两种体系核空气净化系统性能评价试验方法的融合应用

张计荣，张德山，吴 涛，李永国，王坤俊， 李彦樟，李世军，韩 明，丘丹圭，孔海霞

(1.中国辐射防护研究院，太原 030006； 2.福建宁德核电有限公司，福建 宁德 355200)

核设施在正常运行及事故工况下，都会不可避免地产生气载放射性污染物，主要是放射性气溶胶和气体。为防止气载放射性污染物在核设施厂内形成不可接受的污染扩散，严格控制气载放射性污染物向大气环境排放；事故工况下降低主控制室、应急指挥中心等特定区域内气载放射性污染物的浓度，使之符合人员进入该区域的要求,核设施必须设置通风净化系统。该系统中通常安装高效过滤器、碘吸附器[1]用于去除气载放射性气溶胶和碘气体，而安装的高效过滤器、碘吸附器必须开展竣工验收试验(后文称调试试验)及在役运行中的监督试验(后文称定期试验)，以验证其性能是否满足要求，掌握系统运行过程中其性能的变化，以便采取相应的措施。

目前，我国开展核空气净化系统性能评价的工作主要是参考美国[2-4]、法国[5-6]两种体系的标准，结合国内工程实践经验，形成了国内的核行业标准[7-10]。核行业标准对应于美国、法国两种体系的标准并且相对独立。我国的能源行业标准[11]则将两种体系的标准做了部分融合。但在实际应用中，由于历史原因，调试大纲、监督大纲等倾向于用指定独立体系内的方法开展性能评价试验，如秦山一期、三期及AP1000型核电机组大都指定参照美国体系标准试验方法；而参照大亚湾M310堆型的核电机组一般指定参照法国体系标准试验方法开展核空气净化系统性能评价试验。采用美国标准体系试验方法开展性能评价过程中，曾出现过由于活性炭吸附介质样杯数量不多，无代表性活性炭样可开展实验室除碘性能检测而必须更换碘吸附器的情况；采用法国标准体系试验方法时测试结果不理想，且导致结果不理想的原因并非净化部件本身性能问题而是由于系统存在目视检查不可见的机械泄漏等导致。我院在开展核空气净化系统性能评价时，将两种标准体系核空气净化系统性能评价试验方法进行了融合应用，取得了不错的效果。本文结合应用实践，对两种标准体系试验方法的融合应用进行了探讨，并提出了建议，认为将美国、法国两种标准体系试验方法进行灵活融合应用、互相补充是必要和可行的。

1 两种标准体系试验项目与方法介绍

美国标准体系方法在调试试验中，要进行系统和部件的外观检查、小室和风道的承压试验、小室和风道的检漏试验、安装排架压力检漏试验、风量和气流分布试验、气溶胶混合均匀度试验、旁通风阀的检漏试验、高效粒子空气过滤器(HEPA过滤器)排检漏试验、碘吸附器排检漏试验、吸附剂实验室试验等；而定期试验时，只要系统未有大改造，一般只是执行风量试验、旁通风阀的检漏试验、高效粒子空气过滤器排检漏试验、碘吸附器排检漏试验及吸附剂实验室试验；由此可以看出，美国标准的调试试验期间的其他试验项目，可以认为是开展定期试验项目的前提条件与保证。而法国标准体系方法在调试试验及定期试验阶段，均是只开展高效粒子空气过滤器排、碘吸附器排的性能评价试验，其它项目则认为在设计、制造和安装过程中已经给予了充分的考虑和保证或已包括在该两项试验中。美国标准、法国标准两种体系高效粒子空气过滤器与碘吸附器的试验方法及特征列于表1。

表1 两种标准体系高效空气粒子过滤器与碘吸附器的试验方法及特征Tab.1 Features of two systematic standards for HEPA filters and iodine adsorbers

