核电厂通风系统中高效过滤器压差过快超限值问题的初步探讨

陈建利 陈荣添 邱继林 李彦樟 韩明

摘 要

核电厂通风系统中通过测量高效过滤器的压差来监测其阻力变化，来确保系统正常运行，而近年来某些通风系统出现了高效过滤器压差过快达到规定更换值的问题，导致过滤器的更换频率加大，给电厂带来较大的运营成本。本文在分析核通风系统压差测量特点的基础上，初步探讨了高效过滤器过快超压的原因，并给出了解决建议。研究结果有助于分析高效过滤器过快超压问题，可为高效过滤器压差过快超限值问题的解决提供参考。

关键词

通风系统;高效过滤器;过快超压;原因分析;解决建议

中图分类号： TM623                    文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 13

Abstract

In the ventilation system of nuclear power plant， the resistance change is monitored by measuring the pressure difference of high efficiency filter to ensure the normal operation of the system. In recent years， some ventilation systems have the problem that the pressure difference of high efficiency filter quickly exceeds the specified replacement value， resulting in the increase of the replacement frequency of filter， which brings great operation cost to the power plant. Based on the analysis of the characteristics of differential pressure measurement in nuclear ventilation system， this paper discusses the causes of over fast overpressure of high efficiency filter and gives some suggestions. The research results are helpful to analyze the problem of over fast overpressure of high efficiency filter and provide reference for solving the problem of over fast overpressure of high efficiency filter.

Key words

Ventilation system; High efficiency filter; Excessively overpressure; Cause analysis; Solutions

0 引言

核电厂通风系统中高效过滤器（HEPA过滤器）主要用于去除气流中的放射性气溶胶粒子[1]，为了监测高效过滤器的运行状况，确保其阻力位于合理范围，系统中设置有测压装置对过滤器的压差进行监测，以获取它们的阻力数据。

随着系统的运行，高效过滤器会过滤、截留气流中的粒子，使得过滤器的滤纸发生阻塞，导致过滤器压差（阻力）逐渐增加，最终达到或超过系统规定的更换值，从而更换超压的过滤器[2]。根据系统运行状态的不同，过滤器系统的超压更换时间不尽相同，一般情况下更换周期在3年以上[3]，但近年来发现某些核电厂个别通风系统出现了HEPA过滤器过快超压导致其频繁更换的问题，有的系统甚至半年就会因超压更换过滤器[4]。频繁更换过滤器不仅增加了过滤器设备费用，同时更换下来的旧过滤器需作为放射性固体废物暂存、处置，尤其是对风量较大的通风系统，如DVN正常排风系统共计有96台HEPA过滤器，更换一次将产生约10.43m3的放射性固体废物。

过滤器的过快更换将增加核电厂的运营成本，同时也不利于系统的安全运行，因此探讨HEPA过滤器过快超压的原因具有实际作用和意義。

1 核电厂压差测量

1.1 压差测量装置

如图1所示，核电厂通风系统中使用的压差测量装置主要由引压管线、金属连接件、连接软管及压差表等组成，引压管线、连接软管起压力传输的作用，压差表测量并加以显示。引压管线一般选用金属铜管，一端作为取压口放置在需要测压的位置，另一端延伸至压差表附近并与金属连接件相连;金属连接件主要包括三通、紧固件等，常在转弯、穿墙、延长引压管或需分压的地方使用，以方便各部件的连接;连接软管将引压管和压差表进行连接，材质一般为PU，以保证良好的抗氧化和密封效果;压差表测量压差，可就地读取数据，也可远程传输。

1.2 核电厂压差测量特点

核电厂通风系统中高效过滤器前端一般安装有预过滤器，过滤大颗的粒粉尘等物质，然后再经高效过滤器过滤更小的粒子，图2给出了核电厂过滤器及其测压装置的示意图。该系统安装了多台预过滤器和HEPA过滤器，一般情况下两者的数量相等，每台预过滤器与其后侧同一位置的高效过滤器风道相通，测压装置分别对预过滤器、高效过滤器及两者的总压差进行测量。

由该图可以看出该通风系统测压装置有以下特点：

（1）一般情况下测压表并排放置在某一相近区域以方便数据读取，而测压管线的长度较长、连接件较多，出现问题时难以发现;

（2）测压装置是以某台过滤器的压差来表示系统中所有预过滤器或HEPA过滤器的压差，当气流分布不均匀时其代表性可能存在问题;

（3）有时会以系统的总压差及预过滤器压差来判断过滤器的压差情况，不再对HEPA压差进行单独测量，此时测量的HEPA过滤器的压差包含有阀门在内的压差。由图2可知此时测得的总压差包含了阀门2、3等其他部件的阻力，当用其调节风量时，阀门开度将引起总压差的变化，带来较大的测量误差。

2 过快超压问题的原因

通风系统以测压装置测量的压差来表征高效过滤器阻力的大小，当其过快超压将给电厂运营带来较大的成本，有必要对其原因进行分析，以保证过滤器在正常更换周期以内。下面從测压装置、通风系统和取压口选取等方面分别进行分析。

