者负责吸附大范围、大排量的碘元素,而后者的设计结构决定了其多应用于小流量放射碘元素的吸附,是在核电厂出现放射元素泄露后运行回路关闭,实现对室内碘元素的吸附与过滤,使其符合排放标准。其他碘吸附系统也是在这一基础上发挥作用,碘元素的放射性强,要经过多次过滤才能符合排放标准。另外,由于碘吸附器的材料为活性炭,具有可燃性,在碘吸附器的使用中还必须注意碘的燃烧造成其他危害。一方面,要确保所选活性炭的燃点高于330 ℃,同时严格控制核电现场的温度,以免发生火灾甚至爆炸。碘吸附器一旦接触可燃物,达到燃点将会迅速燃烧。通风系统碘吸附器活性炭的主要成分为碘化钾,碘化钾燃烧后释放的热量足以引起火灾,因此,要严格控制现场的温度和通风系统对于碘吸附器的吸附能力,以降低火灾的发生率。

4 结语

目前,我国核电厂核电反应堆模式主要有AP1000、HTR-PM以及ERP三种,通风系统的碘吸附器主要安装于主控室、应急子回路以及排风过滤器之后。对于核电厂而言,碘吸附是必然的,通过碘吸附器对操作不正确而导致的核电泄露进行吸附和处理,使其满足排放需求,将碘元素对于人体的危害降到最低。目前,我国核电厂的通风系统设计合理,碘吸附器功能强大,但还需要在施工中强调施工素质、流程,确保碘吸附器正常运行,确保其作用的发挥。

参考文献

[1] 季进南.核电厂碘吸附效率试验样品分析装置设计[J].核动力工程,2015(3):103-105.

[2] 肖钧,朱立新.碘吸附器在核电厂通风系统中的应用[J].核安全,2011(2):53-55.

[3] 韩拓.Ⅲ型碘吸附器在三门核电的应用[J].长春师范大学学报,2014(6):36-38.

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