安全殼地坑過濾器簡介及各類型過濾器優劣分析

張飛

【摘 要】安全殼地坑作為LOCA事故下再循環階段的長期水源，用于堆芯的冷卻，而地坑過濾器作為地坑最重要設備，對核電廠安全生產有著重要的意義。本文對各類新型過濾器結構及優缺點進行了簡介，并結合國內外新型過濾器的發展和應用，深入分析了方家山地坑過濾的結構，同時將該類型過濾器的優點和缺點進行詳細闡述。

【關鍵詞】安全殼；地坑過濾器；結構；優劣

【Abstract】This article describes and analyses the function of Containment Sump Filter which activated after the serious accidentoccurred in nuclear power plant and get into recycling stage，used to collect recycling water and prevent the debris going into RIS and EAS pipe loop，ensure the RIS pump and EAS pump has sufficient NPSH.This paper focuses on the structure of Containment Sump Filter，and the collection with the suction inlet of RIS pumps and EAS pumps，the assembly and fixation of every module，and make a deeply analysis on how the new type Containment Sump Filter ensure the safety function by increasing the filters area.

【Key words】Containment；Sumpfilter；Structure

1 安全殼地坑過濾器的作用及堵塞風險

在壓水堆核電廠反應堆廠房（安全殼）底部，設置了安全殼地坑過濾器，作為安全注入系統（RIS）和安全殼噴淋系統（EAS）的一部分。在核電廠設計基準事故工況下，安全殼地坑所積聚的水是 RIS 和 EAS 執行安全功能的長期水源，經地坑過濾器過濾后，進入RIS、EAS行使噴淋和冷卻的功能。地坑過濾器濾網的網孔可阻止可能造成EAS噴嘴堵塞和堆芯燃料格架過濾網孔堵塞的顆粒穿過，網孔直徑2.4mm。同時，設計考慮到過濾面積足夠大，正常運行條件下地坑過濾器的壓降不會引起安全殼噴淋泵、安注泵的汽蝕現象（余量不足）。地坑過濾器在再循環工況下的工作狀況直接影響到應急堆芯冷卻系統、安全殼噴淋系統的正常運行，對于核安全有重要意義。

但事實上，在核電發展歷史上，國外已發生多起地坑濾網堵塞或者破口事故，例如同屬BWR機組的美國俄亥俄Perry電站，瑞士Barseback電站，費城Limerick電站以及PWR機組的美國Davis-Besse核電站。

我國大部分運行PWR核電站，基本上都是基于50%濾網堵塞的假設進行設計，而根據美國核管會（NRC）公告表明：50%濾網堵塞假設不夠保守，按照該假設設計的核電站，在LOCA事故工況下，應急堆芯冷卻系統（RIS）和安全殼噴淋系統（EAS）的再循環功能將受到碎片堵塞安全殼濾網的影響，而且這一問題已經得到確認。由此，各國都開始進行新型地坑過濾器的研究，并發展出不同類型的新型過濾器。

2 新型地坑過濾器類型

隨著各國對新型過濾器性能研究的不斷深入，世界各國已經研制出各種新型的地坑過濾器，主要有TRANSCO過濾器、PCI過濾器、ANP/CCI過濾器和COMEX/AECL過濾器等。

2.1 TRANSCO過濾器

TRANSCO過濾器是一種新型的桶式過濾器，可以是多桶式的也可以是單桶式的。

在LOCA事故工況下，攜帶碎片的流體經過濾桶內的濾網進入EAS/RIS循環泵，被濾網攔截留下的碎片就會在濾桶上形成碎片床。TRANSCO多桶過濾器的過濾面積大，單位濾網面積上的碎片量少，可以較少壓損。但是多筒過濾器的內桶和外桶之間的間隙較小，碎片容易積累在內外桶的端面上造成堵塞，單桶式過濾器不存在這樣的缺點，但相對而言過濾面積大大減小，同時也增加了堵塞的風險。

