浅谈碘过滤器与其在秦山二期中的应用

薛一帆 陈 昊

（中核核电运行管理有限公司运行三处，浙江 海盐 314300）

1 碘过滤器的介绍

1.1 概述

核电机组在运行中不可避免地产生放射性废气。通常，放射性废气分为两类：放射性气体和放射性气溶胶。由于它们的来源、存在形式和性质不同，处理方法也不一样。

核裂变产生的放射性气体半衰期较长的主要有：85Kr，133Xe，129I，131I，3H和14C等。就轻水反应堆产生的放射性气体的活度而言，惰性气体为最多，约占99%，但对人类可能产生的危害主要是放射性碘。半衰期较长的放射性碘是129I（T1/2=1.57×107年）和131I（T1/2=8.04 d）。由于129I产额较低，且比活度较小（6.0×106Bq/g），一般均排入大气，而131I的产额较高，比活度也较高（4.5×1015Bq/g），它是放射性废气处理中特别关注的核素。

1.2 活性炭吸附剂

世界各国多采用气——固吸附的办法控制气态放射性碘。因此，首要的问题是寻找合适的吸附剂和浸渍剂。其中，活性炭得到了最广泛的研究和运用，其次是银沸石、浸渍了金属盐的矾土（氧化铝）和分子筛无机吸附剂。

1.3 除碘性能及影响活性炭吸附剂效率的主要因素

核级活性炭的除碘性能主要包括：捕集放射性碘的效率，吸附容量，对于被吸附的放射性碘的滞留能力和抗老化性等。

吸附剂的效率是衡量吸附剂性能的主要指标。而效率的高低不仅取决于吸附剂本身的特性（如物理性能、化学组成、活化程度、浸渍剂的类型和浸渍剂量等），也决定于运行的环境条件（如气流速度、温度、相对湿度、碘的入口浓度和有害污染物的量等）。图1展示了气流相对湿度对效率的影响。

1.4 碘吸附器

1.4.1 性能要求

核空气净化设备——碘吸附器的主要性能包括：除碘效率、穿透容量、对以吸附在活性炭上碘的滞留能力、空气流量及速度、气流阻力、机械强度、抗震级别、抗震性、耐燃烧性和耐辐射性等。可以看出，这些性能，除与活性炭吸附剂的性能有关外，也决定于碘吸附器的设计。

对碘吸附器产品的主要性能要求为：净化系数大于1 000（按照NF-206标准试验）或泄漏率小于0.05%（按ASTMN510标准试验）；在额定风量下，阻力小于360 Pa；抗震级别为IF级；连续运行极限温度80℃；燃烧温度大于330℃；最大耐辐射剂量106 Gy。

1.4.2 结构型式

目前，我国已研制和生产了数种不同形式的碘过滤器。从结构上大体分为折叠式、抽屉式、筒式和深床式4种，图2为这4种碘吸附器的结构示意图。

折叠式碘吸附器外形尺寸为610 mm×610 mm×290 mm，与高效粒子过滤器的外形尺寸一致，额定风量也一致，即1 700 m3/h，折叠式碘吸附器的吸附剂厚度为25.4 mm，整个炭就像一张纸一样，折叠着固定在框架上（秦山二核使用该种碘吸附器）。

抽屉式碘吸附器由3个抽屉吸附器盒组成，3个抽屉吸附器盒平行固定在面板上。抽屉式碘吸附器的迎风面积尺寸与1台高效粒子过滤器的迎风面积尺寸一样。每台抽屉式碘吸附器的额定风量与1台高效粒子过滤器的一致，每个抽屉吸附器盒的额定风量为高效过滤器的1/3，即567 m3/h，吸附剂厚度为50.8 mm（秦山一核使用该种碘吸附器）。

深床式吸附器的特点时是由单个或多个活性炭（吸附剂）床组成，在现场装卸。其尺寸根据所处理的空气或气体流量来确定。活性炭床由穿孔板和结构件焊接组装而成。气流从吸附剂床的迎风面进入，通过填充的吸附剂，再从出风面流出（三门核电使用该种碘吸附器）。

2 深床式碘吸附器的介绍

2.1 吸附器本体

深床式吸附器的特点时是由单个或多个活性炭（吸附剂）床组成，在现场装卸。其尺寸根据所处理的空气或气体流量来确定。活性炭床由穿孔板和结构件焊接组装而成。气流从吸附剂床的迎风面进入，通过填充的吸附剂，再从出风面流出。

2.2 吸附器装填设备

深床式吸附器采用专门的吸附剂装填设备在现场填装吸附剂，并与吸附床上的装料口或装料孔相对接。该设备可将散装颗粒状的吸附剂装入吸附床，填装方式应保证炭床的均匀填充。

2.3 吸附剂排除设备

将失效的吸附剂从深床式吸附器中排除。该辅助设备在操作过程中会产生大量灰尘，吸附剂排除设备抽吸排出空气也应经必要的隔离、过滤，以控制吸附剂处理过程中可能造成的对人体安全与健康的危害。失效的吸附剂应按规定装箱处理。

