0 引言

核通風(fēng)系統(tǒng)中常使用高效空氣過(guò)濾器去除放射性氣溶膠粒子，過(guò)濾器安裝后需驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性[1]。在通風(fēng)系統(tǒng)施工、運(yùn)行及過(guò)濾器安裝過(guò)程中可能存在一定的泄漏，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)更多關(guān)注的是過(guò)濾器性能，容易忽視泄漏的影響。本文總結(jié)了核通風(fēng)系統(tǒng)中常見(jiàn)的泄漏形式，推導(dǎo)了泄漏率與系統(tǒng)凈化系數(shù)的關(guān)系，并以此分析泄漏率對(duì)系統(tǒng)凈化系數(shù)的影響[2]。

1 泄漏率

泄漏率η可由下式計(jì)算：

(1)

式中Vx為泄漏的空氣量，m3/h；V為氣流流量，m3/h。

通風(fēng)系統(tǒng)泄漏可分為以下4種形式：

1) 設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的泄漏，如某些消防水管道設(shè)計(jì)不合理，引起過(guò)濾器前后氣流短路。此類(lèi)泄漏在新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中容易出現(xiàn)。

2) 施工引起墻體、排架的泄漏，主要包含某些電纜線、測(cè)壓管等貫穿件密封不嚴(yán)，過(guò)濾器排架與墻體之間有縫隙。

3) 過(guò)濾器安裝不當(dāng)引起的泄漏，包括壓緊裝置調(diào)整不到位無(wú)法將過(guò)濾器壓緊及過(guò)濾器濾材發(fā)生破損2種情況。前者易于發(fā)現(xiàn)，而后者很難發(fā)現(xiàn)。

4) 運(yùn)行時(shí)某些貫穿管道隔離不當(dāng)引起的泄漏，如某些貫穿閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)或沒(méi)有關(guān)閉等。

經(jīng)常遇到的是第2)、3)種形式的泄漏。由于通風(fēng)小室施工及過(guò)濾器安裝不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻男孤﹩?wèn)題較為突出?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高效空氣過(guò)濾器系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)新安裝的過(guò)濾器凈化系數(shù)較低的情況，有的甚至不滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

核通風(fēng)系統(tǒng)的泄漏率隨系統(tǒng)的運(yùn)行狀況而發(fā)生變化，泄漏率的變化有緩慢增大及突然增大2種情況：過(guò)濾器安裝初期，隨著系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)濾器阻力增大，使得壓緊裝置稍有松動(dòng)、某些封堵小面積開(kāi)裂等情況，系統(tǒng)的初始泄漏率緩慢增大；系統(tǒng)局部風(fēng)量不均勻、在超過(guò)額定風(fēng)量較長(zhǎng)時(shí)間下運(yùn)行，或者氣流相對(duì)濕度過(guò)大引起過(guò)濾器濾紙的破損，或某些封堵的大面積脫落，導(dǎo)致系統(tǒng)泄漏率突然增大。

高效空氣過(guò)濾器作為吸附放射性氣溶膠的核設(shè)備之一，如果泄漏率過(guò)大，就不能滿足設(shè)計(jì)要求，過(guò)量的放射性物質(zhì)通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)排至周?chē)h(huán)境大氣中，會(huì)對(duì)廠區(qū)工作人員、周?chē)癖姾铜h(huán)境造成放射性污染和傷害。

2 泄漏率與系統(tǒng)凈化系數(shù)的關(guān)系

2.1 泄漏率與系統(tǒng)凈化系數(shù)的關(guān)系推導(dǎo)

高效空氣過(guò)濾器的凈化系數(shù)CE可根據(jù)下式計(jì)算[3]：

(2)

式中Cu、Cd分別為高效空氣過(guò)濾器上、下游放射性氣體質(zhì)量濃度，mg/m3。

為嚴(yán)格控制放射性氣體泄漏到環(huán)境中，高效空氣過(guò)濾器的凈化系數(shù)應(yīng)不小于1 000，相當(dāng)于凈化效率不小于99.9%。

對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)，假定其流量為V，泄漏率為η，則泄漏量為Vη，流過(guò)高效空氣過(guò)濾器濾材的空氣為V(1-η)。由于下游氣流中放射性氣體濃度由泄漏及過(guò)濾器過(guò)濾不完全兩部分氣體疊加，則有：

(3)

式中C′u、C′d分別為系統(tǒng)上、下游氣體中放射性氣體質(zhì)量濃度，mg/m3。

簡(jiǎn)化式(3)可得：

(4)

