1、 某核电厂不同通风系统中碘吸附器内活性炭寿命探究陈晓飞1,刘爱明2,管正刚1,冯利法1(1.国核电站运行服务技术有限公司,上海2 0 0 2 3 3;2.山东核电有限公司,山东 烟台2 6 5 1 1 6)摘 要:通过试验室活性炭性能检测追踪了某核电站不同通风系统的碘吸附器内活性炭在两个燃料循环内的性能变化,对不同通风系统内活性炭性能变化的原因进行分析,为核电厂通风净化机组碘吸附器活性炭寿命进行预测并为活性炭适时更换提供了理论基础。关键词:碘吸附器;吸附原理;活性炭;效率试验中图分类号:TM 6 2 3 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3
2、.0 2.0 4 0S t u d yo nt h eL i f eo fA c t i v a t e dC a r b o n i nI o d i n eA d s o r b e r i nD i f f e r e n tV e n t i l a t i o nS y s t e m so faN u c l e a rP o w e rP l a n tCHE NX i a o f e i1,L I U A i m i n g2,GUANZ h e n g g a n g1,F E N GL i f a1(1.S t a t eN u c l e a rP o w e rP l
3、a n tS e r v i c eC o m p a n y,S h a n g h a i 2 0 0 2 3 3,C h i n a;2.S h a n d o n gN u c l e a rP o w e rC o m p a n y,Y a n t a i 2 6 5 1 1 6,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i sp a p e r,t h r o u g hl a b o r a t o r ya c t i v a t e dc a r b o np e r f o r m a n c et e s t i n g,t h ep e r f
4、 o r m a n c ec h a n g e so fa c t i v a t e dc a r b o ni n i o d i n e a d s o r b e r s o f d i f f e r e n t v e n t i l a t i o ns y s t e m s o f an u c l e a r p o w e r p l a n t i n t h e t w o f u e l c y c l e sw e r e t r a c k e d.T h er e a s o nf o r t h ec h a n g eo f a c t i v a t
5、 e dc a r b o np e r f o r m a n c e i nd i f f e r e n tv e n t i l a t i o ns y s t e m s i sa n a l y z e d,w h i c hp r o v i d e sa t h e o-r e t i c a l b a s i s f o rp r e d i c t i n gt h el i f eo fa c t i v a t e dc a r b o ni ni o d i n ea d s o r b e r so fv e n t i l a t i o na n dp u
6、r i f i c a t i o nu n i t s i nn u c l e a rp o w e rp l a n t sa n df o r t i m e l yr e p l a c e m e n to f a c t i v a t e dc a r b o n.K e yw o r d s:I o d i n ea d s o r b e r;a d s o r p t i o np r i n c i p l e;a c t i v a t e dc a r b o n;e f f i c i e n c yt e s t收稿日期:2 0 2 2-0 6-1 31概述自“
7、十四五”规划以来,国家正加快推进能源革命,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,而核电作为安全、清洁、低碳、高能量密度的战略资源,与“风光水”等非化石能源共同组成了清洁低碳能源体系,将在“十四五”期间迎来可期的发展空间1。而随着核电站的增加,其防护系统中的通风净化系统也越来越受到从业者的关注。在核电站通风净化系统中,碘吸附器作为吸附放射性气体的设备,其性能的优劣直接影响着核电站能否正常运行。为了保证碘吸附器高效可靠运行,需对其进行定期试验2。虽然各个国家检测碘吸附器效率的方法各有不同,但共同点是都要测试碘吸附器内活性炭对放射性碘甲烷的吸附能力。在三代核电机组中,例如美国A P 1 0 0 0、
8、中国的华龙一号等机组,其测试碘吸附器吸附效率试验分为现场试验与试验室试验两部分,其中现场试验采用氟利昂法,而试验室中,采用放射性碘甲烷测试活性炭的吸附效率。针对不同通风系统,其内部碘吸附器中浸渍活性炭在存储与投用后消耗状况各不相同,需要通过对不同通风系统两个燃料循环内活性炭性能的分析,为后期试验机组定期换炭,明确重要系统及问题预判提供经验。2试验原理及过程2.1试验室活性炭试验试验室活性炭样品试验作为碘吸附器效率试验的一部分,安排在现场试验之前。在碘吸附器中,配有若干与碳床等厚且相同的活性炭的样杯并联在碘吸附器中,在每次现场试验之前,要先验证样杯中活性炭性质是否合格,根据结果指导后期现场试验。
