李國(guó)海　程佳　李斯亮

摘 要：碘元素是核電廠放射物的主要元素，對(duì)人體和環(huán)境具有嚴(yán)重的破壞作用。核電廠通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)常安置碘吸附器，達(dá)到對(duì)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(yùn)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(jì)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(hào)：TM623.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)人體健康具有嚴(yán)重危害，部分以有機(jī)碘的形式存在。目前，電廠一般應(yīng)用通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)降低碘放射危害。并且我國(guó)電廠多使用活性炭材料的吸附器，在通風(fēng)過(guò)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(lái)防止核電廠事故過(guò)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(jì)和應(yīng)用過(guò)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(duì)工作主控室的室內(nèi)含碘量進(jìn)行控制，應(yīng)急子系統(tǒng)在發(fā)生泄漏等緊急情況下啟動(dòng)。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(jì)過(guò)程進(jìn)行分析。

1 碘吸附器的凈化系數(shù)設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)核工業(yè)的快速發(fā)展，核電設(shè)備的更新也在進(jìn)行。核電企業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)具有積極的影響，但與此同時(shí)核電工業(yè)操作失誤所帶來(lái)的核元素泄露也對(duì)工作人員和環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，碘吸附器的設(shè)計(jì)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(lái)表示，吸附系數(shù)的大小決定了其吸附效果。因此，對(duì)碘吸附器的凈化系數(shù)設(shè)計(jì)分析如下。

首先，將核電工程中經(jīng)過(guò)碘吸附器吸附后的上游氣流碘含量與穿過(guò)吸附器的碘含量的比定義為凈化系數(shù)。一般認(rèn)為，系統(tǒng)的吸附率越大，凈化系數(shù)就越大。我國(guó)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(jī)碘成分。在核電廠的自我安全施工分析中，可以針對(duì)吸附率或者凈化系數(shù)對(duì)工廠的某些環(huán)節(jié)做出調(diào)整，基本要求在于設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)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(duì)于放射性碘元素的吸附能力與解吸附能力之間的動(dòng)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(guò)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(duì)于碘吸附器的吸附率具有一定影響，一般當(dāng)溫度高于121 ℃時(shí)，碘吸附器的吸附能力會(huì)降低，這是由于其吸附機(jī)理會(huì)增強(qiáng)。并且隨著通風(fēng)溫度升高后，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)的幾率也會(huì)大大增加。因此，在核電廠的碘吸附過(guò)程中，要注意溫度的控制，因此，要將核電廠通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中要將溫度控制在121 ℃。濕度對(duì)吸附率也具有一定影響，濕度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的吸附率降低。這是由于空氣濕度升高時(shí)，水蒸氣會(huì)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(jì)

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(duì)濕度不得高于40%。但在核電通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)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(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，通過(guò)溫度升高的方式來(lái)降低濕度。碘高溫同樣會(huì)導(dǎo)致碘的吸附力增強(qiáng)，凈化系數(shù)下降。溫度大于330 ℃時(shí)，會(huì)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(duì)碘吸附器溫度的控制。根據(jù)我國(guó)對(duì)于核電廠防火措施的規(guī)定，核電廠要采取非能動(dòng)手段和能動(dòng)手段來(lái)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(cè)器，一旦出現(xiàn)火災(zāi)可能就會(huì)預(yù)警，以便于工作人員及時(shí)制止。我國(guó)在RCC-1《壓水堆核電廠防火設(shè)計(jì)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(shí)施。

3 碘吸附器在核電廠通風(fēng)系統(tǒng)中的運(yùn)用

目前，我國(guó)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(yùn)作時(shí)間內(nèi)對(duì)進(jìn)入新風(fēng)中的碘元素進(jìn)行吸附和過(guò)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(guó)對(duì)于核電放射物的規(guī)定為低于50 mSv，可以忽視其對(duì)身體健康的危害。DVC和DVK系統(tǒng)通常應(yīng)用于同一個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)中，二者的任務(wù)不同，前者負(fù)責(zé)吸附大范圍、大排量的碘元素，而后者的設(shè)計(jì)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(yùn)行回路關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)碘元素的吸附與過(guò)濾，使其符合排放標(biāo)準(zhǔn)。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(qiáng)，要經(jīng)過(guò)多次過(guò)濾才能符合排放標(biāo)準(zhǔn)。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(diǎn)高于330 ℃，同時(shí)嚴(yán)格控制核電現(xiàn)場(chǎng)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(dá)到燃點(diǎn)將會(huì)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(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)的溫度和通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)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(yǔ)

目前，我國(guó)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(guò)濾器之后。對(duì)于核電廠而言，碘吸附是必然的，通過(guò)碘吸附器對(duì)操作不正確而導(dǎo)致的核電泄露進(jìn)行吸附和處理，使其滿足排放需求，將碘元素對(duì)于人體的危害降到最低。目前，我國(guó)核電廠的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，碘吸附器功能強(qiáng)大，但還需要在施工中強(qiáng)調(diào)施工素質(zhì)、流程，確保碘吸附器正常運(yùn)行，確保其作用的發(fā)揮。

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