大亞灣核電基地碘吸附器效率試驗方法改進研究

李彥樟　杜建興　王稹　俞杰　孔海霞　陳建利　韓明　吳波

【摘 要】本文針對法國和美國碘吸附器效率試驗標準方法使用的局限性，采用中國輻射防護研究院建立的碘吸附器效率驗證方法，在大亞灣核電基地進行現(xiàn)場試驗驗證，結(jié)果表明改進的甲基碘法和環(huán)己烷法具備現(xiàn)場應(yīng)用的能力，可減少安全隱患、降低運營成本、實現(xiàn)碘吸附器通風系統(tǒng)凈化系數(shù)高效的檢驗。

【關(guān)鍵詞】碘吸附器;效率試驗;甲基碘法;非劇毒;環(huán)己烷;現(xiàn)場驗證

中圖分類號： X831文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）18-0068-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.034

0 引言

為確保碘吸附器的持續(xù)正常運行，使其吸附效率維持在99%以上，需在規(guī)定的時間內(nèi)對相關(guān)通風系統(tǒng)中安裝的碘吸附器進行效率試驗，以檢驗該碘吸附器通風系統(tǒng)對各種形態(tài)氣載放射性碘的吸附效率，使其滿足相應(yīng)核電廠制定的《核安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備定期試驗監(jiān)督大綱》要求。

1 法國標準碘吸附器效率試驗方法改進

基于法國碘吸附器效率試驗規(guī)定的AFNOR M62-206試驗標準[1]以及中國核行業(yè)標準EJ/T 1183—2005[2]建立的放射性甲基碘法[3]，其主要應(yīng)用于按法國標準設(shè)計建設(shè)的核電廠，該方法以放射性Na131I（碘化鈉）口服液和（CH3）2SO4（硫酸二甲酯）反應(yīng)生成的氣體CH3131I（甲基碘）作為示蹤劑，其反應(yīng)原理如式（1）。

Na131I+（CH3）2SO4→CH3131I+Na2SO4（1）

該方法具有直接得出受試系統(tǒng)凈化系數(shù)的優(yōu)點，直觀的給出碘吸附器對碘的去除效率。大亞灣核電基地自商運以來一直采用甲基碘法定期進行碘吸附器效率試驗。但傳統(tǒng)的甲基碘法需使用劇毒化學品——硫酸二甲酯作為甲基化試劑，為了提高反應(yīng)液中131I的利用率，減少反應(yīng)殘液中131I活度，在使用過程中采用向反應(yīng)液中添加過量硫酸二甲酯的方式。因此試驗殘液中除含有剩余的放射性131I、硫酸二甲酯水解產(chǎn)生的硫酸和甲醇和未離開反應(yīng)液的產(chǎn)物甲基碘外，還含有過量的硫酸二甲酯。

針對這一問題，中國輻射防護研究院（以下簡稱中輻院）采用非劇毒化學品三甲基氯硅烷、磷?；宜崛柞ヅc碘化鈉溶解在乙腈中反應(yīng)生成甲基碘[4]，其反應(yīng)原理如式（2），式中Me代表甲基。

使用非劇毒化學品替代劇毒化學品硫酸二甲酯與碘化鈉反應(yīng)生成甲基碘，在保證碘吸附效率實驗順利進行的同時避免了劇毒化學品的儲存、使用問題。該方法已在大亞灣核電基地成功應(yīng)用。

2 美國標準碘吸附器效率試驗方法改進

基于美國碘吸附器效率試驗ANSI/ASME N510-2007試驗標準[5]以及國內(nèi)核行業(yè)標準EJ/T 791-2014[6]建立的氟利昂法，其主要應(yīng)用于按照美國標準設(shè)計建設(shè)的核電廠，該方法將致冷劑一氟三氯甲烷（R-11）和二氟二氯甲烷（R-12）作為示蹤劑。該類示蹤劑在常溫下是無色氣體或易揮發(fā)液體，具有生物毒性低、化學性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕性、易于檢測等優(yōu)點。該方法被廣泛的應(yīng)用于碘吸附器的調(diào)試試驗和定期試驗。

按照美國標準設(shè)計的碘回路通風系統(tǒng)均設(shè)置了和碘吸附器同步運行的旁路活性炭樣杯，除定期采用氟利昂法進行試驗回路的機械密封性試驗外，還需將旁路樣杯中的活性炭送至中輻院進行檢測分析，試驗周期長。同時，氟利昂作為可引起溫室效應(yīng)和破壞大氣臭氧層的試劑。因此，該方法無法在核電廠繼續(xù)正常使用。

為應(yīng)對此應(yīng)用難題，中輻院在氟利昂法的基礎(chǔ)上建立了環(huán)己烷法[7]，該方法利用易揮發(fā)性物質(zhì)環(huán)己烷作為示蹤劑檢測受試系統(tǒng)機械密封性。試驗時，將環(huán)己烷氣體示蹤劑在受試系統(tǒng)注入點以脈沖形式注入，同時啟動采樣器分別將上、下游氣體樣品收集至氣體采樣袋內(nèi)，使用PID氣相色譜儀分別測量上、下游氣體濃度，使用公式（3）計算得出泄漏率L。

