设备管理与维修2021翼5
（
陈晓飞，管正刚，冯利法
（国核电站运行服务技术有限公司，上海201100）
摘要：利用氟利昂法对某型碘吸附器进行了一次完整的效率试验，分析实验中涉及的吸附原理和检测原理，论证该试验的可行性， 并对试验中出现的一些现象进行分析。根据现场实际情况与其他方法进行对比，讨论氟利昂法的优缺点。 关键词：
碘吸附器；氟利昂法；吸附原理中图分类号：TL941+.2；TM623.8
文献标识码：B
DOI ：10.16621/jki.issn1001-0599.2021.05.07
0引言
在核电厂正常运行过程中，会产生放射性气体、放射性气溶
胶以及放射性碘[1]。为了防止这些放射性物质污染环境及危害核
电厂工作人员，核电厂通风系统需要对核电厂空气进行净化处理。经研究表明，这些放射性物质中危害最大的主要是含有气载
放射性碘，尽管其浓度极低，但是人体甲状腺对放射性碘的吸附
能力很强[2]。其中主要是以（CH 131I ）为主的有机碘化合物。
所以在核空气净化通风系统中，碘吸附器是关键设备[3]。在核电结合当前准备情况进行合理申报，确保有效统筹。设备主管部门通过制定年度、季度乃至月度检修计划，根据实际进行周计划工作的分配。各属地根据材料、施工队伍方案及装置生产情况，合理统筹安排检修，每周进行作业统计，每月 进行总结分析。还要实行窗口滚动检修，提前做好相关隐患消缺计划，落实人、机、法、料、环。在装置紧急停工状态下，保障隐患及时整治，确保装置安全平稳运行。
对于预约检维修，要充分考虑外界因素干扰，包括应对天气环境。若因人为因素导致的爽约，进行必要考核，通过机制限制资源的浪费。由于检维修维护作业涉及到现场能量隔离及上锁挂签、工艺介质是否处理干净，进行动火作业时，周边环境风险的识别至关重要。例如，消防器材的配备、可燃气体化验分析和周边地漏封堵等。现场监护人员的属地责任意识要充分。5工厂化预制检维修作业的优势体现
（1）改善作业环境，缩短现场作业时间，降低作业风险。前
期，电焊堵漏等项作业多数都在现场完成，作业人员处在含有多
种有毒有害介质的在运装置内，有时还要在狭窄有限空间内或脚手架上进行危险作业，对作业人员人身安全十分不利。现在只要是可拆卸的短节都拿到预制场进行堵漏，然后再运输到现场回装。对于作业人员来说，作业环境确实得到了有效改善。现场只是拆卸短节，省去堵漏时间，现场作业时间大大缩短。同时，与现场堵漏相比，在预制场堵漏减少了高处作业、有限空间作业等高危作业，作业风险大大降低，作业安全系数大大增加。（2）保护检修设备，便于集中管理，提高劳动效率。在预制场地检修设备，可以避免电焊机、无齿锯、气瓶等检修用设备、工机具的往返运输，减少临时用电次数和
设备损耗，节约施工成本。对于技改项目，大面积预制最适合在预制场进行，因为这样便于安装专业集中管理，取用施工原材料、设备机具非常方便，大大提高劳动效率。
（3）减少自然环境和其他因素影响，提高检修质量。如果在
现场检修，大风、大雨及炎热天气都会阻止施工顺利进行。预制场地一般比较开阔，上有顶棚，四周有围挡，既可以防雨，又可以防风，还可以防阳光暴晒。在这里预制检修基本不受气候影响，能够很好地采取措施防风、防雨，焊接质量可以得到有效保证，检修质量大大提高。如果机泵出现问题，各专业同时在现场，极有可能出现交叉作业，不利于人身安全，也影响设备修理进度和质量。
（4）为生产操作提供安全空间。在预制场地检修设备，可以有效避免或减少现场脚手架和现场作业区域的人员、设备对生产的影响，给双方巡检和工艺操作提供相对安全的空间。由于预制深度加大，现场安装主要以法兰组对为主，时效性强，避免长时间作业对装置安全生产的影响。
