核电厂通风系统高效过滤器现场检测方法改进

吕 阳 徐洋洋 吕杰帅 康凯强 马途途

(广西防城港核电有限公司, 广西 防城港, 538001)

0 引言

核电厂通风系统中高效过滤器是阻止放射性气溶胶向环境排放的关键设备，需要定期对其性能进行现场检测。目前，国内大多数核电厂采用荧光素钠法[1]对通风系统中安装的高效过滤器进行现场性能检测，该方法是在通风系统的上游注入荧光素钠气溶胶，同时以采样滤膜分别收集过滤器上下游气流中的荧光素钠气溶胶，然后用稀氨水浸泡后通过荧光分光光度计分析浸泡液中荧光素钠的浓度，从而测定上游和下游气体中荧光素钠的浓度，通过计算求得过滤器的净化系数或过滤效率。

由于检测过程中的系统设置可能与实际运行情况不一致，因此会造成系统的不可用，对核电厂的运行有直接影响。检测时长主要受限于下游采样时间影响，而下游采样时长则与采集到的荧光素钠质量直接相关。本文通过分析影响下游采样质量的因素，提出缩短检测时间的改进思路，并进行了实验验证。

1 试验参数

1.1 上下游采样质量

滤膜本底直接影响最终效率计算，本底的大小会直接影响采样时间长短。玻璃纤维滤膜因具有很高的过滤效率和较低的阻力而适用于大流量采样过程，已成为气溶胶采样的标准滤膜。目前，核电厂现场检测常使用的滤膜是HI-Q公司生产的FP5211型，滤膜含有丙烯酸粘合剂，DOP过滤效率为99.99%(执行标准ASTMD-2986，0.3 μm粒径)，阻力(3.4 m/s)为4.5 kPa，效率(25.58～55.16 kPa)为HEPA级别，厚度为0.38 mm，纤维类型是100%硼硅酸盐玻璃微纤维。

1.1.1完整滤膜本底值的测量

(1) 取FP5211-47型完整滤膜3张，编号为A、B、C。

(2) 取洁净烧杯3个，编号A、B、C，分别注入浓度为5%的氨水10 mL，30 min后，测量烧杯内溶液本底，结果列于表1。

(3) 将3个烧杯内的溶液倒出，重新注入浓度为5%的氨水10 mL，放入滤膜，30 min后，测量烧杯内溶液(滤膜)本底，结果列于表1。

1.1.2破碎滤膜本底值的测量

(1) 取FP5211-47型滤膜3张，编号为D、E、F，剪成约0.5 cm×0.5 cm大小以模拟滤膜破损情况。

(2) 取洁净烧杯D、E、F，分别注入浓度为5%的氨水10 mL，30 min后，测量烧杯内溶液本底，结果列于表1。

(3) 将烧杯内溶液倒出，重新注入浓度为5%的氨水10 mL，放入破损滤膜，30 min后，测量烧杯内溶液(滤膜)本底，结果列于表1。

表1 滤膜本底和烧杯本底测量

由表1可见，对于完整滤膜其所测得的荧光值与本底基本一致，但当将滤膜被剪碎后，由于破损滤膜产生大量的细小玻璃纤维悬浮在溶液里，增加了玻璃纤维的反射面积，对溶液荧光值产生干扰，测得的烧杯本底值偏高。这种结果同文献[2]的结果一致。

虽然在现场检测时滤膜不会产生如此程度的破损，但仍应注意避免此种情况的发生。因此，在工程实践中，建议下游样品采集浓度应大于本底一个数量级，而上游则主要需避免因浓度过高产生自吸收效应[3]。结合经验，某核电厂上游采样质量按照10-6g级别进行控制。

1.2 采样装置流量特性分析

选取两台采样装置，在下游进行不同压力下流量测量，每2 min记录一次采集体积，记录1 h。图1为采样装置示意图，图2、图3为两台采样装置在不同压力下的采样时间与体积的关系。

由图2、图3可见，采样装置在不同采样压力下的采集流量线性度非常好，对采样数据进行线性拟合后，其相关系数r2均为1，采样速率稳定。

得到两台采样装置在下游于不同压力下的采样流量如表2所示。

图1 采样装置试验示意图

图2 采样装置1在不同压力下采样速率

图3 采样装置2在不同压力下采样速率

压力 (kPa)装置1 (m3/h)装置2 (m3/h)-209.8510.81-2512.4314.37-3017.5617.65

1.3 荧光素钠发生器发生质量流量

荧光素钠发生器原型源于法国，NFX44-11标准要求发生器的质量流量大于21.6 mg/h。经过国内一些科研院所的不断改进，发生器的质量流量得到了较大的提升。

现场检测使用中国辐射防护研究院生产的YF02型荧光素钠发生器，质量流量44.8 mg/h。

2 现场检测方法改进及验证

通过上节的讨论分析得知，可以通过提高采样流量和增大发生质量速率来缩短检测时间。经过实地考察，对某核电厂化学楼通风系统进行改进，并针对该改进措施进行现场验证。

该化学楼通风系统设计风量为20 520 m3/h。

原检测方法为上游采样15 min，下游采样45 min，是据经验确定的采样时长，存在进一步改进的空间。

方法改进时选用发生质量流量为44.8 mg/h的荧光素钠发生器，对上游进行不同时长的采样，并对下游进行不同时长和压力下的采样。

上、下游目标采集质量以10-6g控制。上游采样时间由式(1)计算得出，上游理论采样时间约5 min，对此结果进行现场实验，结果列于表3；下游采样时间由式(2)计算得出，在质量流量44.8 mg/h、采样压力-25 kPa的前提下，下游理论采样时间需10 min，并经现场实验，结果列于表4。

(1)

(2)

式中，t上为上游取样时间，min；a上为上游取样所需质量，g；Q为采样系统流量，m3/h；G为气溶胶发生器质量流量，mg/h；q上为上游取样流量，m3/h；t下为下游取样时间，min；a下为下游取样所需质量，g；E为过滤器净化效率；q下为下游取样流量，m3/h。

由表3可见，现场采样5 min，能够满足现场检测的要求。

由表4可见，2#和4#滤膜相较，10 min与20 min采样所得结果偏差极小，说明10 min滤膜采样已具有代表性，能够满足现场检测的要求。

4 结语

FP5211-47型滤膜本底值较为理想，正常情况下对检测结果的影响可以忽略，但若采样后发现滤膜破损严重，应考虑本底的影响。荧光素钠采样装置在不同采样压力下采样速率不同，但采样速率稳定，可根据检测需要调整采样压力。

表3 上游采样数据

表4 下游采样数据

每台荧光素钠发生器的发生质量流量不同，在预估实际检测时间时需注意区别。

改进后，将下游采样时间从原方法的45 min缩短到10 min，所得结果与改进前相符合，缩短了系统的不可用时间。该结果对缩短其他通风系统的高效过滤器效率检测时间有一定的借鉴作用。