专利名称：一种安全壳过滤排气系统的制作方法
技术领域：
本发明属于核电站安全壳设计技术，具体涉及一种安全壳过滤排气系统。
背景技术：
核电站安全壳是防止放射性产物释放到环境中的最后一道屏障。在发生堆芯熔穿 压力容器的严重事故时，由于熔融堆芯与混凝土底板反应产生的不凝结气体的不断增加， 安全壳内的压力逐渐升高，最终可能会破坏安全壳的完整性，造成放射性物质的外泄。安 全壳过滤排气系统(EUF)通过主动卸压使安全壳内的压力不超过其承载限值，从而确保安 全壳的完整性。同时，通过安装在卸压管线上的过滤装置对排放气体的放射性物质进行过 滤。这一设计满足RCC-P(1991年版)根据RCC-P § 1. 3. 7，为了应付"极不可能发生的运行 工况"，要采取"安全壳内部的大气降压和过滤"的措施，来保证安全壳的完整性并尽可能 限制放射性向环境的释放。 目前国内已经运行核电站中，大亚湾核电站设置了安全壳过滤排气系统(EUF)，但 是它采用的是法国砂床过滤器。法国砂床过滤器本体结构如图l所示，过滤器的核心部分 是厚度为0. 8米、颗粒度为0. 6mm的砂层，该装置只有机械去除作用。砂床过滤器只能在事 故发生一天以后采用，对安全壳早期超压不起作用，对惰性气体基本上没有效果。砂床过滤 器目前只能加装在核辅助厂房顶部，投入使用后将成为额外的辐射源，必须考虑屏蔽，这会 造成结构上的一定困难。此外，为了防止砂层板结和水蒸气在管壁冷凝，正常运行是以干热 空气保养，连接管道还必须预热，因而维护工作量很大。 砂床过滤器的工作原理为安全壳内大气在手动打开隔离阀后，经节流阀(节流 孔板)将压力降低到1. lbar，再从过滤器上部进入砂床过滤器。经过滤的气体通过辐射监 测后，进入烟囱排放到大气中。在过滤系统运行前，为了防止由于湿度过大、砂床结块阻塞 和气体中氢浓度过大发生爆炸，需设置电加热空调系统(温度> 15(TC，通风量500mVh)对 管道和砂床进行加热和通风，为保证用电还需要专用柴油发电机组。砂床过滤器还要设生 物屏蔽层，并针对去除衰变热须设置消防冷却管线。法国砂床过滤器按法国核安全当局的 要求设计，即严重事故后24小时开启过滤器，可将过滤器入口处的S2源项至少降低到S3 源项水平，过滤器的过滤效率> 90% 。但是从S2源项降到S3源项惰性气体和有机碘的含 量并没有变化，其剂量后果仍是很严重的。 砂床过滤器使用后本身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。据了解，法国建议岭澳核电厂在安全壳内增加一个前置过滤器，滤 掉90%以上的放射性物质，可避免砂床过滤器设生物屏蔽层和冷却、消防设施，减轻处理高 放废物砂子等难题；由于安全壳卸压过滤系统一旦阻塞失效可导致事故恶化，法国又建议 在前置过滤器旁增设旁通管线及阀门，以防止过滤器阻塞。但是这些措施在已经运行的核 电站实施存在很大的困难，并且效果很难预测。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种过滤效率高、对环境污染小的 新型安全壳过滤排气系统，使绝大多数放射性裂变产物包容在安全壳或者安全壳过滤排气 系统之内，防止放射性裂变产物进入环境。 为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种安全壳过滤排气系统，包括相互串 联运行的文丘利水洗器和金属纤维过滤器，文丘利水洗器通过管道与安全壳连接，管道上 设有安全壳隔离阀；金属纤维过滤器的位置高于文丘利水洗器，二者之间通过气体排放管 道连接；金属纤维过滤器的出口通过管道与核电站的烟囱连接。 进一步，如上所述的安全壳过滤排气系统，其中，所述的文丘利水洗器的压力容器
内设有一组与文丘利水洗器的入口相连通的文丘利管，压力容器中盛有重量浓度为0. 5%
的氢氧化钠(NaOH)溶液和0.2%的硫代硫酸钠(Na2S203)溶液组成的除盐水。 更进一步，如上所述的安全壳过滤排气系统，其中，所述的文丘利水洗器的压力容
器通过供水管线与供水设备连接。 进一步，如上所述的安全壳过滤排气系统，其中，所述的金属纤维过滤器由具有液 滴分离作用的预过滤层及精细过滤层两部分组成。 更进一步，如上所述的安全壳过滤排气系统，其中，在金属纤维过滤器与文丘利水
洗器之间设有用于将金属纤维过滤器的冷凝液送回文丘利水洗器的冷凝液管道。 进一步，如上所述的安全壳过滤排气系统，其中，在金属纤维过滤器与烟囱之间的
管道上还设有阀门、限流孔板及爆破膜；爆破膜为奥氏体不锈钢材料的薄膜，在压力作用下