2 融合应用实例

某核电厂核辅助厂房DVN除碘回路，采用法国标准体系的放射性CH3131I法开展碘吸附器性能试验，而调试试验及定期试验结果表明，系统碘吸附器排净化系数虽然满足验收指标要求，但净化系数较低，而影响系统碘吸附器排架净化系数的因素除碘吸附器本身性能外，还与系统是否存在机械泄漏等相关。为了确保系统安全可靠运行、使气载放射性污染物排放浓度合理尽可能低、保护环境与公众，对DVN除碘回路采用美国标准体系方法开展了安装排架检漏试验。

在开展安装排架检漏前，首先依据EJ/T 791标准[7]进行了详细的外观目视检查，但由于该核电厂DVN除碘回路并非参照美国标准设计与建造的，因此，设备与部件的布置、密闭处理等细节只要与原设计相符，且后续安装排架检漏结果满足要求则是可以接受的。

表2 目视检查缺陷及处理措施Tab.2 Visual inspection of defects and treatment measures

将目视检查出的缺陷处理后，将DVN除碘回路高效空气粒子过滤器排、碘吸附器排临时封堵，应用压力降法对排架的泄漏率进行了测试。试验流程示于图1。

泄漏率按公式(1)计算：

(1)

如果计算的泄漏率超过了规定的验收值，应找出泄漏点，在现场及图纸上注明其位置，再次处理缺陷，重新试验直至满足验收指标要求。安装排架压力检漏试验中发现的主要缺陷及处理措施列于表3。处理缺陷后，该核电厂DVN除碘回路安装排架检漏试验压力随时间变化示于图2，依据泄漏率公式计算得知DVN001PI、DVN002PI排架的泄漏率分别为13.57 m3/h、16.05 m3/h，相比于系统的额定风量28 800 m3/h，满足每小时泄漏量小于额定风量0.1%的验收指标要求。

图1 压力降法泄漏率试验流程图Fig.1 Flowchart of leakage test with a pressure-decay method

表3 压力检漏试验中发现缺陷及处理措施Tab.3 Defect detection with a pressure-decay leakage test and treatment measures

一般情况下，核辅助厂房DVN除碘回路处于备用状态，但在核电站已经商运的情况下，备用回路的不可用时间也是受限的。因此，如能在调试试验期间进行安装排架检漏试验，把所有的缺陷在调试期间加以处理，则是更理想的。

待安装排架检漏试验结果满足要求后，再次采用放射性CH3131I法开展了该核电厂DVN001PI、DVN002PI碘吸附器排净化系数的测定。为了验证如有旁通机械泄漏导致碘吸附器排净化系数下降，开展了旁通验证试验。调试试验、定期试验、旁通验证试验及缺陷消除后试验(简称消缺后试验)的碘吸附器排的净化系数测试结果示于图3。

图2 检漏试验压力随时间变化图Fig.2 Pressure variation with time in leakage tests

图3 碘吸附器排净化系数试验结果Fig.3 Test results for removal coefficients of iodine adsorber banks

由图3调试试验和定期试验的结果可以得出，随着时间的推移，碘吸附器性能有所下降，因此开展碘吸附器定期试验评价是必要的；对于安装相同碘吸附器的旁通验证试验与消缺后试验，在安装排架开展压力检漏试验并消除缺陷后，碘吸附器排的净化系数有了大幅度提升，由该系统排往大气环境中的放射性碘气体的浓度将进一步降低，有利于保护环境、公众。

3 其他方面融合应用分析

3.1 移动式核空气净化小车的现场检验

安装有碘吸附器的移动式核空气净化小车，在出厂验收时，一般采用法国标准体系放射性CH3131I法进行性能评价；而在现场开展定期性能检验时，由于碘吸附器下游气体直接排往环境空气中，如果碘吸附器性能下降或安装不到位形成机械泄漏时，采用放射性CH3131I法进行性能评价的风险高，可采用放射性CH3131I法在实验室对出厂的碘吸附器进行除碘性能评价，确保其除碘性能满足要求，而安装到净化小车上后，再进行泄漏率检测，判断碘吸附器在运输中是否导致活性炭层塌陷或安装不到位而造成不可接受的机械泄漏。当然，为了保证碘吸附器自身的除碘性能满足要求，应尽可能将离厂验收试验合格的碘吸附器在短期内安装到移动式核空气净化小车上进行泄漏率试验。

