田灣核電儲罐排氣凈化系統(tǒng)用高效過濾器國產(chǎn)化研發(fā)

王文超　杜彥禮

【摘 要】河南核凈潔凈技術(shù)有限公司自主研發(fā)的田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過濾器濾芯是一種新型的高效過濾器濾芯，通過本項(xiàng)目的開發(fā)研制實(shí)現(xiàn)了該類型過濾器的國產(chǎn)化，并降低該類型過濾器濾芯的采購成本，同時也填補(bǔ)了國內(nèi)該類型產(chǎn)品的空白。

【關(guān)鍵詞】核安全3級；自主研發(fā)；填補(bǔ)國內(nèi)空白

1 主要用途與背景介紹

1.1 主要用途

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過濾器濾芯主要用于田灣核電站一回路儲罐排氣凈化系統(tǒng)，其功能為將含有放射性液體廢物的儲罐所排氣體中的放射性氣溶膠凈化處理至低于限定值。

1.2 背景介紹

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過濾器濾芯原為俄供產(chǎn)品，存在采購價格較高，供貨周期長，缺少配套技術(shù)服務(wù)等問題，產(chǎn)品采購受制于國外廠家。通過本項(xiàng)目的開發(fā)研制降低該類型過濾器濾芯的采購成本，并實(shí)現(xiàn)該類型過濾器的國產(chǎn)化，填補(bǔ)國內(nèi)產(chǎn)品的空白。

2 產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)要求

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 設(shè)備分級

安全等級：核安全3級

質(zhì)保等級：QA2

抗震等級：抗震Ⅱ類

2.1.2 環(huán)境條件

溫度：15～45℃

相對壓力：-50Pa

相對濕度：≤90%

體積放射性活度：≤0.1×106Bq/l

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高效過濾器濾芯主要由上下端蓋、支撐桿、預(yù)過濾濾芯、高效濾芯、排水口、密封墊等組成。上下端蓋通過支撐桿連接，保證整體剛性；采用兩級過濾，預(yù)過濾采用金屬燒結(jié)氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質(zhì)，延長高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結(jié)構(gòu)更加緊湊，相同尺寸可達(dá)到更大的過濾面積，保證過濾器整體通風(fēng)量，延長過濾器壽命。下端蓋上設(shè)置有排水口，可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水。

3 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過濾器濾芯研制的關(guān)鍵技術(shù)有以下三個方面：

3.1.1 高效過濾器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原俄供高效過濾器濾芯尺寸較大，重量較重，安裝更換操作不便。在滿足系統(tǒng)風(fēng)量要求的前提下，優(yōu)化過濾器整體結(jié)構(gòu)，減小過濾器尺寸，減輕過濾器重量，滿足抗震要求，同時改進(jìn)過濾器安裝方式，滿足原設(shè)備接口要求，是本項(xiàng)目過濾器設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1.2 濾芯設(shè)計(jì)

濾芯材質(zhì)及結(jié)構(gòu)直接影響過濾器的效率、阻力、容塵量、使用壽命等關(guān)鍵指標(biāo)，濾材的選型，濾材的成形、密封工藝，是本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.1.3 排水口濾材選型

排水口的功能要求為：既可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水，又能過濾氣溶膠，保證整機(jī)的過濾效率。在之前的過濾器產(chǎn)品中從未涉及到該結(jié)構(gòu)，沒有相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。選擇什么樣的排水口濾材來保證排水口的功能要求，是本項(xiàng)目的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 技術(shù)難點(diǎn)

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過濾器濾芯研制的技術(shù)難點(diǎn)主要有以下兩個方面：

3.2.1 濾芯設(shè)計(jì)

常規(guī)核電通風(fēng)高效過濾器使用壽命不超過1年，本項(xiàng)目中要求過濾器設(shè)計(jì)壽命為在正常工況下，未使用過的濾芯安裝在系統(tǒng)中使用1.5年后，其阻力不超過1.0kPa，過濾效率不低于99.9%（熒光素鈉法）。

為保證過濾器壽命，主要采取了兩方面措施：第一，增加高效濾紙過濾面積，增大容塵量；第二，增設(shè)預(yù)過濾段，濾除大顆粒物質(zhì)，延長高效濾紙壽命。在預(yù)過濾段濾材的選型上，我們采用理論數(shù)據(jù)分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，最終選定20μm不銹鋼燒結(jié)氈作為預(yù)過濾濾材，整體初始阻力達(dá)到了理想的效果。