打开后，过滤气体经烟闺排向大气。 进一步，如上所述的安全壳过滤排气系统，其中，所述的文丘利水洗器和金属纤维 过滤器均通过供氮管线与氮气瓶连接，供氮管线上设有阀门。 进一步，如上所述的安全壳过滤排气系统，其中，所述的文丘利水洗器的底部通过 废液返回管线与安全壳连接，废液返回管线上设有阀门。 本发明的有益效果如下通过使用本发明所提供的安全壳过滤排气系统，严重事 故后安全壳排出的气体使用了化学洗涤水并通过文丘利喷嘴的充分混合，90%以上的气溶 胶可被滞留在文丘利洗涤水中，对排除衰变热十分有利。由于金属纤维用不锈钢制成，耐高 温耐腐蚀性能极好，在水中添加化学药剂后对碘的滞留效果明显优于仅有机械滞留作用的 砂层过滤器。本发明在启动后的72小时内可以根据机组的状态灵活的运行，平时的维护工 作量很小，不需要额外的应急电源，系统在备用状态时也不需要用干热空气进行保养，不存 在系统堵塞及过滤效率下降的问题。尤其重要的是，文丘利水洗器中的放射性废液可以通 过系统设置的管线排回到安全壳中进行处理，可以非常有效的减少对环境的污染。
图1为传统的砂床过滤器的结构原理图； 图2为本发明安全壳过滤排气系统的结构原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
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本发明所提供的安全壳过滤排气系统的过滤装置包含有一个文丘利水洗器以及 一个金属纤维过滤器，构成二级过滤，文丘利水洗器和金属纤维过滤器串联运行。该系统采 用滑压运行方式，容器内压力随安全壳内压力变化，使得从安全壳内排出的气体与洗涤水 充分混合，有很大的交换面，由洗涤水有效地分离气溶胶、吸附碘并吸收衰变热，经第二级 金属纤维过滤器进一步汽水分离后，由烟闺排放到大气。 安全壳过滤排气系统的具体结构如图2所示，包括相互串联运行的文丘利水洗器 1和金属纤维过滤器2，文丘利水洗器1通过管道3与安全壳连接，管道3上设有安全壳隔 离阀4，本实施例中两台机组共有4台安全壳隔离阀(每台机组2台)，以串联方式安装在 安全壳外的系统管路上，这4台安全壳隔离阀是DN200的远传手动蝶阀，其远传手动操作在 屏蔽墙后执行，安全壳隔离阀装有限位开关指示，其阀位信号将被分别送至主控室及EG楼 (应急指挥中心)。金属纤维过滤器2的位置高于文丘利水洗器1， 二者之间通过气体排放 管道连接；金属纤维过滤器2的出口通过管道6与核电站的烟囱连接。
文丘利水洗器为一种现有产品，是卧式圆筒形压力容器。文丘利水洗器中装有一 组(3个)文丘利管，容器内盛有重量浓度为0. 5%的氢氧化钠(NaOH)溶液和0. 2%的硫代 硫酸钠(Na2S203)溶液组成的除盐水。事故后，安全壳大气进入文丘利水洗器，经过水洗作 用，大部分气溶胶和碘滞留在容器内，气体继续排向下一级过滤设备-金属纤维过滤器进 行再过滤。试验表明，对于气溶胶，文丘利水洗器的过滤效率可达99% ;对于粒子碘，其过 滤效率将大于99. 5% ;对于有机碘，其过滤效率约为90%。 为了向文丘利水洗器内注入溶液，系统设置了一条供水管线10，这条充、排水管道 包括可移动泵、可移动容器及相关的阀门、管道等，主要用于运行前文丘利水箱的充水以及 电站运行期间进行系统维修或在役检查时的充、排水。在系统进行充水之前进行除盐水混 合液的配制，配制工作是利用可移动泵及可移动容器在系统充水之前完成的。
金属纤维过滤器也是一种现有产品，它是安全壳过滤排气系统的主要设备。文丘 利水洗器及金属纤维过滤器构成排放气体的两级过滤，经金属纤维过滤器过滤后的气体达 到排放要求，进入电厂烟闺排入大气。金属纤维过滤器是卧式圆筒形压力容器，由具有液滴 分离作用的预过滤层7及精细过滤层8两部分组成，精细过滤层8设置于预过滤层7的外 围，均为不锈钢纤维材质，其主要过滤在文丘利水洗器中未滞留的微粒子气溶胶，特别是对 于直径< 1 P m的气溶胶粒子，它有很高的滞留效率。在金属纤维过滤器2与文丘利水洗器 1之间设有用于将金属纤维过滤器的冷凝液送回文丘利水洗器的冷凝液管道9。通过两级 过滤，最终的过滤效率将达到如下数值对气溶胶的过滤效率为> 99. 99%，对粒子碘的过 滤效率为> 99. 5% ，对有机碘的过滤效率约为90% 。 在金属纤维过滤器2与烟囱之间的管道6上还设有阀门、限流孔板及爆破膜。限 流孔板是一种现有产品，采用奥氏体不锈钢材料，其限流原理是当孔板前后存在一定压差， 流体流经孔板，对于一定的孔径，流经孔板的流量随着压差增大而增大。但当压差超过某一 数值(称为临界压差)时，流体通过孔板縮孔处的流速达到音速，这时，无论压差如何增加， 流经孔板的流量将维持在一定数值而不再增加。爆破膜为奥氏体不锈钢材料的薄膜，当系 统内压力达到爆破膜的整定值时，爆破膜在压力作用下打开后，过滤气体经烟囱排向大气。
