2020年第19卷第24期冰雕模具
□孙玉山王伟
【内容摘要】本文对美、瑞典、法、德等国的安全壳过滤排放系统进行了广泛的调研，详细阐述了各国的技术发展历程和技术特 点，相关内容可为核电厂相关从业人员提供一定的参考。
【关键词】核电厂；安全壳；完整性；过滤排放系统 【作者单位】孙玉山，王伟；海南核电有限公司
福岛核事故后，在OECD - NEA 主持的核设施安全会议 上决定推出几个优先级较高的行动事项|1]。其中，在经过福 岛核事故压力测试后，OECD 成员国家建议在现役核电站上 加装安全壳过滤排放系统以提升核电站应对严重事故的能 力，而对已装备安全壳过滤排放系统的核电站，建议进行性 能和操作规程的改进，以提高其在设计边界范围外的安全可 靠性，如鲁棒性危害、氢气燃烧载荷以及严重事故下或长期 断电下的重复使用或人工操作。随着核电发展对安全性要 求的不断提升，安全壳过滤排放系统作为一种严重事故缓解 设施，很有必要关注安全壳过滤排放系统的发展历程，跟踪 国际研究动态，进一步提升核科学工作者对该系统的理解和 认识。
一
、
美国过滤排放系统技术发展
(一）鼓泡管湿式过滤排放系统。1984年，美国西屋公司
电梯维保系统
申请了安全壳超压主动排放系统的专利[2]，该系统主要由L 形泄放管线、清洗水池、爆破阀和相关连接管道组成，其中在 L 形管线水平段开有数个小孔，用以产生气泡，增加被过滤气 体与洗涤液的接触面积，将泄放气体中的放射性气溶胶、碘 等物质滞留在洗涤液中。 在发生安全壳超压时，带有放射性的混合气体经由L 形 泄放管道进入到水池的底部，混合气体以气泡的形式经小孔 进人到水池，清洗后的气体通过上方管道排放到安全壳的外 部环境。在整个运行过程中L 形管线的水平段一直处于淹 没状态，清洗水池由左侧隔离室和右侧隔离室组成，左侧隔 离室的底部与右侧隔离室的底部相通。在右侧隔离室水面 以上构成一个独立的封闭区域，在该区域布置有一个安全 阀，当区域内压力达到安全阀的排放值时，安全阀开启进行 泄压排气。该系统的开启和运行完全依靠自然力，无能动部 件，具有较高的安全性和可靠性。
•(二）多孔鼓泡床湿式过滤排放系统。为了进一步提髙 去除气溶胶等放射性物质的效率，西屋公司在1987年又申 请了一种多孔鼓泡床式安全壳排气过滤系统的专利[3]，该系 统主要由清洗水池、L 形泄放管线、多孔床、烟囱和相关管道 组成。
当安全壳内的压力超过设计值时，泄放气体通过泄放管 道进人过滤器。放射性混合气首先以鼓泡的形式进行第一 级过滤，第二级过滤器为•个内填金属纤维的多孔介质床，
通过这样布置的两级过滤系统，对放射性气体进行反复过 滤，可以使过滤后的气体放射性大大减少。
一个圆柱形玻璃容器
这些气体最终通 过电厂的烟囱排放出去，从而实现安全壳的泄压功能。
虽然美国开展了安全壳过滤排放系统的相关研究，但截 至目前全美所有核电机组均未装设该系统。西屋公司的这 两款过滤排放系统并未付诸实践，但为欧洲的相关研究提供 了 一定的参考。
二，德国过滤排放系统技术发展
德国在20世纪90年代开始，通过科研攻关，研制了一套 干式安全壳过滤排放系统。该系统的主要设备为多层不诱 钢纤维过滤器，如图1所示，液滴分离器通过气流的冲击和 转向，实现气水自动分离；这套系统分别经过一级预过滤器、 二级过滤器和精细过滤器的过滤，将废液中的大颗粒气溶 胶、中等颗粒气溶胶和更小颗粒（<l (jun )的气溶胶逐个过滤 掉，从而达到去除杂质的作用。
液滴分离1
]I
一级預过滤二级预过#
I
精细过*丨
图丨不锈钢纤维过滤器
为了满足对元素碘和有机碘的过滤要求，在系统末端设
置有捵过滤器，如图2所示。由于不锈钢纤维过滤器没有运 动部件，且一般不需要检修和维护，放置在安全壳内，而碘过 滤器存在老化和性能降低的问题，为了便于日常的检修和维 护工作，碘过滤器放置在安全壳外。德国所采用的这种干式 安全壳过滤排放系统在布置上实现了放射性物质释放的最 小化和日常维护工作简易化的综合效果。
三、瑞典过滤排放系统技术发展
(一）沙床干式过滤排放系统。瑞典设计的砂床干式安 全壳过滤排放系统，通过在核电厂的应用，在1982年得出了 该系统的主要验证结论141。该系统验证是通过两条排放管 线分别与两座反应堆安全壳连接，每条管线上设置一个手动
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Industrial & Science Tribune 2020 (19)
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图2
系统布置
阀和一个非能动的安全阀对管线进行安全保护。一旦安全 壳处于超压威胁区间，安全壳的泄放气体流过砂床进行过 滤，然后通过装置上部的管线连接到烟囱，完成安全壳的 泄压。
砂床的机械过滤措施对惰性气体，尤其是有机碘基本上 没有去除效果。在核电厂正常运行时，为了防止砂层板结， 要以干热空气保养，连接管道还必须预热，因而维护工作量 很大。此外，砂床过滤器使用后本身就造成了一个很强的辐 射源，对这样一个大尺寸的源项，增设生物屏蔽层是极困 难的。
