浅谈压水堆核电厂通风系统高效过滤器和碘吸附器的效率变化

赵高昕

摘要本文概述了高效过滤器和碘吸附器的过滤机理和效率试验，对应用于压水堆核电现场的过滤器效率变化情况进行详细分析，针对“如何提高过滤器使用寿命”提出一些可行性建议。

关键词：高效过滤器;碘吸附器;效率变化;使用寿命

核电厂反应堆在正常运行期间及事故工况下，均会产生大量的裂变产物，其中会有部分裂变产物通过各种途径形成气载放射性污染物，为了防止人员和环境受到污染，必须对空气中的这些气载物质进行净化，通风系统中的高效过滤器和碘吸附器就是起到这种功能的设备。

为了验证过滤器安装后整个通风系统的可用性，必须进行现场试验，根据试验条件和试验目的，现场试验分为工程调试验收试验、周期性监督试验和更换后再鉴定试验三类，均使用相同方法。

1 高效过滤器过滤机理和性能试验

高效过滤器主要用于去除空气中的气溶胶，过滤机理包括：拦截效应、惯性效应、扩散效应、重力效应、静电效应等。压水堆核电厂高效过滤器效率试验采用法国AFNOR NFX44-011标准荧光素钠法。

2 碘吸附器过滤机理和性能试验

碘吸附器主要用于去除气态放射性碘，过滤机理包括：物理吸附和化学吸附。

物理吸附是基于活性炭是一种多孔结构吸附介质，与气体分子有较大的有效接触面积，当气流通过吸附介质时，放射性碘分子通过分子间范德华力吸附到活性炭孔结构表面上的过程。

化学吸附是电子在吸附质和吸附剂表面之间交换或共有而出现的化学反应。活性炭化学吸附作用是利用含有稳定碘化物（K127I等）、特殊反应试剂浸渍的活性炭通过同位素交换、换位反应的方式去除放射性碘。

压水堆核电厂碘吸附器效率试验采用法国AFNOR M62-206标准甲基碘法。

3 高效过滤器效率变化分析

3.1 理论分析

高效过滤器在对气溶胶的吸附过程中，滤孔不断地被气溶胶堵塞，造成阻力增大，客观上减少了过滤器对气溶胶的吸附能力，从而减少了过滤器的净化效率。但是阻力增大到一定程度后，滤孔虽然堵塞严重，但是通风量下降，所以效率反而增加。再继续运行由于过滤器的滤质是纤维型滤纸，本身比较脆弱，长期运行在大风量及潮湿的环境中，容易造成对滤纸的吹破，形成孔洞，过滤器效率迅速降低。

3.2 现场试验数据

汇总国内某核电厂部分高效过滤器效率试验数据如下。

（1）DVC002FA

效率试验结果如图1，效率基本没有变化。

DVC002FA安装在DVC（主控制室通风系统）碘回路，平时处于备用状态，只有在定期试验期间短时投运，过滤器堵塞情况变化不大，且专设保养加热器使得高效过滤器处于合适的温湿度状态，吸附效率维持在较高水平。

（2）DVQ102FA

效率试验结果如图2，同一过滤器呈现出明显的先上升后下降的状态。

DVQ102FA安装于废物辅助厂房通风系统，平时均处于投运状态，压差逐年上升，净化系数逐年增加，当压差升高到一定程度时，过滤器效率迅速降低。

3.3 应用总结

高效过滤器在现场使用过程中，随着运行时间的增加，过滤器压差逐渐升高，吸附效率呈先上升后下降的特征，当压差升高到一定程度后，吸附效率会突降。因此，应用于各个通风系统的高效过滤器均配备专门的压差表监视其压差，起到预警作用，当压差超过规定限值时就需更换过滤器，否则过滤器功能将无法保证，现场可以通过下述措施来延长使用寿命。

（1）系统风量不要过高，防止吹破过滤器;

（2）定期对预过滤器压差进行巡检，压差过高或过低时提前进行更换;

（3）尽量保证系统气流湿度在允许限值内;

（4）限制过滤器的工作时间，例如：有两列过滤器的系统，定期切列运行;

（5）确保高效过滤器安装良好，减小机械泄漏，保证新换高效过滤器效率较高。

4 碘吸附器效率变化分析

4.1 理论分析

影响碘吸附器效率的因素包括：温度、湿度、活性炭的老化腐蚀、时间效应等，其中湿度效应和活性炭的老化腐蚀影响较大。

（1）湿度效应

气流相对湿度对浸渍活性炭的效率影响很大，效率随气流相对湿度的增大而降低。试验表明，当相对湿度小于40%时，效率基本不变;大于40%时，效率随相对湿度增大而缓慢下降。这主要是因为相对湿度增大时，过多的水分子占有活性炭中的孔结构，减少活性炭吸附面积和吸附容量从而降低了吸附效率。碘吸附器的净化效率随相对湿度的变化在一定条件下是一个可逆的物理过程，湿度超过40%，并不意味着碘吸附器失效，只是影响了碘吸附器的净化效率。

（2）活性炭的老化腐蚀

在通风系统中，活性炭由于其表面的氧化、浸渍剂的解析或吸附环境中有害物质，使其性能逐渐变坏。这种现象叫老化现象，老化造成活性炭效率下降，缩短碘吸附器的寿命。

4.2 现场试验数据

汇总国内某核电厂部分碘吸附器效率试验数据如下。

（1）DVC001/002PI

效率试验结果如图3，效率基本没有变化。

DVC001/002PI安装在DVC碘回路，平时处于备用状态，老化程度很小，且专设保养加热器使得碘吸附器处于合适的温湿度状态，因此其效率长期保持稳定。

（2）DVW001PI

效率试验结果显示效率逐年下降。

DVW001PI安装在DVW（安全壳外贯穿件房间通风系统）碘回路，平时处于备用状态，老化程度很小，但是由于过滤器所在房间密封性差等原因，DVW001PI经常处于湿度高状态，造成其效率呈现缓慢下降趋势。

（3）TEG001PI

效率试验结果显示效率快速下降。

TEG001PI安装在TEG（废气处理系统）系统，长期处于投运状态，老化程度明显，效率呈现快速下降趋势。

4.3 应用总结

碘吸附器在现场使用过程中，其效率受到湿度、老化等因素的影响较大，需要为其提供合适的运行条件来延长其使用寿命，具体措施包括：

（1）保证碘吸附器所在箱体或者房间的良好密封，保证碘回路加热器正常工作，进而保证碘吸附器处于低湿度状态;

（2）限制碘吸附器的工作时间，例如：有两列碘吸附器的系统，定期切列运行;

（3）对气流进行净化，尽量避免使用大量溶剂、油漆等，减小对活性炭的老化和腐蝕;

（4）确保碘吸附器安装良好，保证新换碘吸附器效率较高。

5 结论

随着运行时间的增加，高效过滤器的吸附效率呈现出先上升后下降的趋势，碘吸附器的吸附效率呈现出逐渐下降的趋势。在核电厂的应用实践中，可以通过一系列措施来延长过滤器的使用寿命，减小固废产量，提高核电厂的经济效益。