式中，Cup為上游環(huán)己烷氣體平均濃度，Cdown為下游環(huán)己烷氣體平均濃度。

無毒無害環(huán)己烷的使用在繼承了氟利昂法優(yōu)點的同時避免了氟利昂對環(huán)境破環(huán)的問題，且可直接測出上、下游氣體平均濃度，簡化了氟利昂法需要多次采樣計算平均濃度的試驗過程。環(huán)己烷法使用PID氣相色譜儀測量示蹤劑平均濃度，儀器探測限更低，結(jié)果更準確。

3 大亞灣基地碘吸附器效率試驗方法驗證

目前針對大亞灣核電基地的主控制室空調(diào)系統(tǒng)（DVC）、應(yīng)急指揮中心空調(diào)系統(tǒng)（DWG）等碘吸附器使用量較少、有人員長期駐留的應(yīng)急系統(tǒng)，使用環(huán)己烷法檢驗受試系統(tǒng)的機械密封性，同時采取定期更換碘吸附器的方法保證碘吸附器內(nèi)活性炭可以滿足碘去除率需求;其余碘吸附器數(shù)量較多、日常使用較為頻繁且所處環(huán)境無人員長期駐留的系統(tǒng)使用改進的放射性甲基碘法檢驗受試系統(tǒng)碘吸附器除碘效率。

3.1 改進的甲基碘法的現(xiàn)場驗證

改進法在上游生成CH3131I的放射性活度均能達到1×104Bq，滿足放射性甲基碘法生成CH3131I試驗的要求，且在同一系統(tǒng)上與原試驗方法得出的凈化系數(shù)基本一致，說明該方法可有效的替代劇毒硫酸二甲酯甲基碘法。目前，該方法已成功應(yīng)用于大亞灣核電基地通風系統(tǒng)的碘吸附器效率試驗，相比于原方法無需對原有設(shè)備進行任何的改變，降低了核電廠在試劑儲存和使用方面的管理成本，同時也降低了操作人員在試驗過程以及殘液處置過程的風險。

3.2 環(huán)己烷法的現(xiàn)場驗證

將放射性甲基碘法、氟利昂法和環(huán)己烷法在嶺澳核電廠（一期）應(yīng)急指揮中心EM樓通風系統(tǒng)碘吸附器L0DWM114PI系統(tǒng)上進行了對比試驗，結(jié)果見表（1）。

氟利昂法和環(huán)己烷法試驗結(jié)果基本一致，與放射性甲基碘法結(jié)果也吻合一致。因此環(huán)己烷法可成功用于核電廠碘吸附器效率試驗。但大亞灣核電基地的機組并非按照美國標準設(shè)計建設(shè)，其碘吸附器通風系統(tǒng)上并未設(shè)計同步運行的旁路樣杯，因此無法確定系統(tǒng)中碘吸附器內(nèi)活性炭的除碘性能。針對這一特點，大亞灣核電基地采取定期更換碘吸附器的方法來保證活性炭的除碘性能可滿足碘去除效率需求。目前，環(huán)己烷法已成功應(yīng)用于大亞灣核電基地人員可居留空間定期碘吸附器效率試驗。

4 總結(jié)

基于原有法國標準AFNOR M62-206規(guī)定的的放射性甲基碘法和美國標準ANSI/ASME N510-2007規(guī)定的氟利昂法，結(jié)合大亞灣核電基地在核電運營過程中遇到的應(yīng)用問題，中輻院開發(fā)出了替代放射性甲基碘法和環(huán)己烷法，并通過對比試驗，成功應(yīng)用于大亞灣核電基地。

【參考文獻】

[1]AFNOR Standard. NF M62-206，Nuclear Ene-rgy，nuclear ventilation installation，Method of control of the scrubbing coefficient of iodine traps[S].France：AFNOR，1984.

[2]中國輻射防護研究院.EJ/T 1183-2005核空氣凈化系統(tǒng)碘吸附器凈化系數(shù)的測定放射性甲基碘法[S].北京：中國核工業(yè)總公司，2005.

[3]梅瑛.碘吸附器的現(xiàn)場試驗——放射性甲基碘法[J].核技術(shù)，2008，31（4）：288-292.

[4]孔海霞，杜建興，丘丹圭，等.用非劇毒試劑制備氣態(tài)放射性甲基碘在碘吸附器檢驗中的初步應(yīng)用[J].輻射防護，2012，32（4）：222-227.

[5]The American Society of the Mechanical Engineers.ASME N510-2007，Testing of nuclear air-cleaning systems[S].New York：ASME，2007.

[6]上海核工程研究設(shè)計院.EJ/T791核空氣凈化系統(tǒng)的現(xiàn)場檢驗[S].北京：核工業(yè)標準化研究所，2014：10-11.

[7]俞杰，杜建興，王龍江，等.環(huán)己烷在碘吸附器活性炭床上的解吸行業(yè)研究[J].輻射防護，2018，38（2）：84-89.