9、碘吸附器中浸渍活性炭的吸附作用包括物理吸附和化学吸附3,在二者共同作用下将气态放射性碘捕集到活性炭内,常用的有煤基炭和椰壳炭。本文中使用的活性炭样品为浸渍椰壳炭,浸渍剂是质量分数为1%的碘化钾(K I)和三乙烯二胺(T E D A)。试验方法选择了会导致活性炭吸附性能严重下降的试验条件,在最恶劣情况下注入示踪气体检验活性炭在此工况下的吸附能力,是评价活性炭吸附性能最严格的试验方法。该条件接近于核电站以及其他核工程厂房正常运行工况或事故工况。通常,提高试验温度会使物理吸附、化学吸附和同位素交换速率增加,也使活性炭的除碘效率增加;同时,降低试验气流的相对湿度也会提高活性炭对甲基碘的吸附效率,这是因
10、为水蒸汽与甲基碘会在活性炭的活性位置上进行竞争吸附,随着相对湿度降低,水蒸汽含531电力设备 电工技术 量减少,甲基碘自然更容易被吸附在活性炭上。2.2试验系统及条件按照标准4,无论样品是新活性炭还是已使用过的活性炭,首先使样品在压力近似一个标准大气压、温度(3 0.00.4)、相对湿度9 1%9 6%的湿空气中预平衡1 6h。之后,使气流继续通过试验床平衡2h,此阶段气流温度为(3 0.00.2)、相对湿度为9 3%9 6%。试验最后阶段的4h必须对试验系统严格控制和精心监测。试验操作人员必须满足E J/T5 1 6规定的资格要求。供料阶段,将碘-1 3 1示踪的甲基碘以质量浓度为1.7 5
11、m g/m3的湿气流通过试验床6 0m i n之后,保持其他条件不变,用不含示踪剂的气流再吹洗6 0m i n。整个试验过程中,经过试验床的气流再经过用已知对甲基碘吸附效率很高的活性炭装填的两级后备床。这两级后备床可以完全捕集穿过试验床的甲基碘,并在捕集效率上表现出明显差异。吹洗结束后,用计数器测量试验床和后备床中碘-1 3 1的计数率,确定穿过试验床的甲基碘占总量的百分比。该试验方法采用了恒定的低温度跟高湿度的试验条件,为满足上述严格的试验条件,需搭建一个复杂的试验台架,其系统示意图5如图1所示。图1活性炭性能试验系统示意图 其中试验室进行碘吸附器样杯试验的具体试验条件参照表1。表1活性炭样
12、杯试验条件序号参数标准数据1预平衡时间/h1 60.12平衡时间/m i n1 2 013注入时间/m i n6 014排放时间/m i n6 015吸附质放射性C H3I6吸附质浓度/(m g/m3)1.7 50.2 57碳床厚度/mm5 018碳床数量3序号参数标准数据9预平衡温度/3 00.41 0预平衡湿度/%9 1-9 61 1平衡温度/3 00.21 2平衡湿度/%9 3-9 61 3预平衡线速度/(m/m i n)1 2.20.61 4平衡线速度/(m/m i n)1 2.20.31 5压力/k P a1 0 153试验结果及分析按照以上所述试验条件进行试验,用计数器测量试验床和
13、后备床中碘-1 3 1的计数率,以此来确定穿过试验床的甲基碘占其总量的百分比,计算方法见 核级活性炭去除甲基碘性能试验方法4。经过统计数据,按照标准计算,某电厂通风排气机组各个系统内部活性炭在两个燃料循环内性能变化见表2。在该类电厂的通风机组中,不同系统的合格标准并不相同,针对不同系统,有两种接收标准,其中系统1和系统3的接收标准为9 0%,而其余系统的接收标准为9 5%。由表2数据可知,1机组系统3 B列第三次试验结果不合格,而1机组系统3 A列第三次试验结果接近其验收下限,故对该系统这两列碘吸附器内的活性炭进行更换,两列通风机组更换的活性炭为同一批次,第四次试验时两个系统中活性炭吸附效率均
14、为该次更换活性炭后样品的效率。之后,1机组系统3两列通风机组在更换新的活性炭后又连续运行7 0多小时,因此第五列数据为连续运行后两列通风机组活性炭的吸附效率。在该核电厂中,系统3内部活性炭与系统1、系统4相同,均为国产浸渍椰壳炭。而系统2内部活性炭生产厂家为韩国世纪。由上述数据可得到 表2各通风机组内碘吸附器活性炭吸附效率序号1机组系统1 A列1机组系统1 B列1机组系统21机组系统3 A列1机组系统3 B列系统4 A组系统4 B组2机组系统1 A列2机组系统1 B列2机组系统22机组系统3 A列2机组系统3 B列09 9.8 7 4%0.0 4 8%9 9.8 7 4%0.0 4 8%9 9
15、.5 3 2%0.0 2 2%9 9.8 7 4%0.0 4 8%9 9.8 7 4%0.0 4 8%/9 9.8 7 4%0.0 4 8%9 9.8 7 4%0.0 4 8%9 9.3 9 6%0.0 2 2%9 9.8 7 4%0.0 4 8%9 9.8 7 4%0.0 4 8%19 9.4 9 4%0.0 3%9 9.1 8 3%0.0 0 5%9 9.5 2 6%0.0 0 4%9 5.0 3 2%0.0 1 3%9 4.7 7 9%0.0 1 6%9 9.2 5 4%0.0 0 5%9 9.1 7 0%0.0 0 5%9 9.6 3 3%0.0 0 6%9 9.4 9 7%0.0 0
16、 7%9 8.7 7 6%0.0 0 4%9 4.2 8 9%0.0 1 8%9 8.9 4 3%0.0 0 8%29 9.4 6 7%0.0 3%9 9.2 9 1%0.0 0 2%9 8.9 3 3%0.0 7 9%9 4.0 4 2%0.0 1 2%9 3.1 5 7%0.0 0 2%9 9.1 9 4%0.0 0 9%9 9.1 6 4%0.0 0 9%9 9.2 5 4%0.0 0 7%9 9.5 4 9%0.0 0 6%9 5.9 8 9%0.1 8 6%9 3.7 3 2%0.1 2 5%9 9.0 9 2%0.0 8 7%3/9 0.0 2 9%0.0 1 0%8 7.9 2 1%0.0 2 5%/8 8.5 4 3%0.0 0 3%9 5.4 1 9%0.0 0 2%4/9 9.3 1 6%0.0 7 4%9 9.3 1 6%0.0 7 4%/5/9 7.2 6 8%0.0 1 5%9 7.0 0 7%0.0 1 5%/631电工技术 电力设备 各通风机组内碘吸附器活性炭吸附效率变化曲线,如图2所示。图2各通风机组内碘吸附器活性炭吸附效率变化曲线由图2可知,除去系统3
