核空气净化系统高效空气粒子过滤器旁通阀选型试验研究

郑仕建，金 林

(中国核电工程有限公司华东分公司,浙江 嘉兴 314000)

0 引言

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[1]。核电厂可能存在放射性物质的区域主要集中在要害区-核岛厂房(核电厂运行过程中核燃料块包壳破损、一回路冷却剂系统中腐蚀产物活化都会形成放射源)、核燃料厂房(燃料事故、放射性物质转移也是放射源头之一)、核辅助厂房、电气厂房等，因此，对放射性物质转移的方向进行控制和对放射性物质进行收集和处理是必要的。为实现这一目的，在核设施中核空气净化系统被广泛应用。

核空气净化系统通常会设置三重串联的过滤系统-初效+中效过滤器，对可能存在放射性污染物的核空气进行第一层过滤，滤除空气中的尘埃粒子，同时保护后续两层过滤装置；高效过滤器具有极高的污染物捕集效率，此效率通常比商业、工业或环境污染控制工程中所用的空气净化系统高出几个数量级。高效空气过滤器(HEPA)作为系统的核心部件，第二道屏障，其有效性是核设施安全运行的一个基本条件；高效过滤器主要作用是滤除核空气中的放射性气溶胶；碘吸附器是最后一道屏障，主要是吸附核空气中的放射性化合态碘物质。同时，可以根据实际情况对上述三重过滤系统进行串联、并联或串并联使用，以期达到设计所要求的除尘、净化标准。

为了达到高效核空气净化系统所要求的良好性能，必须进行严格的测试[2]。这些测试应该围绕系统功能和系统状态开展。系统功能是指核空气净化系统的净化功能，影响核空气净化系统的因素很多，其中起决定性作用的是设备性能和系统的密封性。核空气净化系统所使用的设备应该严格进行出厂前测试，只有通过了出厂测试的设备才可以被应用到核空气净化系统上；系统的密封性是指核空气净化系统不应该存在机械泄漏。当核空气在核空气净化系统内流通时，必须保证核空气逐级流过核空气净化装置。如果核空气净化系统存在机械泄漏，就会使得部分核空气不能被净化，直接通过泄漏位置释放到环境中，进而造成放射性泄漏。

高效空气粒子过滤器效率检测方法一般有三种:钠焰法、油雾法、计数法。根据国标规定钠焰法为普通工业用高效过滤器检测的基准试验方法，计数法为超高效空气过滤器检测的基准试验方法[3]。

1 核空气净化系统高效空气粒子过滤器泄漏分布测试试验平台简介

核空气净化系统高效空气粒子过滤器泄漏分布测试试验平台是基于计数法搭建的高效空气粒子过滤器性能试验平台，该平台可以测试高效空气粒子过滤器的过滤效率及泄漏分布。核空气净化系统高效空气粒子过滤器泄漏分布测试试验平台流程图详见图1所示。

图1 核空气净化系统高效空气粒子过滤器泄漏分布测试试验平台流程图

核空气净化系统高效空气粒子过滤器泄漏分布测试试验平台设备清单详见表1所示。

表1 核空气净化系统高效空气粒子过滤器泄漏分布测试试验平台设备清单

2 测试方案

测试目的：通过实验平台测试为工程现场选取符合要求的旁通阀。

测试步骤：

(1)拆除旁通阀6，安装盲板，通过密封试验确保盲板泄漏率达到A级[4]；

(2)启动风机，调整风量和压力至设计要求值；

(3)启动激光粒子计数器4和激光粒子计数器10，此时稀释器3不投用，测试各种粒径粒子的本地浓度，分别记录为C01/粒·m-3、C02/粒·m-3；

(4)使用气溶胶发生器产生PAO4气溶胶，调整参数，使得气溶胶的计数中值粒径(CMD)为0.3 μm；

(5)通过注入点1注入气溶胶粒子；

(6)启动稀释器3、激光粒子计数器4和激光粒子计数器10，调整气溶胶注入流量，通过激光粒子计数器10来调整，确保下游0.3 μm粒子数量不低于100粒/m3；

(7)分别记录高效空气粒子过滤器上游、下游的0.3 μm粒子数量，C1/粒·m-3、C2/粒·m-3；

(9)拆除盲板，恢复旁通阀，重复步骤(2)～步骤(8)，重新计算带有旁通阀的高效空气粒子过滤器的过滤效率η2，η2的测试值应不低于99.9%；

(10)如果η1或者η2的测试值不满足要求，通过取样点2、5、7、9粒子数量来定位泄漏点的位置，泄漏点处理完成后重新进行试验，直至试验结果满足要求。

3 试验结果

通过上述试验平台，对三种旁通阀分别进行了测试，测试结果详见表2所示。

表2 带有旁通阀的高效空气粒子过滤器过滤效率测试结果(平台试验)

综合考虑设计要求和工程造价，通过平台试验将Ⅰ型阀门淘汰，不选用，将Ⅱ型阀门待定，在工程现场再次测试，根据测试结果决定是否选用，将Ⅲ型阀门优选。

Ⅱ型阀门和Ⅲ型阀门现场过滤效率测试结果详见表3所示。

表3 带有旁通阀的高效空气粒子过滤器过滤效率测试结果(现场试验)

通过现场测试，Ⅱ型阀门无法满足设计要求，淘汰；Ⅲ型阀门满足设计要求，选用。

4 结论

通过核空气净化系统高效空气粒子过滤器过滤效率平台试验和现场试验，选取了符合设计要求的高效粒子空气过滤器旁通阀，通过整个试验过程，可以得出如下结论：

(1)现场试验测试得出的带有旁通阀的高效空气粒子过滤器的过滤效率一般低于平台试验测试值，这是因为现场的情况更复杂，隐形的泄漏点更多；

(2)鉴于高效空气粒子过滤器对过滤效率的要求非常高，如果需要带有旁通功能，其旁通阀宜选择零泄漏阀门。