6结束语
通过预知性检维修，出设备缺陷和异常状态，发现隐患，
及时采取对策，将故障消灭在萌芽状态，避免事后工作量突增，保持设备性能的高度稳定，延长设备使用寿命，降低维修费用。通过深度预制，基于可靠的装备及技术准备，避免作业环境的受限，特别
是对于动火焊接，由于深度预制后只是现场法兰组对，作业风险大大下降。通过预约施工，确保人员、机具的合理统筹，提高作业效率，提升检修质量，人员监督到位，确保生产作业受控，作业效率得到极大提高。
总地来讲，降低现场动火作业频次，对于炼化企业是降低风险源的重要举措。“预知、预制、预约”作业管控方式是实现这一目的的有效方法。“预知”是前提，“预制”是具体手段，“预约”是推手，三者相辅相成。当然，检维修作业管控的关键在于设备基础管理的扎实、作业方案制定的严格审批及作业人员的高技能水平。有效的管理手段在于前置管理，基于科学的监测手段，预前处理，规避作业风险，这也是“三预”作业管理的核心。
〔编辑凌
瑞〕
设备管理与维修2021翼5
（
上）序号物质名称亲和力系数茁
1苯
1.002环己烷 1.043溴甲烷0.574氯甲烷0.565四氯化碳 1.056二氯甲烷0.657氯乙烷0.768四氟乙烯0.599
六氟乙烯0.7610乙醇0.61
厂通风系统，最常用的方法是使用由活性炭作吸附剂的碘吸附器去除放射性碘。
目前国内关于碘吸附器现场效率试验主要有，放射性方法和氟利昂泄漏检验方法两种[4]
，这两种方法分别对应法国和美国的核电技术。中国辐射防护研究院（简称“中辐院”）2019年又开发出一种新的碘吸附器试验方法———环己烷法[5]。它是对氟利昂法的一种改革和创新，虽然这种方法已经经过一定论证并在一些电站投入使用，但还未普及开来，缺少广泛的试验数据，因此本文所用方法未与其进行对比。
1碘吸附器的工作原理
碘吸附器的吸附作用包括物理吸附和化学吸附，在二者共
同作用下将气态放射性碘捕集到碘吸附器内。碘吸附器共有玉型、域型以及芋型三种[6]，其吸附介质为活性炭，常用的有煤基炭和椰壳炭。本文中使用的碘吸附器为芋型碘吸附器，介质为浸渍椰壳碳。
1.1物理吸附[7]
放射性碘通常因分子间范德华力与固体表面相结合，但其
化学性质并未发生改变。碘吸附器中的物理吸附原理是基于活性炭疏松多孔，具有极大表面积的特性，在气载放射性碘通过时能更好地与其接触进行吸附。在这里引入吸附势理论，Polanyi 吸附势理论由Polanyi 和Berenyi 提出，其首先对非均匀表面上
的吸附作了定量的论述，但并没有给出具体的方程式，此后Du原
binin 学派对该理论进行了深入的探索，
提出了吸附等温方程。当吸附剂与吸附质之间的吸附作用力较大时，吸附剂表面会吸附多层吸附质分子，而随着厚度增加，吸附质分子层上的压
力及分子间范德华力削弱，吸附质分子与吸附表面相互排斥，这将导致吸附质分子层有内而外密度逐渐减小，最内部一层的吸附层密度最大。在这个吸附空间内部，当吸附分子间的范德华力与自由状态下分子间范德华力相等时，自由状态下的气体方程适用于此种状态。
从吸附层到吸附剂表面的各个不同位置，都有其对应的吸附位势着，且其可以表示为该位置与吸附剂表面距离孜的函数，即着=f （孜）。
吸附层到吸附剂表面具有相同位势的点组成的面称为等势面，等势面的位势着i 值与离吸附剂表面的距离孜成反比，且当距离增加到孜max 时，位势着i 等于零，时吸附分子之间互不影响。位势
面与吸附剂表面所包围成的体积称为吸附空间容积W 。在相等的吸附空间容积下，对于两种不同的物质，其吸附位势着的比值为常量，这就是亲和力系数，通常用茁表示。因此，对于两种不同的物质，其吸附势能着a =f （W ）和着b =茁f （W ）的关系为：着b /着a =茁。