根據(jù)凈化系數(shù)的定義，通風(fēng)系統(tǒng)的凈化系數(shù)C′E為

(5)

由此可見(jiàn)，系統(tǒng)的凈化系數(shù)C′E由過(guò)濾器的凈化系數(shù)CE和泄漏率η兩部分決定，不考慮分析設(shè)備精度和環(huán)境本底的影響時(shí)，C′E與上游氣流中的放射性氣體濃度無(wú)關(guān)。泄漏的存在對(duì)系統(tǒng)的凈化性能產(chǎn)生不利影響，使其凈化系數(shù)低于過(guò)濾器的凈化系數(shù)。只有當(dāng)系統(tǒng)泄漏率為0時(shí)，系統(tǒng)的凈化系數(shù)C′E才等于過(guò)濾器的凈化系數(shù)CE。

以C′E/CE作為表征系統(tǒng)凈化系數(shù)偏離過(guò)濾器凈化系數(shù)的程度。該值越小說(shuō)明系統(tǒng)凈化系數(shù)低于高效空氣過(guò)濾器的程度越大，泄漏的影響也越大；該值越接近于1，說(shuō)明泄漏的影響越小。

2.2 泄漏率對(duì)系統(tǒng)凈化系數(shù)的影響

以過(guò)濾器凈化系數(shù)10 000為例，計(jì)算不同泄漏率下系統(tǒng)的凈化系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，即便泄漏率僅為0.01%，對(duì)于風(fēng)量10 000 m3/h的系統(tǒng)，存在1 m3/h的泄漏，系統(tǒng)凈化系數(shù)就降低為過(guò)濾器凈化系數(shù)的一半?？梢钥闯?，系統(tǒng)存在極低的泄漏也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的凈化系數(shù)產(chǎn)生很大影響。當(dāng)泄漏率增大到0.04%時(shí)，系統(tǒng)凈化系數(shù)降低為2 000，僅為過(guò)濾器凈化系數(shù)的20%；當(dāng)泄漏率為0.10%時(shí)，系統(tǒng)凈化系數(shù)低于1 000。

表1 系統(tǒng)凈化系數(shù)與泄漏率的關(guān)系(CE=10 000)

3 福清核電案例原因分析

3.1 SBE(熱洗衣機(jī)房系統(tǒng))過(guò)濾器濾芯破損

2015年9月3日，在對(duì)101大修SBE系統(tǒng)高效空氣過(guò)濾器進(jìn)行性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，剛更換過(guò)濾器后系統(tǒng)的凈化系數(shù)為396，不滿足凈化系數(shù)為1 000的要求。

試驗(yàn)人員分析了SBE系統(tǒng)高效空氣過(guò)濾器凈化系數(shù)不合格的原因，可能包括：過(guò)濾器裝置未壓緊、過(guò)濾器單元破損、風(fēng)量不滿足要求、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確、過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)失效。其中風(fēng)量不滿足要求、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確屬于人工操作不當(dāng)。經(jīng)調(diào)查，風(fēng)量數(shù)據(jù)記錄表滿足額定風(fēng)量要求，上下游采樣分析結(jié)果均有采樣數(shù)據(jù)，并與類(lèi)似試驗(yàn)數(shù)據(jù)相近，上述原因排除；過(guò)濾器運(yùn)行過(guò)久失效屬于過(guò)濾器本身性能原因，因?yàn)檫^(guò)濾器是新更換的設(shè)備，可排除；過(guò)濾器裝置未壓緊、過(guò)濾器單元破損會(huì)導(dǎo)致泄漏率偏大，經(jīng)過(guò)分析，不能排除該原因。

過(guò)濾器裝置未壓緊、過(guò)濾器單元破損可能是主要原因，試驗(yàn)人員組織機(jī)械安裝人員、廠房管理人員對(duì)過(guò)濾器箱體、過(guò)濾器本身、過(guò)濾器壓緊裝置進(jìn)行檢查，最后發(fā)現(xiàn)某個(gè)過(guò)濾器濾芯存在破損。由于安裝人員對(duì)安裝流程、過(guò)濾器的性能不熟悉，導(dǎo)致安裝過(guò)程中過(guò)濾器濾芯出現(xiàn)了破損，從而導(dǎo)致試驗(yàn)不合格。更換破損的過(guò)濾器濾芯并整理壓緊裝置后重新試驗(yàn)，系統(tǒng)的凈化系數(shù)為5 920。該系統(tǒng)共安裝9個(gè)高效空氣過(guò)濾器，破損處面積僅為1個(gè)高效空氣過(guò)濾器面積的1/200。