3.2.2 排水口設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中過濾器使用環(huán)境濕度較大，需設(shè)置排水口，其功能要求為：既可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水，又能過濾氣溶膠，保證整機(jī)的過濾效率。該結(jié)構(gòu)在之前的過濾器設(shè)計(jì)中從未涉及。

為實(shí)現(xiàn)排水口功能，我們篩選了多種濾材。常規(guī)的玻璃纖維高效濾紙常壓下不具有透水性，而效率相對較低的玻纖氈、玻纖紙和玻璃棉透水性較好。通過進(jìn)一步的試驗(yàn)玻纖氈和玻纖紙無論采用什么樣的填充方法，對氣溶膠的過濾效率均不能滿足要求，而玻璃棉對氣溶膠的過濾效率可滿足高效過濾器的要求。最終我們選定玻璃棉為排水口內(nèi)的填充濾材。

4 創(chuàng)新性與先進(jìn)性

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過濾器濾芯國產(chǎn)化研制項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下四點(diǎn)：

1）優(yōu)化了高效過濾器結(jié)構(gòu)

原設(shè)備尺寸較大，重量較重，安裝方式較為繁瑣，需借助安裝框架將過濾器固定密封在罐體中，操作人員勞動強(qiáng)度及安裝更換所需空間較大；優(yōu)化后的過濾器結(jié)構(gòu)減小了過濾器尺寸，減輕了過濾器重量，安裝更換更為便捷，減輕了人員勞動強(qiáng)度，縮短了工作時間。

2）過濾器與法蘭連接設(shè)置不脫出螺栓

過濾器上端蓋與法蘭的連接采用不脫出螺栓，避免了安裝更換過程中螺栓脫落，降低了操作風(fēng)險。

3）過濾器濾芯設(shè)置兩級過濾

過濾器采用兩級過濾，預(yù)過濾采用金屬燒結(jié)氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質(zhì)，延長高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結(jié)構(gòu)更加緊湊，相同尺寸可達(dá)到更大的過濾面積，保證過濾器整體通風(fēng)量，延長過濾器壽命。

4）過濾器底部設(shè)置排水口結(jié)構(gòu)

原俄供高效過濾器排水口設(shè)置在安裝框架的下法蘭上，過濾器本身不帶有排水功能。本項(xiàng)目中將排水口與過濾器設(shè)計(jì)為一體，排水口設(shè)置在過濾器底部，排水口內(nèi)填充玻璃棉作為濾材，既可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水，又能過濾氣溶膠，保證整機(jī)的過濾效率。

4.2 先進(jìn)性

本項(xiàng)目研制的高效過濾器，其先進(jìn)性體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）過濾效率、初阻力性能優(yōu)良

技術(shù)規(guī)格書要求過濾效率同時滿足0.3μm計(jì)數(shù)法≥99.97%及熒光素鈉法≥99.9%，初阻力<0.325Pa。樣機(jī)實(shí)測過濾效率達(dá)0.3μm計(jì)數(shù)法99.995%以上，熒光素鈉法99.995%，初阻力<0.12Pa，明顯優(yōu)于技術(shù)規(guī)格書所要求的性能參數(shù)。

2）優(yōu)化過濾器結(jié)構(gòu)，便于安裝更換

原俄供高效過濾器濾芯尺寸較大，重量較重，安裝更換操作不便。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)過濾器尺寸更小，重量更輕，安裝方式更合理，便于人員操作，減輕了勞動強(qiáng)度。

3）兩級濾芯設(shè)計(jì)，使用壽命更長

本項(xiàng)目過濾器濾芯設(shè)計(jì)為預(yù)過濾濾芯及高效濾芯，預(yù)過濾采用金屬燒結(jié)氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質(zhì)，延長高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結(jié)構(gòu)更加緊湊，相同尺寸可達(dá)到更大的過濾面積，保證過濾器整體通風(fēng)量，延長過濾器壽命。

5 應(yīng)用和效益

田灣核電站KPL3系統(tǒng)現(xiàn)有高效過濾器為俄羅斯進(jìn)口產(chǎn)品，產(chǎn)品采購受制于國外廠家。本項(xiàng)目的順利研發(fā)打破國外廠家的壟斷局面，填補(bǔ)了國內(nèi)自主供貨的空白，在核電快速發(fā)展的道路上邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

初步估算，該濾芯的成功研制，大大降低濾芯采購成本，采購價不超過1.5萬元人民幣/臺，采購周期3個月，降低濾芯庫存數(shù)量，避免長期存放導(dǎo)致的失效問題。田灣1、2、3、4號機(jī)組KPL3系統(tǒng)采用國產(chǎn)化濾芯可節(jié)約采購費(fèi)用約1650萬元。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]