2.1 测压装置方面

测压装置自身存在问题，导致压差测量不准确引起超压。由于组成测压装置的管线较长且穿越水泥墙体、连接组件较多容易存在问题而引发超压情况，这些问题集中表现为引压管堵塞、连接软管漏气、连接错误、压差表损坏等，文献[6]对这些问题进行了归纳。在实际工作中曾遇到过由于连接软管破损导致测压管线内压力变化引起HEPA过滤器超压的情况。

2.2 通风系统方面

（1）运行风量过大：对过滤器数量一定的核通风系统，压差随系统运行风量的增加而变大，在一定范围内两者呈线性关系[7]，如图3所示。当系统在额定风量下运行，所测的压差为高效过滤器的实际压差，风量增加压差也会相应地变大，当风量增加到一定程度时测得的压差将达到系统的更换值，即运行风量过大引起了系统超压。当将风量降低至额定风量时过滤器的压差仍小于更换值，因此一般要求核通风系统在额定风量下运行，且偏差不超过±10%。在实际工作中忽视风量的影响，例如为了系统厂房负压的需要而增大运行风量等，造成过滤器的超压。

（2）预过滤器安装问题：在核通风系统中，往往更加关注于高效过滤器的有效性，每年都会进行专门的定期试验或更换试验，以确保其性能满足设计要求，而对预过滤器没有相关的现场检测要求，假如预过滤器安装存在问题，将无法起到良好的预过滤作用，导致部分气流未经过预过滤器的过滤而直接进入到高效过滤器中，气流中含有的颗粒被截留在HEPA过滤器上，造成高效过滤器的压差增加过快，引起超压。

（3）厂房空气中含有较多粉尘：对投入运营时间不长的机组易存在此类问题，原因可能为：通风管道、过滤器小室内等难清洁的区域存在一定数量的粉尘，系统运行时将这些物质吹扫到高效过滤器上。厂房送风系统对颗粒物的过滤不完全，部分粉尘送入厂房内，又进入到排风系统，引起过滤器超压。

2.3 取压口选取方面

核电厂通风系统中HEPA过滤器的压差以某一台过滤器的压差来代表整体压差，或以包含了阀门等其他部件的总压差来表征的。气流在通风小室或风道内的流动较为复杂，存在着涡流或流体流动不均匀的情况，若测压口放置在风管中的这些位置则其代表性将存在问题。而测量总压差时，将阀门阻力包含在内，当改变阀门的开度来调节风量时会引起压差的变化，尤其当阀门开度较小时，阀门阻力很大，容易造成系统超压。

3 解决建议

影响高效过滤器过快超压的原因往往交织在一起，难以区分，在分析超压原因时首先应排除测压装置自身的问题，确保测量数据的准确性。针对此问题可考虑在投入运行前应将阀门尽量设置在测点外，投入运行后定期对压差测量装置进行检查，确保测压管线无漏气现象、压差表无损坏和不存在其他影响压差测量的问题。

其次应加强通风系统的巡查，重视工作中忽视的问题。主要包括系统风量的测量，注意预过滤器的安装规范以及厂房内某些区域的清洁，从而避免运行风量过大，或其他外界因素造成的过滤器过快超压。

取压口的位置选取由设计文件规定，不能随意改变。系统运行时尽量将测压系统包含的阀门处于全开状态，通过改变不在测压范围内的其他阀门来调节系统风量，避免阀门对阻力测量带来的影响;当无其他阀门可用但又需要进行风量调节是，也可考虑在过滤器规定更换值基础上增加一定的裕量，即提高更换值，该裕量值的大小需进行论证并经相关部门的同意。或者与设计人员沟通能否改变取压口位置，将其放置在更为合理的位置。

4 结语

高效过滤器的过快超压将给电厂运营带来一定的设备成本增加和放射性固体废物产生量增加，当然导致过滤器超压的原因也是多方面的。本文在分析核电厂通风系统测压装置的基础上，对高效过滤器过快超压原因进行了归纳总结，并提出了初步的解决建议，可为分析、解决过滤器过快超压问题提供参考。

参考文献

[1]GB/T 17939-2008核级高效空气过滤器[S].2009.

[2]张海潮，李志勇，司涛涛.核电厂用高效过滤器介绍[J].制冷，2010，29（04）：74-77.

[3]黄东山，于林洋，王军民等. 核电厂空气净化系统设计研究[J].暖通空调，2019，49（02）：33-35.

[4]叶应权. 秦山第二核电厂通风过滤器运行管理[J].辐射防护通讯，2007，27（05）：38-40.

[5]朱家骅，叶世超，夏素兰等.化工原理[M].第二版.北京：科学出版社，2006：30-50.

[6]陈建利，王洪凯，李建发等.核电厂通风系统中压差测量问题分析及解决办法[J].中国辐射卫生.2019，28（4）：433-435.

[7]冯朝阳，张振中，江锋等.核级高效空气过滤器的结构与阻力关系探讨[J].环境科学学报.2008，28（6）：1041-1046.