系统在备用期间要进行充氮保护(0. 13MPa(a))，因此本发明还设置了一条充氮管 线。管线上包括氮气瓶、减压阀及相关阀门等设备。文丘利水洗器和金属纤维过滤器均通过供氮管线与氮气瓶连接。 发生严重事故后，按照U5规程的要求，启动系统，在进行一定时间的过滤排气后， 为避免安全壳与外界大气长期相通，同时避免过度排气，在消除了安全壳超压的危险之后， 须关闭系统。此时，文丘利水洗器内积聚了放射性极强的溶液，形成了潜在的放射性污染 源，为了避免潜在的放射性污染源造成扩散，必须将其输送回事故机组的安全壳内。为此， 本发明设置了废液返回管线11。废液返回管线11的起点是文丘利水洗器1的底部，管线通 向机组的安全壳内，废液返回管线上设有阀门。在需要时，可将废液有选择的通过相应管道 自流到事故机组的安全壳内。 另外，本发明还设有放射性活度监测仪，用于测量整个系统的放射性活度，保证系 统的运行安全。 通过使用本发明所提供的安全壳过滤排气系统，从安全壳排出的气体首先通过文 丘利管在箱体下部的水池中起泡，以洗去可溶的裂变产物(碘、铯及其他金属氧化物)，然 后再经过多层金属纤维过滤器过滤以除去气溶胶。由于金属纤维用不锈钢制成，耐高温耐 腐蚀性能极好，在水中添加化学药剂后对碘的滞留效果明显优于仅有机械滞留作用的砂床 过滤器。试验证明，该系统的过滤效果非常明显，90%以上的气溶胶可被滞留在文丘利洗涤 水中，对环境的辐射污染较少，对排除衰变热也十分有利；而且该系统运行方式灵活，日常 维护的工作量也非常小。
权利要求
一种安全壳过滤排气系统，其特征在于该系统包括相互串联运行的文丘利水洗器(1)和金属纤维过滤器(2)，文丘利水洗器(1)通过管道(3)与安全壳连接，管道(3)上设有安全壳隔离阀(4)；金属纤维过滤器(2)的位置高于文丘利水洗器(1)，二者之间通过气体排放管道连接；金属纤维过滤器(2)的出口通过管道(6)与核电站的烟囱连接。
2. 如权利要求1所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于所述的文丘利水洗器(1) 的压力容器内设有一组与文丘利水洗器的入口相连通的文丘利管(5)，压力容器中盛有重 量浓度为0. 5%的氢氧化钠溶液和0. 2%的硫代硫酸钠溶液组成的除盐水。
3. 如权利要求2所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于所述的文丘利水洗器(1) 的压力容器通过供水管线(10)与供水设备连接。
4. 如权利要求l所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于所述的金属纤维过滤器(2) 由具有液滴分离作用的预过滤层(7)及精细过滤层(8)两部分组成。
5. 如权利要求4所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于在金属纤维过滤器(2)与 文丘利水洗器(1)之间设有用于将金属纤维过滤器的冷凝液送回文丘利水洗器的冷凝液 管道(9)。
6. 如权利要求1或4或5所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于在金属纤维过滤 器(2)与烟囱之间的管道(6)上还设有阀门、限流孔板及爆破膜。
7. 如权利要求6所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于所述的爆破膜为奥氏体不 锈钢材料的薄膜，在压力作用下打开后，过滤气体经烟囱排向大气。
8. 如权利要求l所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于所述的文丘利水洗器(1)和金属纤维过滤器(2)均通过供氮管线与氮气瓶连接，供氮管线上设有阀门。
9. 如权利要求1或2或3所述的安全壳过滤排气系统，其特征在于所述的文丘利水 洗器(1)的底部通过废液返回管线(11)与安全壳连接，废液返回管线上设有阀门。
全文摘要
本发明属于核电站安全壳设计技术，具体涉及一种安全壳过滤排气系统。该系统包括相互串联运行的文丘利水洗器和金属纤维过滤器，文丘利水洗器通过管道与安全壳连接，管道上设有安全壳隔离阀；金属纤维过滤器的位置高于文丘利水洗器，二者之间通过气体排放管道连接；金属纤维过滤器的出口通过管道与核电站的烟囱连接。本发明可以使绝大多数放射性裂变产物包容在安全壳或者安全壳过滤排气系统之内，防止放射性裂变产物进入环境，其过滤效率高、对环境污染小。
文档编号B01D50/00GK101700450SQ200910207190
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者侯英东, 吴军轶, 吴小海, 周志贵, 屠庄炜, 戚屯锋, 洪源平 申请人:核电秦山联营有限公司