各种气体的亲和力系数茁值大小不同，此系数一般以苯为基础，即取苯的茁=1.00，一些常见物质的亲和力系数值见表1。
1.2
化学吸附[7]
在碘吸附器中，化学吸附的主要作用是吸附放射性碘化合
物，是对物理吸附的补充。其原理是依靠吸附质和吸附剂表面之间进行电子交换或者共享电子而导致化学反应，具体就是通过同位素交换原理将气载放射性碘化物中的131I 与浸渍剂中的稳定碘和其化合物（K 127I ）交换来去除放射性碘。为了得到更好的化学吸附效果，常用对活性炭进行浸渍处理，以增强其对放射性
碘化合物的吸附能力。浸渍剂一般是质量分数为1%的碘化钾（KI ）和三乙烯二胺（TEDA ）。
2实验室活性炭试验
本文采用三型碘吸附器，在此类碘吸附器中，配有若干与碳
床等厚的样杯并联在碘吸附器之中，因此在现场试验之前，要先验证样杯中活性炭性质是否合格。具体方法参照标准ASTM D
3803—1991
（Reapproved 2014）[8]
，本文不作赘述。2.1实验条件
实验室进行碘吸附器样杯，实验条件参照表2。
表2活性炭样杯实验条件
2.2实验结果
最终实验结果该碳床吸收效率为98.776%依0.004，大于接受标准95%，穿透率为1.224%依0.004，小于接受标准5%。故判
定该活性炭样品合格，可进行后继氟利昂现场实验。
3现场试验
在取得样杯实验合格的结果之后，将进行碘吸附器的现场
表1一些常见物质的亲和力系数
序号参数标准数据实际数据1预平衡时间/min 960
泄漏率
9602平衡时间/min 1201203注入时间/min 60604排放时间/min 6060
5吸附质
CH 3I CH 3I 6吸附质浓度/（mg/m 3） 1.75 1.757碳床厚度/mm 50508碳床直径/mm 50509
碳床数量/个1
1
10预平衡温度/益3029.97依0.0211平衡温度/益3029.97依0.0112注入温度/益3030.01依0.0413排放温度/益30
29.98依0.0114速度/（m/min ）12.212.29依0.03
15相对湿度/%95
94.72依0.03
16压力/kPa 101.3
99.20依0.09
设备管理与维修2021翼5
（
上）序号设备名称型号生产商
1F-11发生器
F-1000-HG 美国NUCON 公司2卤素检测仪F-1000-HD 美国NUCON 公司3温湿度计Testo625德国TESTO 公司4
风速仪
TIS9545
美国TSI
公司
图1试验流程
图2试验过程中上下游氟利昂浓度
试验。氟利昂法使用的试验设备如表3所示。
表3现场试验设备明细
3.1设备原理
卤素效应是指金属铂在一定温度下发生正离子发射，当遇
到卤素气体时，正离子发射会急剧增加，相应的发射特性就是卤素效应。卤素检漏仪是利用卤素效应制成的检漏工具。卤素检漏仪通常用二极管为传感器，加热丝、阴极（外筒）和阳极（内筒）均用铂材制成。阳极被加热丝加热后发射正离子，被阴极接收的离子流由检流计或放大器指示出来，且有声光指示。
3.2现场试验
现场试验具体流程如图1所示。完成目视检查后，在注入点
将氟利昂与压缩气体混合注入通风系统，分别在上游取样点和下游取样点连接卤素检测仪，自氟利昂开始注入时开始计时，每隔10s 记录一组上、下游氟利昂浓度数据，5min 后试验结束。计算碘吸附器吸附效率是否达标。
3.3试验数据及结果
试验结束后对数据进行整理，以时间为横坐标、氟利昂浓度为纵坐标，将数据转化为图2。
由数据中选取浓度最大的连续4个点计算可得上游平均浓