(二）多管文丘里湿式过滤排放系统。为了克服沙床过 滤系统的缺点，瑞典研发了一款多管文丘里湿式安全壳过滤 排放系统。带有放射性的安全壳排气通过人口接管与过滤 排放系统连接，在立管的底部设置多个分支，每个分支上安 装有多根文丘里管。
通过在文丘里作用下，洗涤液（氢氧化钠和硫代硫酸钠 的混合物）通过喉部的开孔引人，与排放气体进行混合，然后 通过淹没水层进行再次洗涤。为了避免放射性液滴向环境 的释放，在出口管之前设置一个除雾器和金属纤维过滤器， 将放射性物质最大限度地滞留在过滤排放系统内。如图3 所示。
金*纤维过滤器
除霣器激光点云数据处理
换热盘管
多管文丘里
图3多管文丘里湿式过滤排放系统
(三）微细化湿式过滤排放系统。多管文丘里湿式安全
壳过滤排放系统虽然克服了沙床过滤系统的缺点，但多管文 丘里的结构较为复杂，而且没有充分利用淹没水层的洗涤效 能。为了进一步改善工程应用效果，提高有机碘的过滤效 率，瑞典又研发了一款微细化湿式安全壳过滤排放系统，由
湿式电除雾器B E S S E L S 2020年第19卷第24期
第一级微小气泡发生、第二级并流洗涤和气空间沉降、第三 级末级分离组成。
在系统布置上设置了硫代硫酸盐和季氨补充罐，通过向 洗涤液中添加季氨可以在提髙有机碘的去除效率的同时提 升该系统的长期运行有效性。
四、 法国过滤排放系统技术发展
(一） 沙床干式过滤排放系统。法国在砂床过滤排放系 统方面的实际运用起步较早，早在20世纪90年代，就在本国 的核电厂上应用。后来，我国借鉴法国的经验，在大亚湾核 电站应用了此系统该系统起过滤作用的核心是厚厚的
砂层，厚砂层形成沙床式的结构，对气体进行过滤。
整个装置被安装在安全壳外的核辅助厂房上，放射性气 体首先进人砂床上部的缓冲空间后，气流速度被大大降低， 然后通过砂床的机械去除作用对放射性排气进行过滤，净化 后的气体通过系统的出口管道向环境排放。(二） 混合湿式过滤排放系统。为了减少安全壳过滤排 放系统的运行维护工作量和放射性物质去除效能，法国将文 丘里水洗器与金属纤维过滤器前后组合，开发了新型湿式安 全壳过滤排放系统。新型湿式安全壳过滤排放系统由文丘 里洗涤单元和金属纤维过滤单元组成。放射性气体首先在 文丘里洗涤单元中除去大部分的气溶胶和几乎全部的碘（包 括有机碘），而后，细小的气溶胶在金属纤维过滤单元中被过 滤。通过这样的过滤过程后，放射性得到大大降低。
对于文丘里湿式过滤系统，在实际工程应用中有很多变 形结构，在我国秦山二期、岭澳二期等核电工程中，这种分体 湿式过滤系统得到了广泛应用。与一体化结构的主要区别 在丁•，文丘里洗涤器和金属纤维过滤器布置在两个独立的罐 体中，其中左下为文丘里洗涤器，右上为金属纤维过滤器。
五、 结语
安全壳过滤排放系统目前大都部署在二代商用堆中，技 术方案多种多样，就发展而言湿式系统逐步成为广泛认可的 技术路线。日本福岛核事故之后，随着核安全要求的进一步 提髙，安全壳过滤排放系统作为安全壳完整性保护的重要设
施再次进入更为深入的探讨。然而对于三代核电机组，如 AP 100、AES -2006、EPR 以及HPR 1000等，均引入了熔融物 滞留和安全壳热量非能动导出等技术方案，安全壳过滤排放 系统的设计标准以及是否还要部署该系统是今后需要深人 论证的科学问题。
【参考文献】[1 ] OECD /NEA /CSNI . Status Report on Filtered Containment
Venting [ R ]. 2014[2] Dirk S . Leach , Murrysville Boro . Fission product scrubbing system for a nuclear reactor [ P ]. U . S . Patent ：4610840,1986 -
09 -09
[3 ] David Squarer , Pittsburgh . Filtered venting and decay heat re
moving apparatus and system for containment structures , and method of operation [ P ]. U . S .
Patent ：4859405,1989 - 09 - 22 [4 1 B . Pershagen and R . Nelson . Nuclear safety in Sweden policy and practice [ J ]. N u clear Safety , 1984,25(1)[5 ] J . Delalande . Why EdF is installing filter vented containment [J ]. Nucl Engrg .lnl . (1987) 33 〜35
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橡胶硬度.33 •
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