探析碘吸附器在核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中的運用

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摘 要：碘元素是核電廠放射物的主要元素，對人體和環(huán)境具有嚴重的破壞作用。核電廠通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計常安置碘吸附器，達到對電廠碘元素的吸附和凈化作用。使用碘吸附器可以保證事故工況下主控室的環(huán)境良好，減少排風(fēng)放射量，確保核電運行安全。文章就碘吸附器的重要作用闡述了碘吸附器在核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中的設(shè)計和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：碘吸附器 核電廠 通風(fēng)系統(tǒng) 凈化系數(shù)

中圖分類號：TM623.8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（c）-0035-02

碘元素是核電廠放射性物質(zhì)中的主要元素，對人體健康具有嚴重危害，部分以有機碘的形式存在。目前，電廠一般應(yīng)用通風(fēng)系統(tǒng)來降低碘放射危害。并且我國電廠多使用活性炭材料的吸附器，在通風(fēng)過程中，活性炭將吸附氣流中懸浮的碘元素，降低其放射性。通風(fēng)系統(tǒng)中要安裝應(yīng)急系統(tǒng)回路，來防止核電廠事故過程中的通風(fēng)不善。核電廠應(yīng)用碘吸附器能夠很好降低碘污染，但活性炭的特性為極易燃燒。因此，設(shè)計和應(yīng)用過程中的防火措施也是必要的。該廠設(shè)有碘吸附器通風(fēng)應(yīng)急子系統(tǒng)，對工作主控室的室內(nèi)含碘量進行控制，應(yīng)急子系統(tǒng)在發(fā)生泄漏等緊急情況下啟動。要求其能夠?qū)⒌庠氐暮拷档偷焦ぷ魅藛T可以停留的水平。要了解碘吸附器的凈化功能，應(yīng)將其凈化系數(shù)設(shè)計過程進行分析。

1 碘吸附器的凈化系數(shù)設(shè)計

隨著我國核工業(yè)的快速發(fā)展，核電設(shè)備的更新也在進行。核電企業(yè)對我國經(jīng)濟具有積極的影響，但與此同時核電工業(yè)操作失誤所帶來的核元素泄露也對工作人員和環(huán)境造成嚴重影響。因此，碘吸附器的設(shè)計和應(yīng)用就成為核電工廠設(shè)備中不可或缺的設(shè)備之一。碘吸附器的吸附效果用凈化系數(shù)來表示，吸附系數(shù)的大小決定了其吸附效果。因此，對碘吸附器的凈化系數(shù)設(shè)計分析如下。

首先，將核電工程中經(jīng)過碘吸附器吸附后的上游氣流碘含量與穿過吸附器的碘含量的比定義為凈化系數(shù)。一般認為，系統(tǒng)的吸附率越大，凈化系數(shù)就越大。我國關(guān)于核電工程施工的碘元素控制中規(guī)定了通風(fēng)系統(tǒng)碘吸附器所采用的活性炭特征，要求吸附器的碘吸附層要吸收至少98%的碘元素和有機碘成分。在核電廠的自我安全施工分析中，可以針對吸附率或者凈化系數(shù)對工廠的某些環(huán)節(jié)做出調(diào)整，基本要求在于設(shè)計要滿足基本的主控室含碘最低值需求，并且要將排放到空氣的碘元素降到最低。在設(shè)計上，核電廠必須具備通風(fēng)系統(tǒng)核碘吸附器才能投入使用，且經(jīng)過吸附器吸附后的主控制碘元素含量要在50 mSv內(nèi)。按照吸附率的概念，其吸附率是吸附器中活性碳床對于放射性碘元素的吸附能力與解吸附能力之間的動態(tài)平衡，也就是碘吸附器能吸收的最大碘元素量的比值。在具體使用過程中，碘元素吸附除了受到設(shè)備性能的影響，還與操作、環(huán)境中的溫度和濕度有關(guān)。高溫對于碘吸附器的吸附率具有一定影響，一般當溫度高于121 ℃時，碘吸附器的吸附能力會降低，這是由于其吸附機理會增強。并且隨著通風(fēng)溫度升高后，現(xiàn)場發(fā)生火災(zāi)的幾率也會大大增加。因此，在核電廠的碘吸附過程中，要注意溫度的控制，因此，要將核電廠通風(fēng)系統(tǒng)運行過程中要將溫度控制在121 ℃。濕度對吸附率也具有一定影響，濕度過大會導(dǎo)致系統(tǒng)的吸附率降低。這是由于空氣濕度升高時，水蒸氣會將碘吸附在通風(fēng)壁上，從而降低了碘的吸附率。

