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CN107945898B - 一种一体化干式放射性气溶胶过滤装置 - Google Patents

一种一体化干式放射性气溶胶过滤装置 Download PDF

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CN107945898B CN201711272638.0A CN201711272638A CN107945898B CN 107945898 B CN107945898 B CN 107945898B CN 201711272638 A CN201711272638 A CN 201711272638A CN 107945898 B CN107945898 B CN 107945898B
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李娜
孙中宁
丁铭
谷海峰
周艳民
孙悦
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Abstract

本发明为一种一体化干式放射性气溶胶过滤装置，包括中心腔室1、金属纤维过滤器2、接口段3、扩张段4、银沸石过滤器5、收缩段6、爆破膜7、出口管8、承压壳体9、入口10、端部腔室11、凝液排放管12、换热管13、金属纤维过滤器疏液管14、节流降压孔板15、均流孔板16；金属纤维过滤器2完成被过滤混合气体的除湿和除尘过程，银沸石过滤器5通过化学反应去除被过滤混合气体中的放射性碘。本发明采用一体化结构，运行压力高，可有效减小银沸石过滤器5体积，降低设备生产成本。本发明采用爆破膜7的非能动设计，结构简单，运行安全，可靠性高。本发明整体结构简单，体积较小，经济性好，可以比较方便地进行布置、安装、维修。

