[发明专利]一种可高效去除有机碘的安全壳过滤排放系统

说明书

本发明公开了一种可高效去除有机碘的安全壳过滤排放系统，属于反应堆安全设施技术领域。由安全壳、贯穿件组件、安全壳隔离阀组件、爆破膜组件、水洗过滤器、金属纤维过滤器、螺旋管预热器、银沸石过滤器、限流孔板和放射性监测仪11组成；系统采用串联结构，银沸石过滤器内置于安全壳的设计方式，避免了蒸汽在银沸石内的冷凝现象；多环节的水分离和气体预热结构设计，保证了排放气体在进入银沸石前已经处于过热状态，提高了有机碘的过滤效率；本发明避免了利用大幅度节流减压来实现蒸汽过热的方式，从而可以保证过滤排放系统在高压状态下运行，这样在同样的迎面风速下，大大减小了银沸石分子筛的用量，既减小了设备体积，又降低了建造成本。

技术领域

本发明属于反应堆安全设施技术领域，具体涉及一种可高效去除有机碘的安全壳过滤排放系统。

背景技术

当反应堆发生严重事故时，大量冷却剂喷放到安全壳内，由于安全壳内压力较低，因此过热的冷却剂很快汽化成蒸汽。与此同时，熔融堆芯将压力容器熔穿后落入堆坑，堆芯熔融物与混凝土底板发生反应产生大量的不凝性气体。这些不凝性气体与冷却剂汽化产生的蒸汽在安全壳内积聚会造成安全壳的升温升压，最终可能导致安全壳内部压力超过其承压限值，安全壳的完整性遭到破坏，大量的放射性物质将会释放到环境中，从而造成对周围环境的放射性污染，危及周围民众安全。为保护安全壳的完整性，需对其进行主动排放卸压。在进行排放的同时，需要对排放气体中的放射性物质进行过滤，以减轻放射性物质释放到环境中所造成的放射性污染。为达到上述目的，国内外研究学者提出了安全壳过滤排放系统，通过在核电站中设置该系统可以将安全壳内的气体经过滤后排放到环境中，以防止安全壳超压，确保安全壳的完整性。

目前国内外广泛采用由水洗过滤器和金属纤维过滤器组合的安全壳过滤排放系统。在专利号为201210174006.1和201210191958.4的专利中，都曾提出过这种安全壳过滤排放系统，该系统主要由水洗过滤器和金属纤维过滤器组成，通过水洗过滤器及金属纤维过滤器过滤的气体经烟囱最终排入大气。在我国的秦山二期、岭澳二期和福清5、6号机组都采用的这种安全壳过滤排放系统，甚至全新自主化设计的华龙一号核电站中，也将该方案作为过滤排放系统的设计方案。然而现有系统中所采用的过滤技术对有机碘的过滤效果不佳，这是由以往对有机碘的认识不足，重视程度不够造成的。传统认为有机碘仅占总放射性物质释放量的1.5％，不会对人体造成危害。但福岛核事故后分析发现，在所释放出来的碘中，有机碘的比例达到了70％，而且美国核管会分析表明在总放射性物质中，有机碘的含量要大于4％。而且有机碘作为一种重要的放射性核素对人体的危害非常大，因此对严重事故后有机碘的高效过滤不容忽视。瑞士保罗谢尔联邦研究所曾公开一种提高有机碘过滤效率的方法，该方法表明在湿式过滤器中加入甲基三辛基氯化铵能提高有机碘的过滤效率。虽然实验结果表明加入添加剂后能够提高有机碘的过滤效率，但由于这种有机添加剂与化学溶液不相容，长期静置容易出现分层现象而失去提高效率的作用，同时添加剂的分层聚集增加了其在常温条件下的爆炸性风险，因此该方法并未得到推广使用。在IAEA的报告中曾提出采用银沸石分子筛对有机碘的去除具有优势，世界各国的学者也开展了一些银沸石分子筛过滤性能方面的研究，研究结果表明在进行干空气内有机碘的过滤时，银沸石分子筛中的银离子能够与有机碘发生化学反应，生成性质稳定的碘化银，从而达到过滤有机碘的目的，这一方法具有比较优良的有机碘过滤性能。然而，当安全壳过滤排放系统工作时，排放的气体中含有大量的水蒸汽，水蒸汽遇冷将凝结成水随空气一起流动，当含水的气体与银沸石接触时，水会进入银沸石分子筛，大大降低有机碘的过滤效果。因此，尽管银沸石分子筛对有机碘具有较高的去除效率，但至今仍缺少可行的方案将其应用在安全壳过滤排放系统中。德国和韩国等国家曾提出采用孔板节流减压的方法来提高蒸汽的过热度，从而避免蒸汽冷凝，并消除液滴的影响。例如：申请号为201580000054.0的专利中公开了一种用于核电站的过滤排放系统，其中提到利用孔板节流减压的方法，来降低液体的饱和温度，提高的过热度，进而通过液体闪蒸的方法来去除气体中的水。但是在安全壳过滤排放系统启动初期，银沸石滤床的温度很低，仅依靠节流产生的过热度根本无法满足银沸石滤床的升温需求，再加上多孔沸石内毛细冷凝效应的存在，因此仍会有大量的冷凝水进入到银沸石的孔隙中影响有机碘的去除效率。此外，在孔板节流减压后，在质量流量不变的前提下，排气的体积流量会大幅度提升。为保证通过银沸石的表观流速，需要大幅度提高银沸石过滤器的流通面积，进而需要提高银沸石的装载量，使银沸石过滤器的成本达到了无法承受的高度，严重降低了核电站建设的经济性。因此，尽管银沸石分子筛对有机碘具有较高的过滤效率，但目前还缺少应用该技术的过滤排放系统方案设计，从而使得在严重事故发生时有机碘无法被高效地过滤。为了克服现有专利的不足，本发明期望提供一种可高效去除有机碘且经济性较高的安全壳过滤排放系统。