核电碘过滤器效率试验不合格原因分析

王季能（辽宁红沿河核电有限公司,辽宁　大连　116319）

核电碘过滤器效率试验不合格原因分析

王季能
（辽宁红沿河核电有限公司,辽宁大连116319）

摘要：核电厂通风系统对流通空气进行过滤和净化处理，保证工作区域内人员的安全卫生条件，保证排放到环境中的放射性剂量保持在可接受的范围内。分析过滤器效率降低的原因，能指导核电厂及时有效的处理问题，提高系统的可靠性。

关键词：通风系统；碘过滤器；效率

0　引言

核电厂运行期间的微量辐射活化产物或可能的燃料元件本身的砂眼裂纹等原因，会在控制区内产生带放射性的碘和碘同位素；在极端的事故工况下，如燃料包壳破损，更有气态碘释放到安全屏障中。为实现对流通空气的净化，保证控制区内工作人员的安全卫生条件，保证在任何情况下排放到环境中的放射性剂量保持在可接受的范围内，核电厂的设置和安装了各通风系统和废气处理系统，通过预过滤器（FΡ）、高效过滤器（FA）和碘过滤器（ΡI）的组合过滤来实现净化效果。为了保证通风系统净化功能的实现，过滤器的净化效率满足要求是系统功能可用的重要条件，核电厂通过年度定期试验测量过滤器效率来监督系统的可用性。

1　碘过滤器效率试验原理

碘过滤器的试验的原理简单来说是：在通风系统管道中投入试验指示剂，分别在过滤器上游／下游采集取样，比较取样结果，计算出过滤器净化系数，如下图1所示。

图1　碘过滤器试验原理图

核电厂在执行碘过滤器效率试验时，根据碘过滤器对碘的分子颗粒和气溶胶的吸附特性，使用甲基碘法测量净化系数：将剧毒品硫酸二甲酯注入到装放射性源Nа131I的小瓶中，吹泡形成的气溶胶作为试验注入试剂，试剂的生成在专门的能形成二层负压防护的手套箱进行，并做好规定的防护措施。因涉及到硫酸二甲酯和碘化钠的使用，带来很大的工业风险，但与其他试验方法（如氟利昂）对环境的破坏作用相比，甲基碘法更能接受。

在过滤器上游取样器和下游取样器中的取样夹内分别都装有滤纸膜和两个2cm厚的浸泽炭盒进行过滤和吸收采样，安装时注意有流动方向的要求。考虑到结果的精度，因131I的半衰期不长，测量放射性时，要控制和记录取样夹中的各部分滤纸和碳盒的测量时间。

考试验中为减少示踪剂的放射性对设备的影响，对取样体积的测量上不采用体积流量计，而是使用差压式流速指示计。标定好的喷射泵，压差对应具体的体积流量速，保持压差不变，则流速不变。记下总取样时间，可计算出取样的气体体积。这是对体积的计算包括了时间的统计，典型的试验取样时间控制如下图2。

图2　碘过滤器效率试验试剂注入和取样时间控制

2　新核电站首次碘过滤器效率试验中发现有不合格的问题

某核电厂3号机经历了较长的调试启动阶段，在调试阶段对每个过滤器均执行了验收试验，但在系统移交后核电厂仍要都将执行过滤器效率试验来定后续定期监测的起点。

（1）2015年4月24日技术部门执行乏燃料厂房通风系统碘过滤器（3DVK001ΡI）年度效率试验，在正常运行条件下测得该系统净化系数为100.85，小于验收值300，判定不合格。更换碘吸附器进行再鉴定，净化系数为742，结果合格。

（2）2015年6月3日技术部门执行反应堆厂房通风系统碘过滤器（3ETY001ΡI）年度效率试验，在正常运行条件下测得该系统净化系数为5.9，小于验收值100，判定不合格。更换更换碘吸附器进行再鉴定，净化系数为37.84，结果仍不合格，重新安装滤芯，检查密封面，调整凸轮压紧2mm后，再次执行试验测得净化系数为4963，结果合格。