3 碘回路通风系统的试验

3.1 DVW系统

DVW系统在发生LOCA时，由RPR系统（反应堆保护系统）来的安全注入信号触发其自动切换到碘回路运行：启动风机002ZV（若风量开关003SD探知风机002ZV失效，则备用风机001ZV在10 s后自动启动）；停运003ZV风机和电辐射加热器003RS。该功能由PT1DVW001（碘路排风机的性能试验）来进行验证，事故规程中同样需要对这些自动动作进行确认。

3.2 DVC系统

每个换料周期执行一次PT1DVC004（1DVC001/002/003 AA报警动作及1DVC 400 VA关闭试验）。正常情况下DVC系统以新风加回风的方式连续运行，在厂区污染情况下，新风过滤管路由KRT系统自动启动，而在试验规程中，以上动作可由主控室将1DVC 001 TL旋至启动位置并按下来实现。

试验中DVC001/007VC开启，002/102VC关闭，系统由新风加回风的运行方式转换为全回风的方式，即厂区污染时保证了主控室等相关房间空气的质量，避免主控人员受到放射性气体污染，从而可以保证事故处理的正常进行。

4 碘吸附器的消防相关与离线再生

4.1 碘吸附器的消防相关

压水堆核电站防火设计和建造准则RCC-97版规定，通风系统除碘器内的活性炭装量超过100 kg/台时，应安装喷淋环，以保证一旦因可燃的活性炭过热而燃烧时能及时灭火。扩建机组设计时，已列入改进计划实施。2011年4月，国家核安全局和能源局对运行电厂联合大检查时，对1、2号运行机组通风系统提出，“考虑到活性炭过滤器中发生的火灾可能导致放射性物质释放，建议按照IAEA要求，考虑采取非能动或能动的防护措施来保护活性炭过滤器远离火灾”。因此，建议对1、2号机组碘吸附过滤器增加消防系统。本改进项涉及DVW、EVF、DVN、DVK、ETY、TEG等碳装量超过100 kg的碘吸附过滤器。

变更方案和要求如下：

（1）对于箱体式除碘器（DVK、ETY、TEG），在箱体附近增加火灾探测系统，上下游增加防火阀、箱体上增加喷淋装置。一旦发生火灾，消防人员通过软管与箱体上预留的快速接头相连，水从进水管嘴直接灌入碘吸附器箱内，淹没灭火。该进水管的水从JPI管网引出，通过阀门和管道接入碘吸附器所在房间。

（2）对于排架型碘吸附器（DVN、DVW、EVF）消防方式是对排架直接设喷淋系统。

图3为部分改造完毕的系统简图。

4.2 碘吸附器的离线再生

秦山二期的通风系统碘吸附器在失效后就被换下并存放在QT厂房内，目前已堆积有120台以上，并随着运行时间的增加而不断增加；因碘吸附器为不可压缩的固体废物，一直没有好的方法来减少或处置此类低放废物，给秦山二期低放废物的存放与处置造成很大压力。为此，为解决此问题，技术处与运行处提出碘吸附器能否换炭再用，并组织中国辐射防护院就碘吸附器换炭再用进行了试验（对碘吸附器进行多次重新整修和换炭，并进行整机性能试验），试验的目的是通过对现场更换下来的XZ-1200型折叠式碘吸附器旧壳体加以整修和重新装炭，并检验其净化系数和阻力等主要性能指标，考察并验证旧碘吸附器换炭再用的可行性，同时为制定旧碘吸附器壳体整修工艺程序提供可借鉴的经验。最终每次试验结果均满足核电站规定的技术指标要求。

图3 部分系统改造后的简图

表1为某一批次拆卸下碘吸附器再生试验的数据。

5 结论

（1）二厂含碘吸附器的通风系统风机启动逻辑中，只有DVC001/002ZV、DVK005/006ZV有放射性高自启动命令，其他碘回路风机DVW001/002ZV、DVN007/008ZV、TEG001/002ZV、EVF001/002ZV、ETY001/002ZV则没有放射性高的自启动命令。

（2）深床式碘吸附器由于可以通过改变吸附床的大小来适应不同风量的要求，比起折叠式和抽屉式吸附器，它不需要设置吸附器排架，因此，也就不存在排架间隙的泄漏，而且其自动化程度高，不需要人员现场更换吸附器单元，可在最大程度上避免人员遭受辐照危害吸附器壳体及排架可一直使用，不需要更换，经济性好，已经在三代AP 1000机组中推广使用。

（3）从碘回路通风系统的试验规程也可以看出核电厂通风系统设计的安全理念，即在发生核泄漏事故情况下快速反应，启动备用列碘回路，送排风方式改变，最大程度上保证主控人员的人身安全，减少放射性向外界的排放。

（4）AP1000深床式碘吸附器在线更换时吸附剂时也存在风险，同时，中核核电运行管理有限公司整体更换碘吸附器类型也是不现实的，鉴于换炭再用试验的完全成功，建议将二期换下的失效碘吸附器运至厂家进行换炭再用，以减少此类固体废物的产生和处置并可大大减少固体废物的处置费用及节约部分成本。

表1 “模拟旧碘吸附器（煤基炭）”换炭再用试验结果