2.2 COMEX/AECL過濾器

COMEX/AECL新型過濾器的過濾單元為拆流板式狀，過濾器由多個折流板狀的過濾單元組成，中間為流向泵西入口的匯流通道。運行時夾帶碎片的水流通過過濾單元后，碎片被過濾并附著在濾網上。COMEX/AECL新型過濾器將過濾單元作為折流板狀，可以增加過濾面積；但當過濾碎片達到一定量時會填滿折流板的凹槽，覆蓋整個過濾板，變成一種簡單的平面過濾，達不到增加過濾面積的目的。

3 方家山核電機組地坑過濾器結構特點及優缺點

3.1 方家山核電機組地坑過濾器結構及布置

方家山核電機組采用的是由法國Bertin公司研制的模塊化折流板式過濾器（圖1）。濾網孔徑為2mm。

方家山地坑過濾器由34個過濾模塊和4個泵的連接裝置組成（A列17個過濾模塊，與RISA和EASA泵相連接，B列17個過濾模塊，與RISB和EASB泵相連接），連接裝置設置在4個泵的吸入口上方與過濾模塊之間。

3.2 方家山核電機組地坑過濾器優點

3.2.1 增大過濾面積

研究表明，隨著過濾面積的增大，壓降顯著降低。說明增大過濾面積是解決地坑過濾器堵塞問題的有效手段。但如果單純只是增加單片濾網面積不僅現場安裝困難，同時也有增加進入下游的碎片數量也會增多，對下游設備造成損壞，因此方家山地坑過濾器采用模塊化過濾單元串聯式設計，使得總體過濾面積增加又不增加單片過濾網面積。endprint

3.2.2 加裝限流器，減少水流對泵體的影響

在每個過濾葉片的底部加裝限流器，限流器的作用是為了控制水的流量，從而避免對泵產生影響，從一列模塊的末端至泵的吸入口位置，限流器的孔徑是逐漸減小的，用以保證水流量的均衡。

3.2.3 冗余設置，滿足單一故障準則

方家山地坑過濾器（EAS005FI/006FI）由兩列相同過濾器組合而成，分別是TRAIN A和TRAIN B系列，TRAIN A與RIS和EAS A列泵相連通，TRAIN B與RIS和EAS B列相連通，每列過濾器均有17個過濾模塊，每個過濾模塊由5個過濾葉片組成。這樣設計是為了滿足單一故障準則，防止共模失效。

3.2.4 模塊化設計，便于檢修

方家山地坑過濾器采用了標準模塊化設計，每個連接裝置上均開設了定期檢查孔，根據QF1-EAS-TPTSL-0013試驗規程要求，每一個換料周期都將進行一次過濾器堵塞檢查，確保安全殼再循環地坑狀態良好，專設系統入口暢通，無阻塞，無污穢物，絲網無破損，這些措施也能有效降低地坑過濾器濾網堵塞風險。

3.3 方家山核電機組地坑過濾器的不足

3.3.1 無反沖洗裝置

由于方家山地坑過濾器并未安裝反沖洗裝置，一旦發生過濾器堵塞問題，無法進行有效去污。

3.3.2 碎片沉淀滯留措施不足

安全殼再循環濾網前并未加裝保護擋板，不能防止油漆涂料層材料或其他碎渣落入或者正好位于濾網前面，避免這些碎渣遷移到濾網。同時可考慮在流道內增加攔污架，攔截裝置等，這些都能使產生的碎片盡可能少地遷移到泵吸入口。

3.3.3 過濾器凹槽處易積聚碎片

折流板式過濾器能增加過濾面積，但由于凹槽處流速較低，碎片容易堆積，當過濾碎片達到一定量時會填滿折流板的凹槽，覆蓋整個過濾板，進而影響過濾效果。

4 結論

壓水堆核電站安全殼地坑過濾器在電廠嚴重事故工況下為防止堆芯熔化、保證安全殼完整性起著關鍵作用。而地坑過濾器堵塞問題是壓水堆核電站普遍存在的安全隱患，因此對它的分析研究顯得尤為重要，方家山核電機組地坑過濾器能滿足當前最新的核安全監管要求，但也有很多可改進之處。目前國際上對安全殼地坑過濾器的研究和試驗還在開展和進行，在比較各類過濾器的優劣之時，不僅有利于豐富我們對地坑過濾器的了解，也會提供給我們解決問題的新思路。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]endprint