王季能（遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧　大連　116319）

核電碘過濾器效率試驗不合格原因分析

王季能
（遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧大連116319）

摘要：核電廠通風(fēng)系統(tǒng)對流通空氣進(jìn)行過濾和凈化處理，保證工作區(qū)域內(nèi)人員的安全衛(wèi)生條件，保證排放到環(huán)境中的放射性劑量保持在可接受的范圍內(nèi)。分析過濾器效率降低的原因，能指導(dǎo)核電廠及時有效的處理問題，提高系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng)；碘過濾器；效率

0　引言

核電廠運(yùn)行期間的微量輻射活化產(chǎn)物或可能的燃料元件本身的砂眼裂紋等原因，會在控制區(qū)內(nèi)產(chǎn)生帶放射性的碘和碘同位素；在極端的事故工況下，如燃料包殼破損，更有氣態(tài)碘釋放到安全屏障中。為實現(xiàn)對流通空氣的凈化，保證控制區(qū)內(nèi)工作人員的安全衛(wèi)生條件，保證在任何情況下排放到環(huán)境中的放射性劑量保持在可接受的范圍內(nèi)，核電廠的設(shè)置和安裝了各通風(fēng)系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)，通過預(yù)過濾器（FΡ）、高效過濾器（FA）和碘過濾器（ΡI）的組合過濾來實現(xiàn)凈化效果。為了保證通風(fēng)系統(tǒng)凈化功能的實現(xiàn)，過濾器的凈化效率滿足要求是系統(tǒng)功能可用的重要條件，核電廠通過年度定期試驗測量過濾器效率來監(jiān)督系統(tǒng)的可用性。

1　碘過濾器效率試驗原理

碘過濾器的試驗的原理簡單來說是：在通風(fēng)系統(tǒng)管道中投入試驗指示劑，分別在過濾器上游／下游采集取樣，比較取樣結(jié)果，計算出過濾器凈化系數(shù)，如下圖1所示。

圖1　碘過濾器試驗原理圖

核電廠在執(zhí)行碘過濾器效率試驗時，根據(jù)碘過濾器對碘的分子顆粒和氣溶膠的吸附特性，使用甲基碘法測量凈化系數(shù)：將劇毒品硫酸二甲酯注入到裝放射性源Nа131I的小瓶中，吹泡形成的氣溶膠作為試驗注入試劑，試劑的生成在專門的能形成二層負(fù)壓防護(hù)的手套箱進(jìn)行，并做好規(guī)定的防護(hù)措施。因涉及到硫酸二甲酯和碘化鈉的使用，帶來很大的工業(yè)風(fēng)險，但與其他試驗方法（如氟利昂）對環(huán)境的破壞作用相比，甲基碘法更能接受。

在過濾器上游取樣器和下游取樣器中的取樣夾內(nèi)分別都裝有濾紙膜和兩個2cm厚的浸澤炭盒進(jìn)行過濾和吸收采樣，安裝時注意有流動方向的要求。考慮到結(jié)果的精度，因131I的半衰期不長，測量放射性時，要控制和記錄取樣夾中的各部分濾紙和碳盒的測量時間。

考試驗中為減少示蹤劑的放射性對設(shè)備的影響，對取樣體積的測量上不采用體積流量計，而是使用差壓式流速指示計。標(biāo)定好的噴射泵，壓差對應(yīng)具體的體積流量速，保持壓差不變，則流速不變。記下總?cè)訒r間，可計算出取樣的氣體體積。這是對體積的計算包括了時間的統(tǒng)計，典型的試驗取樣時間控制如下圖2。

圖2　碘過濾器效率試驗試劑注入和取樣時間控制

2　新核電站首次碘過濾器效率試驗中發(fā)現(xiàn)有不合格的問題

某核電廠3號機(jī)經(jīng)歷了較長的調(diào)試啟動階段，在調(diào)試階段對每個過濾器均執(zhí)行了驗收試驗，但在系統(tǒng)移交后核電廠仍要都將執(zhí)行過濾器效率試驗來定后續(xù)定期監(jiān)測的起點(diǎn)。

（1）2015年4月24日技術(shù)部門執(zhí)行乏燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)碘過濾器（3DVK001ΡI）年度效率試驗，在正常運(yùn)行條件下測得該系統(tǒng)凈化系數(shù)為100.85，小于驗收值300，判定不合格。更換碘吸附器進(jìn)行再鑒定，凈化系數(shù)為742，結(jié)果合格。

（2）2015年6月3日技術(shù)部門執(zhí)行反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)碘過濾器（3ETY001ΡI）年度效率試驗，在正常運(yùn)行條件下測得該系統(tǒng)凈化系數(shù)為5.9，小于驗收值100，判定不合格。更換更換碘吸附器進(jìn)行再鑒定，凈化系數(shù)為37.84，結(jié)果仍不合格，重新安裝濾芯，檢查密封面，調(diào)整凸輪壓緊2mm后，再次執(zhí)行試驗測得凈化系數(shù)為4963，結(jié)果合格。

