[发明专利]一种安全壳长期卸压过滤系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种安全壳长期卸压过滤系统，主要用于核电厂严重事故后期的安全壳超压保护和放射性物质滞留，同时本发明也适用于工业除尘除气过程。

背景技术

核电作为一种清洁高效的能源越来越受到人们的青睐。尽管压水堆核电站在设计时已经执行了纵深安全原则，保证核电站在设计基准事故下的安全，但核电仍存在着发生超设计基准事故的风险，进而引发类似堆芯熔穿压力容器并且叠加全厂断电的严重事故。在发生超设计基准下的严重事故时，一回路高温高压的冷却剂泄漏到安全壳后迅速闪蒸汽化，从液体变为大量的高温蒸汽，同时，熔融堆芯也将与混凝土底板反应产生大量不凝结气体，随着事故的进行，有可能导致安全壳内的压力会逐渐升高，最终会因超压而破坏安全壳的完整性，造成放射性物质的外泄。

安全壳卸压过滤系统采用主动卸压的方式使安全壳内积聚的气体释放，降低安全壳内压力，从而使安全壳内压力不超过其承载限值，确保安全壳的完整性。同时，为了防止排放气体中的放射性产物对环境造成危害，通过系统的过滤装置对排放气体中的放射性物质进行过滤，主要包括放射性气溶胶、单质碘和气态甲基碘。

国内外关于安全壳卸压过滤系统的研发设计起始于20世纪60年代，最早是由法国研发设计的砂床过滤器，其工作原理是利用砂石的吸附和滞留作用过滤气体中的放射性物质。但是该系统只对固态的气溶胶颗粒有较好的滞留效果，对单质碘只起到延迟作用而不能有效去除，对于气态甲基碘则没有去除效果，且砂床长期放置存在砂石板结问题，因此砂床过滤器需定期进行通风维护。德国设计制造了一种金属纤维过滤器，采用不锈钢纤维组成多层滤网，利用金属纤维的吸附与滞留作用除去气体中的放射性物质，金属纤维层同样对固态气溶胶有较好的滞留效率，对单质碘只起到延迟效果，不能有效去除，对于气态甲基碘则没有去除效果，且通气后放射性物质主要存在于金属纤维层中，造成后续处理困难。为了提高对元素碘的去除效率，西门子公司设计了一种非能动的滑压运行过滤排放系统，该系统采用湿式文丘里洗涤器与金属纤维过滤器相结合的设计方式，安全壳排放的气体首先在文丘里洗涤单元中除去绝大部分的气溶胶和单质碘，粒径更小的气溶胶以及气流中携带的雾滴在金属纤维过滤单元中被过滤掉。该过滤器对亚微米级气溶胶和单质碘均有很高的过滤效率，但是对于气态甲基碘的过滤效率较差。甲基碘气体由于溶解度小以及与溶液的化学反应速率慢等特性，其去除效率的改善已经成为安全壳卸压过滤系统设计和改进过程中的共性难题，如何在保证系统简单可靠的同时改善甲基碘气体的去除效率是目前需要解决的重要问题。另外，在现有的湿式过滤系统中，由于放射性物质释放的衰变热会造成溶液蒸发，系统运行时间一般不超过24小时，因此，如何延长系统在严重事故后期的运行时间是系统设计需要考虑的另一个重要问题。

在现有的反应堆安全壳过滤系统中普遍采用了湿式与干式相结合的过滤方式，例如在专利号为CN204242599U和CN102723114A的专利中，均提到了采用文丘里洗涤器和金属纤维过滤器来进行过滤，但是两种专利中均没有给出系统的过滤效率，尤其是对甲基碘气体的过滤效率。在美国专利号为US 8142665 B2的专利中提到，通过在溶液中添加相转移催化剂甲基三辛基氯化铵(Aliquat336)的方法，来提高溶液对甲基碘气体的去除效率，但是由于Aliquat336本身具有易燃和结块的特性，很难实现工程上的应用。另外，还有文献中提到，可以采用装有活性炭或者银沸石等吸收材质的过滤器来改善甲基碘气体的去除效率，这种方法一方面会增加系统的复杂性，增加系统成本，另一方面，活性炭和银沸石等吸收材质对使用条件要求苛刻，同时也容易失效，仍然不是改善甲基碘气体吸收效率的最佳途径。