3.2 DWA(熱機(jī)修車(chē)間和倉(cāng)庫(kù)通風(fēng)系統(tǒng))過(guò)濾器壓緊裝置部分缺失

2017年1月9日，在對(duì)102大修D(zhuǎn)WA系統(tǒng)101/102高效空氣過(guò)濾器進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)的凈化系數(shù)為536，不合格。

在對(duì)安裝過(guò)濾器的小室進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)某個(gè)過(guò)濾器的部分壓緊裝置缺失，導(dǎo)致過(guò)濾器的壓緊面與過(guò)濾器小室排架密封不嚴(yán)，存在泄漏。

對(duì)壓緊裝置進(jìn)行處理后，重新試驗(yàn)，系統(tǒng)的凈化系數(shù)為4 960，滿足要求。

4 降低系統(tǒng)泄漏率的措施

由于通風(fēng)系統(tǒng)泄漏率是多種因素的綜合體現(xiàn)，隨系統(tǒng)的運(yùn)行泄漏率不斷發(fā)生變化，甚至發(fā)生過(guò)濾器濾紙破損或貫穿件封堵的突然失效導(dǎo)致的泄漏率數(shù)值突然增大的極端情況，而現(xiàn)場(chǎng)難以監(jiān)測(cè)查找，需要對(duì)高效空氣過(guò)濾器凈化系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定系統(tǒng)的凈化系數(shù)推測(cè)系統(tǒng)的泄漏情況。目前試驗(yàn)主要有3種，存在的問(wèn)題及解決措施如下。

4.1 調(diào)試試驗(yàn)

1) 存在問(wèn)題。

調(diào)試試驗(yàn)為核通風(fēng)系統(tǒng)施工完成后的首次試驗(yàn)，目的是解決施工、建造中存在的泄漏問(wèn)題。如果此階段初始泄漏率較大，將會(huì)對(duì)后續(xù)的定期試驗(yàn)結(jié)果影響較大。

2) 解決措施。

對(duì)過(guò)濾器的小室、箱體、排架進(jìn)行檢查，不留任何貫穿孔洞；對(duì)電纜、引壓管線等孔洞進(jìn)行封堵。驗(yàn)收試驗(yàn)必須將系統(tǒng)的泄漏率控制在較低水平，如果首次試驗(yàn)核通風(fēng)系統(tǒng)凈化系數(shù)較低，可考慮對(duì)小室及安裝排架進(jìn)行檢漏試驗(yàn)以減少泄漏對(duì)系統(tǒng)凈化系數(shù)的影響。

4.2 定期試驗(yàn)

1) 存在問(wèn)題。

福清核電站對(duì)于高效空氣過(guò)濾器的定期性能試驗(yàn)為一個(gè)換料周期，此階段可能出現(xiàn)過(guò)濾器運(yùn)行過(guò)長(zhǎng)老化失效的問(wèn)題。

2) 解決措施。

建議在高效空氣過(guò)濾器性能試驗(yàn)前，對(duì)通風(fēng)過(guò)濾器小室的過(guò)濾器濾芯、過(guò)濾器緊固件等進(jìn)行檢查。

4.3 更換試驗(yàn)

1) 存在問(wèn)題。

更換試驗(yàn)是在凈化系數(shù)不滿足系統(tǒng)要求或過(guò)濾器阻力超標(biāo)而更換過(guò)濾器之后進(jìn)行的試驗(yàn)?？赡艽嬖谶^(guò)濾器安裝過(guò)程過(guò)濾器安裝不嚴(yán)、過(guò)濾器破損，按照現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行24個(gè)月后可能出現(xiàn)過(guò)濾器排架緊固件松動(dòng)等問(wèn)題。

2) 解決措施。

規(guī)范過(guò)濾器安裝人員的行為，必要時(shí)對(duì)過(guò)濾器排架進(jìn)行檢查。安裝后由專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行檢查，排除過(guò)濾器的安裝問(wèn)題，確保核通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

高效空氣過(guò)濾器為去除通風(fēng)系統(tǒng)中放射性氣溶膠粒子的重要設(shè)備，凈化系數(shù)作為反映高效過(guò)濾器性能的重要參數(shù)，數(shù)值越大說(shuō)明系統(tǒng)去除放射性氣溶膠粒子的能力越強(qiáng)。本文結(jié)合理論分析和福清核電站工程案例，發(fā)現(xiàn)泄漏率對(duì)系統(tǒng)的凈化系數(shù)有很大影響，提出了提高核通風(fēng)系統(tǒng)凈化系數(shù)的措施，可供相關(guān)人員參考。