度为47.9伊10-6，对应的下游平均浓度为0。计算可得泄漏率为0.0021%，
小于合格指标0.05%，因此判定碘吸附器合格。4试验过程及结果分析
试验开始，氟利昂上游注入约2min 后停止，此时上游检测到的氟利昂浓度最大，以后随着通风的继续，上游浓度逐渐降低。因为氟利昂注入量远小于碘吸附器饱和量，因此仅有微量氟
利昂穿透碘吸附器，所以在250s 后，下游卤素检测仪能检测到
微量氟利昂气体。因为随着时间的推移，氟利昂会从碘吸附器中
脱附，因此氟利昂法要求试验尽快完成。因为本次试验仅就原理对氟利昂法的可行性进行验证，并未涉及其他工况下的情况，后继将针对该方法在不同浓度、不同湿度、不同介质等诸多情况下进行深入研究，以改善目前国内该领域研究较少的现状。
相对于方法，美国的氟利昂方法将碘吸附器效率试验分成两部分：一部分划分到环境更好的实验室中进行，另一部分保留在现场试验之中，根据两次试验的结果判定，该碘吸附器合格。同时也反向验证了该方法的可行性。其与法有诸多不同，优势更加明显，其优缺点如下：
（1）相对于放射性法，氟利昂法最大的优点是无毒。因此在现场试验过程中，更加安全方便。现场试验时间短，约为
5min 。考虑到工程应用，既缩短了试验时间又降低了工作强度和出现错误的概率。
（2）相比于放射性法，氟利昂法的发生器要简单的多，
在便携性和容错性方面更适宜现场操作，且单次试验价格低廉，能节省大量成本。
（3）因为氟利昂法将吸附剂吸附效率放到实验室中完成，因此现场试验只能检测碘吸附器是否泄漏。氟利昂法需实验室和现场两次试验才能得到结论。（4）因为介质无毒且仪器反应迅速，氟利昂法可以直接在
现场进行漏点查，这是放射性法无法完
成的。
（5）氟利昂是温室气体，且会破坏臭氧层，需寻替代品。
总体来说，氟利昂法是一种合理且优良的可
以快速检测碘吸附器效率的方法，其原理与机制
值得深入研究，对该方法的探索与改进对我国碘
吸附器检测特别是核电领域具有重要意义。
基金项目：国家重大专项，CAP1400核电站运行和维护技术研究（2015ZX06002005）。
参考文献
［1］梁飞，张计荣，张渊，等.碘吸附器泄漏率检测的方法与影响因素探
讨［J ］.辐射防护，2018，38（6）：496-501.
［2］贾明.我国除碘技术的研究和应用现状［J ］.辐射防护通讯，1992
（4）：18-23.
［3］NB/T 20039.11—2011，核空气和气体处理规范通风、空调与空气净
化第11部分：碘吸附器（玉型）［S ］.北京：原子能出版社，2011.［4］梅瑛.碘吸附器的现场试验--放射性法［J ］.核技术，2008
（4）：50-54.
［5］俞杰，吴振龙，凌学会，等.碘吸附器有效性试验方法及评价［J ］.核
安全，2018（2）：43-47.
［6］王幽雁，赵磊.碘吸附器在核电厂通风系统中的应用［J ］.暖通空调，2017（2）：5-8.
［7］沈秋月.活性炭吸附VOCs 及其脱附规律的研究［D ］.上海：
同济大学，2007.
［8］American National Standard.Standard test method for nuclear-grade
activated carbon:ASTM Designation:D3803-91（Reapproved 2014）［S ］.American:American Society for Testing and Materials ，2014援〔编辑
吴建卿〕
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议