Description

一种一体化干式放射性气溶胶过滤装置
技术领域
本发明属于核反应堆安全技术领域，具体涉及一种一体化干式放射性气溶胶过滤装置。
背景技术
核电站安全壳是防止放射性产物释放到环境中的最后一道屏障，它的完整性对于环境保护发挥着重要的作用。安全壳过滤排放系统通过主动卸压排放使安全壳内的压力不超过其承载限值，从而确保安全壳的完整性，同时，通过安装在卸压管线上的过滤装置对排放气体中的放射性物质进行过滤，防止放射性物质对环境造成严重危害。国外对安全壳过滤排放装置的研究起步较早，例如砂床过滤排放系统、湿式过滤器等。我国在这方面的研究起步较晚，从在第十四届全国核反应堆热工流体学术会议论文《文丘里洗涤器去除气溶胶特性实验研究》和《原子能科学技术》第47卷第11期中报导的《气态甲基碘去除特性实验研究》等文献中来看，水洗式文丘里过滤器，对于严重事故后的气溶胶和碘的过滤效率很高，但对于放射性甲基碘的过滤效率尚达不到安全排放指标要求，仅依靠配制的水洗化学溶液并不能够有效去除甲基碘。为了有效去除放射性甲基碘，可采用载银沸石作为吸附材料应用在过滤排放系统中。使用载银沸石作为吸附剂在化工领域已有应用。
专利CN100509138C提出采用载银耐酸性沸石，吸附除去乙酸酐产品中的微量碘化物。该法对不同尺寸的碘化物分子都有高的吸附作用，可有效去除乙酸酐粗产品中的无机与/或有机碘化物以及/或分子碘，去除效率在99％以上。专利CN106554272A提出采用银沸石可脱除有机酸中的碘离子，以一种通过真空浸渍法制备的载银分子筛作为吸附剂，使有机酸以一定速度通过吸附剂，可有效去除碘离子且银离子不易脱落。故可采用银沸石通过化学反应除去气体中的放射性核素碘-131，但由于其固有的亲水性，其过滤效率受湿度的影响非常大。因此，如何在过滤排放系统启动初期，提高银沸石去除甲基碘的效率是目前国际上函待解决的技术难题之一。
提高银沸石去除甲基碘的效率需要有以下几个条件:蒸汽处于过热状态；混合气体流速低；银沸石滤层厚度大；启动前对设备预热。
发明内容
针对目前现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种结构简单、运行安全的一体化干式放射性气溶胶过滤装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明为一种一体式干式放射性气溶胶过滤装置，包括中心腔室1、金属纤维过滤器2、接口段3、扩张段4、银沸石过滤器5、收缩段6、爆破膜7、出口管8、承压壳体9、入口10、端部腔室11、凝液排放管12、换热管13、金属纤维过滤器疏液管14、节流降压孔板15、均流孔板16；其特征在于：所述的承压壳体9内部结构对称，入口10在承压壳体9两端，金属纤维过滤器2居中布置，银沸石过滤器5在承压壳体9两端，银沸石过滤器5内安装换热管13；金属纤维过滤器2、银沸石过滤器5之间以接口段3、扩张段4连接；银沸石过滤器5外壁与承压壳体9内壁焊接在一起，将承压壳体9内部分隔成中心腔室1、端部腔室11；出口管8在端部腔室11，出口管8上有爆破膜7，出口管8通过收缩段6与银沸石过滤器5连接；中心腔室1底部、端部腔室11底部分别设置凝液排放管12；金属纤维过滤器2中包括预过滤层和精过滤层，预过滤层与金属纤维过滤器疏液管14连接；凝液排放管12和金属纤维过滤器疏液管14穿过承压壳体9底部。
所述的接口段3、扩张段4中分别设置节流降压孔板15和均流孔板16。
所述的银沸石过滤器5采用热交换器结构，通过银与碘的化学反应除去放射性核素碘-131；换热管13采用交叉布置的结构。
所述的换热管13有微小的倾斜度。
所述的银沸石过滤器5的厚度不低于5cm。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明采用银沸石吸附的方法，有效除去气体中的放射性物质，换热管13能够有效预热且持续加热银沸石过滤器5，提高装置运行可靠性。
本发明设计的银沸石过滤器5能有效除去放射性气体中含有的碘-131，使过滤后的气体达到环境排放标准。
本发明中的节流降压孔板15，使被过滤混合气体中的蒸汽处于过热状态，同时采用带有均流孔板16的扩张段4可使气体在降速的同时，使流量均匀分配，避免局部流速过高引起的局部去除效率过低的问题。
本发明采用一体化布置结构，可以有效减小银沸石过滤器5的体积，降低生产成本；
本发明中的爆破膜7可以实现本发明的自动开启，运行安全，可靠性高。
本发明整体结构简单，体积较小，经济性好，可以比较方便地进行布置、安装、维修。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明提供的一种一体化干式放射性气溶胶过滤装置主要由中心腔室1、金属纤维过滤器2、接口段3、扩张段4、银沸石过滤器5、收缩段6、爆破膜7、出口管8、承压壳体9、入口10、端部腔室11、凝液排放管12、换热管13、金属纤维过滤器疏液管14、节流降压孔板15、均流孔板16组成。
承压壳体9内初始填充常压氮气。出口管8的出口处由爆破膜7控制其开启压力。在压差作用下，高温高压的待过滤混合气体初期由两端的入口10进入端部腔室11，再通过换热管13进入中心腔室1，通过表面对流换热对银沸石过滤器5、金属纤维过滤器2进行预热，其中混合气体中的水蒸气凝结放热，凝液通过凝液排放管12排到承压壳体9外。随着待过滤气体持续进入承压壳体9内，承压壳体9内压力逐渐升高，当承压壳体9内的压力超过下游管道上爆破膜7的设定压力(0.5MPa)后，爆破膜7打开，预热工况结束，过滤排放工况开始进行。
待过滤气体首先进入金属纤维过滤器2，从两侧的接口段3流出，金属纤维过滤器2采用预过滤层和精过滤层两级串联的方式，通过预过滤层去除混合气体中携带的大量微米级小液滴和气溶胶颗粒，通过精过滤层进一步去除粒径更小的气溶胶。过滤后杂质通过金属纤维过滤器疏液管14排出。
含有放射性碘的干蒸汽通过接口段3和扩张段4进入银沸石过滤器5中。接口段3内设置有降压节流孔板15，使混合气体中的蒸汽处于过热状态。从降压节流孔板15流出的射流进入扩张段4，由于流通截面扩大，流速减缓。扩张段4内设置有二次均流孔板16，使流体进入银沸石过滤器5时流通截面内各处流速基本相等。由于银沸石过滤器5内流通截面相较扩张段4面积更大，流速进一步减缓，混合气体中的放射性物质碘与银沸石充分接触，通过化学反应将放射性碘去除。之后清洁的气体进入收缩段6，最后通过出口管8排出。
银沸石过滤器5采用热交换器的结构形式，过滤器内部有交叉的换热管13，换热管13外和银沸石过滤器5壳体之间填充银沸石。被过滤混合气体在流动过程中会持续不断地对银沸石进行加热，从而保证了在整个运行过程中银沸石始终处于被加热状态，这样一方面能够实现预热，另一方面也缓解了因部分蒸汽冷凝造成的银沸石去除放射性碘效率低的问题。
银沸石过滤器5中银沸石滤层的厚度不低于5cm，基于设备的空间要求，可以适当增加滤层厚度，增加放射性混合气体与银沸石的接触时间，提高过滤效率。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种一体式干式放射性气溶胶过滤装置，包括中心腔室(1)、金属纤维过滤器(2)、接口段(3)、扩张段(4)、银沸石过滤器(5)、收缩段(6)、爆破膜(7)、出口管(8)、承压壳体(9)、入口(10)、端部腔室(11)、凝液排放管(12)、换热管(13)、金属纤维过滤器疏液管(14)、节流降压孔板(15)、均流孔板(16)；其特征在于：所述的承压壳体(9)内部结构对称，入口(10)在承压壳体(9)两端，金属纤维过滤器(2)居中布置，银沸石过滤器(5)在承压壳体(9)两端，银沸石过滤器(5)内安装换热管(13)；金属纤维过滤器(2)、银沸石过滤器(5)之间以接口段(3)、扩张段(4)连接；银沸石过滤器(5)外壁与承压壳体(9)内壁焊接在一起，将承压壳体(9)内部分隔成中心腔室(1)、端部腔室(11)；出口管(8)在端部腔室(11)，出口管(8)上有爆破膜(7)，出口管(8)通过收缩段(6)与银沸石过滤器(5)连接；中心腔室(1)底部、端部腔室(11)底部分别设置凝液排放管(12)；金属纤维过滤器(2)中包括预过滤层和精过滤层，预过滤层与金属纤维过滤器疏液管(14)连接；凝液排放管(12)和金属纤维过滤器疏液管(14)穿过承压壳体(9)底部。
2.根据权利要求1所述的一种一体式干式放射性气溶胶过滤装置，其特征在于：所述的接口段(3)中设置节流降压孔板(15)，扩张段(4)中设置均流孔板(16)。
3.根据权利要求1所述的一种一体式干式放射性气溶胶过滤装置，其特征在于：所述的银沸石过滤器(5)通过银与碘的化学反应除去放射性核素碘-131；换热管(13)采用交叉布置的结构。
4.根据权利要求1所述的一种一体式干式放射性气溶胶过滤装置，其特征在于：所述的换热管(13)有微小的倾斜度。
5.根据权利要求1所述的一种一体式干式放射性气溶胶过滤装置，其特征在于：所述的银沸石过滤器(5)的厚度不低于5cm。
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