3　新核電站機(jī)組碘過濾器失效原因分析

3.1對3DVK001PI碘過濾器調(diào)試期間的試驗情況調(diào)查

經(jīng)查閱調(diào)試報告：3DVK001ΡI首次安裝后進(jìn)行效率試驗時凈化系數(shù)不合格，經(jīng)調(diào)整碘吸附器框架壓緊裝置后再次試驗凈化系數(shù)達(dá)到524.4，滿足大于300的驗收標(biāo)準(zhǔn)，但此結(jié)果與其他系統(tǒng)橫向比較是偏低的（通常情況下，箱體式密封的碘吸附器凈化系數(shù)可以達(dá)到1000以上）。

調(diào)查更換下來的碘吸附器的生產(chǎn)信息：該產(chǎn)品出廠時間為2012年，儲存時間較長，且密封面為榫接平面型，不利于密封。

3.2與其他新機(jī)組碘過濾器首次試驗對比

根據(jù)碘吸附器的特性，其對油漆等有機(jī)蒸汽非常敏感。對于新建廠房，由于新刷油漆等工作會使碘吸附器的凈化效率下降普遍較快。根據(jù)外基地情況反饋，新建機(jī)組碘吸附器的使用壽命明顯低于已運(yùn)行了幾個循環(huán)的機(jī)組，分析原因為是油漆、有機(jī)蒸汽、廠房環(huán)境等因素促使碘吸附器凈化效果快速下降。某核電廠1、2號機(jī)組的運(yùn)行初期數(shù)據(jù)如下表1。從數(shù)據(jù)對比來看，該核電廠1、2號機(jī)組碘過濾器在運(yùn)行一年后普遍存在效率降低的情況。

表1　某核電廠1、2號機(jī)碘過濾器運(yùn)行初期試驗情況

經(jīng)查閱調(diào)試報告，該碘過濾器調(diào)試期間試驗合格，但與其他系統(tǒng)橫向比較是偏低的。更換的新濾芯為2014年底新進(jìn)的碘吸附器備件，更換時檢查備件本身沒有明顯缺陷。

首次再鑒定不合格后，技術(shù)部門再次核對試驗記錄，本次實驗組員經(jīng)驗豐富，試驗過程合規(guī)。對取樣盒的化驗結(jié)果多次比對測量，數(shù)據(jù)重復(fù)性好；并進(jìn)行空盒比對試驗，認(rèn)為分析過程操作正確，分析結(jié)論客觀。

從安全殼碘過濾器部分的管道布置來看，其系統(tǒng)流程簡單，不存在系統(tǒng)在線和旁路方面的問題。

對碘過濾器本體執(zhí)行詳細(xì)拆檢，使用水平尺、鋼尺、塞尺測量各過濾器的尺寸、密封圈形變、各密封面的變形量，在抽出濾芯后壓緊鋼條的壓緊距離與濾芯厚度的匹配性，發(fā)現(xiàn)有二處異常：2號濾芯右密封邊不平，凹陷最大值1.3mm；4號濾芯右密封邊最大凹陷0.6mm，外密封邊最大凹陷0.9mm。

3.3對調(diào)整3ETY001PI碘過濾器密封情況后的試驗情況

為保證濾芯密封線，現(xiàn)場向上調(diào)節(jié)凸輪壓緊裝置2mm，補(bǔ)償濾芯框架密封面上的缺陷和壓緊裝置本身的變形引起的密封不嚴(yán)問題。再執(zhí)行再鑒定試驗，結(jié)果合格，匯總試驗數(shù)據(jù)如下表2。

表2　某核電廠3ETY001PI碘過濾器試驗數(shù)據(jù)

4　總結(jié)

核電廠通風(fēng)系統(tǒng)的碘過濾器效率的降低與其浸潤劑KI氧化等呈現(xiàn)的老化現(xiàn)象相關(guān)，也有被過濾物的毒化有關(guān)。核電廠設(shè)置的碘過濾器與預(yù)過濾器、高效過濾器組合，通過預(yù)過濾器和高效過濾器的物理過濾作用攔截破壞力強(qiáng)的灰塵和μm級的顆粒，來延長碘過濾器的壽命，保證工作區(qū)域內(nèi)人員的安全。正常運(yùn)行的核電機(jī)組，碘過濾器的使用壽命都是數(shù)年。

新的核電機(jī)組，因在啟動階段廠房環(huán)境中殘留有安裝調(diào)試階段施工和試驗中釋放的氣體和溶膠，如油漆、有機(jī)蒸汽、焊接氣體等，對碘過濾器帶來意外的毒化作用，導(dǎo)致其運(yùn)行不到一年的周期，就出現(xiàn)效率不合格或效率降低顯著需提前跟換的情況。

另一方面，在安裝調(diào)試階段碘過濾器備件的儲存和維護(hù)條件相對嚴(yán)峻，工程階段的安裝工人對過濾器的密封面保護(hù)和壓緊條的緊固方面有經(jīng)驗和技能的不足，導(dǎo)致濾芯密封面磕碰、壓緊條變形等現(xiàn)象，為過濾器密封不嚴(yán)留下隱患。

新核電機(jī)組的通風(fēng)系統(tǒng)碘過濾器在調(diào)試階段的試驗驗收合格了，但在系統(tǒng)移交后及時執(zhí)行電廠周期新的監(jiān)督試驗，能有效的提高系統(tǒng)的可靠性。