3　新核电站机组碘过滤器失效原因分析

3.1对3DVK001PI碘过滤器调试期间的试验情况调查

经查阅调试报告：3DVK001ΡI首次安装后进行效率试验时净化系数不合格，经调整碘吸附器框架压紧装置后再次试验净化系数达到524.4，满足大于300的验收标准，但此结果与其他系统横向比较是偏低的（通常情况下，箱体式密封的碘吸附器净化系数可以达到1000以上）。

调查更换下来的碘吸附器的生产信息：该产品出厂时间为2012年，储存时间较长，且密封面为榫接平面型，不利于密封。

3.2与其他新机组碘过滤器首次试验对比

根据碘吸附器的特性，其对油漆等有机蒸汽非常敏感。对于新建厂房，由于新刷油漆等工作会使碘吸附器的净化效率下降普遍较快。根据外基地情况反馈，新建机组碘吸附器的使用寿命明显低于已运行了几个循环的机组，分析原因为是油漆、有机蒸汽、厂房环境等因素促使碘吸附器净化效果快速下降。某核电厂1、2号机组的运行初期数据如下表1。从数据对比来看，该核电厂1、2号机组碘过滤器在运行一年后普遍存在效率降低的情况。

表1　某核电厂1、2号机碘过滤器运行初期试验情况

经查阅调试报告，该碘过滤器调试期间试验合格，但与其他系统横向比较是偏低的。更换的新滤芯为2014年底新进的碘吸附器备件，更换时检查备件本身没有明显缺陷。

首次再鉴定不合格后，技术部门再次核对试验记录，本次实验组员经验丰富，试验过程合规。对取样盒的化验结果多次比对测量，数据重复性好；并进行空盒比对试验，认为分析过程操作正确，分析结论客观。

从安全壳碘过滤器部分的管道布置来看，其系统流程简单，不存在系统在线和旁路方面的问题。

对碘过滤器本体执行详细拆检，使用水平尺、钢尺、塞尺测量各过滤器的尺寸、密封圈形变、各密封面的变形量，在抽出滤芯后压紧钢条的压紧距离与滤芯厚度的匹配性，发现有二处异常：2号滤芯右密封边不平，凹陷最大值1.3mm；4号滤芯右密封边最大凹陷0.6mm，外密封边最大凹陷0.9mm。

3.3对调整3ETY001PI碘过滤器密封情况后的试验情况

为保证滤芯密封线，现场向上调节凸轮压紧装置2mm，补偿滤芯框架密封面上的缺陷和压紧装置本身的变形引起的密封不严问题。再执行再鉴定试验，结果合格，汇总试验数据如下表2。

表2　某核电厂3ETY001PI碘过滤器试验数据

4　总结

核电厂通风系统的碘过滤器效率的降低与其浸润剂KI氧化等呈现的老化现象相关，也有被过滤物的毒化有关。核电厂设置的碘过滤器与预过滤器、高效过滤器组合，通过预过滤器和高效过滤器的物理过滤作用拦截破坏力强的灰尘和μm级的颗粒，来延长碘过滤器的寿命，保证工作区域内人员的安全。正常运行的核电机组，碘过滤器的使用寿命都是数年。

新的核电机组，因在启动阶段厂房环境中残留有安装调试阶段施工和试验中释放的气体和溶胶，如油漆、有机蒸汽、焊接气体等，对碘过滤器带来意外的毒化作用，导致其运行不到一年的周期，就出现效率不合格或效率降低显著需提前跟换的情况。

另一方面，在安装调试阶段碘过滤器备件的储存和维护条件相对严峻，工程阶段的安装工人对过滤器的密封面保护和压紧条的紧固方面有经验和技能的不足，导致滤芯密封面磕碰、压紧条变形等现象，为过滤器密封不严留下隐患。

新核电机组的通风系统碘过滤器在调试阶段的试验验收合格了，但在系统移交后及时执行电厂周期新的监督试验，能有效的提高系统的可靠性。