2 核電通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計

通風(fēng)系統(tǒng)安裝于吸附器的上游，通風(fēng)系統(tǒng)的效果受氣流濕度的影響，一般要求相對濕度不得高于40%。但在核電通風(fēng)系統(tǒng)的運行中，此情況是很難完全避免的。一旦出現(xiàn)這一情況，電熱器會自動啟動，通過溫度升高的方式來降低濕度。碘高溫同樣會導(dǎo)致碘的吸附力增強，凈化系數(shù)下降。溫度大于330 ℃時，會引起活性炭材料的燃燒，造成火災(zāi)。因此，采取此種方法后還要注意對碘吸附器溫度的控制。根據(jù)我國對于核電廠防火措施的規(guī)定，核電廠要采取非能動手段和能動手段來控制火災(zāi)的發(fā)生，并且要提供必要的滅火措施。如在上游和下游分管內(nèi)均安裝火災(zāi)探測器，一旦出現(xiàn)火災(zāi)可能就會預(yù)警，以便于工作人員及時制止。我國在RCC-1《壓水堆核電廠防火設(shè)計和建造規(guī)則》中明確規(guī)定了只要活性炭量大于100 kg，就要安裝防火設(shè)施，提供滅火實施。

3 碘吸附器在核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中的運用

目前，我國二代核電廠的通風(fēng)器通風(fēng)系統(tǒng)的碘吸附器主要是由主控制空調(diào)系統(tǒng)、室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)、核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)、核燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)以及廢棄處理系統(tǒng)組成。其中，主控制空調(diào)系統(tǒng)（DVC）為核心，該系統(tǒng)主要用于核電廠的應(yīng)急污染處理，碘吸附器安裝于事故的應(yīng)急子系統(tǒng)中，在其運作時間內(nèi)對進入新風(fēng)中的碘元素進行吸附和過濾，也就是首先保證核放射控制人員的安全，才能確保輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)（DVN）以及其他通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用。一般我國對于核電放射物的規(guī)定為低于50 mSv，可以忽視其對身體健康的危害。DVC和DVK系統(tǒng)通常應(yīng)用于同一個通風(fēng)系統(tǒng)中，二者的任務(wù)不同，前者負責吸附大范圍、大排量的碘元素，而后者的設(shè)計結(jié)構(gòu)決定了其多應(yīng)用于小流量放射碘元素的吸附，是在核電廠出現(xiàn)放射元素泄露后運行回路關(guān)閉，實現(xiàn)對室內(nèi)碘元素的吸附與過濾，使其符合排放標準。其他碘吸附系統(tǒng)也是在這一基礎(chǔ)上發(fā)揮作用，碘元素的放射性強，要經(jīng)過多次過濾才能符合排放標準。另外，由于碘吸附器的材料為活性炭，具有可燃性，在碘吸附器的使用中還必須注意碘的燃燒造成其他危害。一方面，要確保所選活性炭的燃點高于330 ℃，同時嚴格控制核電現(xiàn)場的溫度，以免發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸。碘吸附器一旦接觸可燃物，達到燃點將會迅速燃燒。通風(fēng)系統(tǒng)碘吸附器活性炭的主要成分為碘化鉀，碘化鉀燃燒后釋放的熱量足以引起火災(zāi)，因此，要嚴格控制現(xiàn)場的溫度和通風(fēng)系統(tǒng)對于碘吸附器的吸附能力，以降低火災(zāi)的發(fā)生率。

4 結(jié)語

目前，我國核電廠核電反應(yīng)堆模式主要有AP1000、HTR-PM以及ERP三種，通風(fēng)系統(tǒng)的碘吸附器主要安裝于主控室、應(yīng)急子回路以及排風(fēng)過濾器之后。對于核電廠而言，碘吸附是必然的，通過碘吸附器對操作不正確而導(dǎo)致的核電泄露進行吸附和處理，使其滿足排放需求，將碘元素對于人體的危害降到最低。目前，我國核電廠的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計合理，碘吸附器功能強大，但還需要在施工中強調(diào)施工素質(zhì)、流程，確保碘吸附器正常運行，確保其作用的發(fā)揮。

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