3.2 旁通回路的压力检漏或示踪剂法检漏

当核空气净化系统中安装的碘吸附器处于备用状态，正常运行时，系统气流在经过高效空气粒子过滤器后，会通过旁路直接排放而不经过后面设置的碘吸附器；在事故工况下，将系统的旁通回路关闭，系统气流再流经碘吸附器净化后排放。而应用实例表明，系统旁路的泄漏对碘吸附器除碘性能的影响很大。因此，对于设置有旁通回路的核空气净化系统，可对旁通回路开展压力检漏或示踪剂法检漏，确保旁通回路关闭后自身的泄漏率在允许的范围内，可有效避免因旁通回路密封性差，导致采用法国标准体系放射性CH3131I法开展性能评价时示踪气体未经充分净化排放的风险。

3.3 无代表性吸附介质样品

采用美国标准体系方法对核空气净化系统中安装的碘吸附器开展性能评价时，必须将碘吸附器排的现场泄漏率试验结果与代表性吸附介质的实验室除碘性能结果相结合。如果碘吸附器的排架上吸附介质的样杯设计不合理，导致流经吸附介质样杯的气流与系统排架的气流不一致，吸附介质无代表性；或者由于吸附介质样杯的数量不足，导致无代表性吸附介质可用于实验室除碘性能试验，单纯的现场泄漏率试验结果满足要求，不足以保证系统上安装的碘吸附器除碘性能满足要求，可引入针对性强、结果表征直观的放射性CH3131I法对碘吸附器排进行除碘性能评价。

3.4 大风量系统高效粒子过滤器性能评价试验

采用美国标准体系方法开展高效粒子空气过滤器性能评价时，对于大风量的系统，应用气动压力喷雾方式产生的气溶胶量较少。基于气溶胶检测仪探测限及测量准确度的要求，需要应用加热蒸发方式产生气溶胶。如果发生装置距离注入口位置较远，蒸发产生的气溶胶在注入过程中会发生冷凝，导致注入量减少从而影响测量；且如果发生冷凝液倒流接触加热的发生器时存在一定的着火风险，必要时可引入荧光素钠气溶胶法开展高效粒子空气过滤器性能评价。

4 建议

法国标准体系试验方法对核空气净化系统排架、旁通回路的密封性等并不现场开展验证，如果系统存在泄漏，会导致采用放射性CH3131I法对碘吸附器性能的误判及放射性CH3131I气体未经充分净化而排放。参照大亚湾M310堆型建造的核电站空气净化系统，多为建筑物小室安装排架，存在贯穿件多、墙体与安装排架密封情况不易判断等问题，建议将美国标准体系方法的部分试验融入到调试试验期间，开展排架检漏试验、旁通回路检漏试验等。当然，已经商运的核电站作为后续补充改进措施也是可行的。

当核空气净化系中设置的吸附介质样杯的数量较少，导致无代表性吸附介质样品可用于实验室除碘性能评价时，定期试验后期可采用放射性CH3131I法开展碘吸附器性能评价；当然，采用该方法对系统中的碘吸附器进行性能评价时，需制定一个合理的验收指标，如果系统中安装的碘吸附器性能满足验收指标要求，则可以延长碘吸附器的使用寿命，并有效减少放射性废物的产生量。

我国已经制定了结合美国、法国两种标准体系试验方法的行业标准，只是在实际工作中的推广应用尚不理想。文中虽然对可能的融合应用进行了分析探讨，但实际应用并不仅限于此。综合考虑核空气净化系统的特征、管理的要求及人员防护的需要等，对两种标准体系的试验方法进行合理可行的融合应用、互为补充，确保核空气净化系统的安全可靠性，保护环境与人员是必要和可行的。