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可换芯核级高效过滤器应用展望邱继林㊀李彦樟㊀王㊀稹㊀孔海霞㊀乔太飞㊀韩㊀明㊀任宏正㊀俞㊀杰㊀侯建荣㊀吴㊀波(中国辐射防护研究院,太原030006)摘要:目前,国内核电站高效过滤器都是一次性产品,当效率不合格时就会更换新的高效过滤器,而更换下的高效过滤器就会当做放射性固体废物来处理㊂针对核电站减少放射性固体废物量的需要,介绍了可换芯的核级高效过滤器㊂通过对传统高效过滤器的密封结构㊁成型方式㊁材料选择等方面改进,可实现高效过滤器的滤芯更换㊂通过在某核电站一通风系统中的现场验证试验,表明其性能完全满足设计要求㊂同时介绍了一种专用换滤芯的可移动设备,该设备可到核电站现场更换滤芯,能减少更换滤芯时的返厂环节和成本㊂关键词:可换芯高效过滤器;放射性固体废物;可移动设备OUTLOOK ON THE APPLICATION OF CORE-CHANGEABLE NUCLEAR GRADE HEPA FILTERQiu Jilin㊀Li Yanzhang㊀Wang Zhen㊀Kong Haixia㊀Qiao Taifei㊀Han Ming㊀Ren Hongzheng㊀Yu Jie㊀Hou Jianrong㊀Wu Bo(China Institute for Radiation Protection,Taiyuan 030006,China)Abstract :At present in nuclear plants the HEPA filter is of one-kick,and should be changed when the efficiency of which cannot satisfy the demand,and the used filter should be disposed of as radioactive solid waste.This paper described core-changeable nuclear grade HEPA filter,which use could minimize the volume of solid waste.The new type filter could be manufactured by means of the improvement of seal structure,forming way and material selection.Two filters of this type fromdifferent manufactory had been tested in ventilation system of nuclear plant,which performances satisfied the need completely.This paper also described moveable equipment,which could be used to change the filter core in-situ.Keywords :core changeable HEPA filter;radioactive solid waste;moveable equipment㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-07-28第一作者:邱继林(1978-),男,本科,主要从事核空气净化理论与技术研究㊂0㊀引㊀言随着科技的发展,社会的进步,清洁能源越来越受到重视,并提倡大力发展㊂在此背景下我国核电站应运而生并且数量与日俱增㊂核电站的运行不可避免地产生了大量的放射性废气,为了保护工作人员㊁公众和环境的安全设置了通风净化系统,通风净化系统是核电站非常重要的辅助系统㊂包括:管道㊁阀门㊁加热器㊁消防系统㊁净化单元㊁在线监测仪表㊁风机等㊂主要功能是将核电站排放的放射性气体采用过滤㊁吸附等手段控制和处理,使厂区和周围地区中放射性剂量维持相关规定所允许剂量之内㊂同时合理组织气流使得不同厂房内放射性水平尽可能低,并且建立一个适合设备和人员可控的温度环境,通风系统良好的净化效果有益于核电站的安全运行和维护周围环境的大气质量[1]㊂通常放射性废气分为两类:放射性气体和放射性气溶胶,高效过滤器是专门过滤放射性气溶胶的设备㊂核电站通风净化系统大量使用高效过滤器的同时,也增加了放射性固体废物的产生量㊂1㊀核电站高效过滤器放射性固体废物现状1.1㊀产生量核电站高效过滤器固体废物的产生量与通风净化系统高效过滤器的使用量㊁更换周期和高效过滤器自身体积有关㊂以1000MW M310压水堆核电站为例,两个机组加公用部分的通风净化系统高效过滤器使用量统计见表1㊂根据核电站通风系统的运行经验,平均每年更换一次高效过滤器㊂522环㊀境㊀工㊀程2020年第38卷增刊表1㊀宁德核电站1㊁2号机组加公共部分[2]㊀㊀单台高效过滤器的体积为:610mmˑ610mmˑ292mm=0.1087m3每年产生的放射性废物量为:0.1087ˑ346=37.61m3/a每年如此大的高效过滤器放射性废物产生量,会占用大量的存储空间才能保证放射性废物的预处理和暂存㊂1.2㊀处理工艺[3]专用挤压机进行预压缩处理,超级压缩机进行超压处理,水泥灌浆固化处理,最终形成的废物包装体送往废物库暂存㊂放射性固体废物减容技术有2种,压缩和焚烧㊂压缩可获得的减容倍数为2~8倍,焚烧可获得的减容倍数为20~60倍㊂焚烧后,放射性核素70%以上进入灰烬中,灰烬经过固化处理就可最终处置㊂放射性废物焚烧炉要求有安全可靠的装料㊁缷灰装置和高效尾气净化系统,因此设计标准高,建造和运行费用大㊂压缩废物虽然获得的减容倍数不如焚烧炉大,但其操作简单,设备投资和运行成本低[4]㊂因此,核电站一般不建放射性废物焚烧炉的,多数是把放射性废物压缩后,库存一段时间后统一运往处理厂㊂目前,传统高效过滤器放射性废物处理方法是人工手工拆解㊂在拆解过程中,没有专用设备,全部是人工徒手操作,尤其是在铲除滤芯与壳体连接处的密封胶时,非常费力而且难度大,同时也比较危险,容易划伤手臂㊂操作环境中由于滤芯的撕扯和抛撒,导致环境中会漂浮细小的玻璃纤维,严重污染工作环境㊂如果工作人员防护不当吸入后会造成内污染或者留下健康隐患㊂大大增加了工业安全和辐射防护的风险㊂针对高效过滤器废物产量大㊁拆解困难㊁存在多种潜在风险等问题,有必要研发一种可换芯核级高效过滤器㊂可换芯核级高效过滤器应在保证其性能的基础上,具有外壳可以重复利用,废旧滤芯可压缩后再焚烧处理的特点,其减容倍数为4~16倍(旧产品为2~8倍),由此可知,可换芯高效过滤器对核电站放射性废物减容贡献很大㊂2㊀可换芯核级高效过滤器可换芯核级高效过滤器可由框架,滤芯,纤维板,密封圈,机械止口,弹压机构等组成㊂按所需褶幅高度将滤料往返折叠,用滤纸条或纤维线支撑折叠的滤料,制成单片板式密褶滤芯,并将若干单片滤芯装配成 V 型结构[5],装配过程中不使用密封胶,全部采用机械式密封,滤芯中不含任何金属结构㊂滤芯的包覆材料采用新型材料,既能保证过滤器整体的刚性又能保证滤芯的柔性,实现了滤芯的可压缩性㊂在原有框架的基础上增加了机械止口和弹压机构,更换滤芯时将滤芯压入止口即可,再压一次滤芯就自动弹出㊂如图1所示㊂图1㊀可换芯核级高效过滤器可换芯核级高效过滤器的滤芯与过滤器外壳连接方式先进,利用弹压的方式可快速实现滤芯与外壳的折解与更换,不需热熔,不使用密封胶㊂外壳可重复利用,更换后的废旧滤芯可进行压缩焚烧处理㊂有效地减少了核电站固体废物的产生量,同时也大大降低了通风净化系统运行成本㊂622环㊀境㊀工㊀程2020年第38卷增刊3㊀现场试验3.1㊀试验目的1)测试A㊁B两种可换芯核级高效过滤器在某核电站一通风系统上的净化系数㊂2)验证A㊁B两种可换芯核级高效过滤器滤芯和外壳是否满足核电站通风净化系统的使用要求㊂3.2㊀试验过程某核电站一通风系统每次需安装4台可换芯核级高效过滤器,系统额定风量为13600m3/h,4台可换芯核级高效过滤器在该系统安装完成后,系统连续运行48h,之后再做效率试验㊂然后从系统中取下可换芯核级高效过滤器,更换新的滤芯,壳体重复利用㊂之后再将换芯后的高效过滤器安装回系统继续连续运行48h后做效率试验,继续拆解㊁更换直至第5次效率试验完成㊂试验检测的是该系统4台可换芯高效过滤器的整体的净化系数㊂3.3㊀试验方法与原理试验方法采用荧光素钠法[6],试验原理是:将荧光素钠气溶胶注入到高效过滤器的上游通风系统中,用采样器分别在过滤器的上游和下游进行取样㊂取得的样品带回试验室用荧光分光光度计进行分析㊂试验时要求系统运行风量为额定风量的ʃ10%,过滤器的上游气流相对湿度<80%,如果上游相对湿度> 80%,应开启系统加热器㊂试验原理如图2所示㊂图2㊀高效过滤器现场试验原理3.4㊀试验结果共进行了10次可换芯核级高效过滤器净化系统的试验,试验条件满足相关标准的要求,试验过程中未出现任何异常情况,试验数据准确有效㊂试验结果见表2,A㊁B两种可换芯高效过滤器阻力均<325Pa,其净化系数都远远大于系统要求净化系数>1000的指标[7]㊂A㊁B两种可换芯核级高效过滤器的净化系数较高,阻力㊁外壳和滤芯等均能够满足核电站等核设施通风系统的使用要求㊂4㊀可用于高效过滤器滤芯更换的移动设备便于可换芯高效过滤器的应用,可配套一种移动㊀㊀表2㊀现场试验结果[8]可换芯高效过滤器试验次数系统阻力/Pa试验条件净化系数CE运行风量/(m3/h)相对湿度/%实测值要求值A11901260769.47.45ˑ103>1000 22001276575.1 1.05ˑ10432001279878.4 1.29ˑ10442001279677.9 1.31ˑ10452001289171.3 1.30ˑ104B12001285170.1 6.86ˑ103>1000 21901286169.5 6.17ˑ10331901289769.1 1.25ˑ10441901287969.3 1.31ˑ10451901297978.1 1.09ˑ104式高效过滤器滤芯更换设备㊂移动式高效过滤器滤芯更换设备可由卡车㊁集装箱㊁通风负压系统㊁负压罩㊁操作台㊁压缩空气系统㊁传送系统㊁限位挡板和弹压装置等组成㊂能实现负压环境下同时对两台高效过滤器进行换滤芯操作,自动化程度高,提高效率的同时大大降低了人员劳动力㊂如图3所示㊂图3㊀移动式高效过滤器滤芯更换设备需要注意的是,拆解滤芯时要控制好弹压装置气缸的压力,压力小压不到位或者弹不出来,压力大容易损坏滤芯本体㊂弹压时一定要保持弹压装置与高效过滤器接触面平行,让弹压板与滤芯充分接触,并且均匀㊂该设备机动性能好,当核电站的高效过滤器累积到一定数量时,可到核电站现场进行高效过滤器的滤芯更换,而无需把高效过滤器返回厂家更换滤芯㊂有效地避免了因废物的长距离运输带来的相关问题㊂同时也降低了更换滤芯的成本,节约了时间㊂5㊀结㊀论随着核设施的运行,不可避免地产生了大量的放射性固体废物㊂由于放射性固体废物的危害性大,国际上越来越重视㊂减少放射性固体废物的产生量是从源头控制的关键㊂本文所述可换芯核级高效过滤器,对原有高效过滤器进行了改进,密封方式由原来㊀㊀(下转第254页)722环㊀境㊀工㊀程2020年第38卷增刊。
