安全壳过滤排放系统中固体粉末气溶胶发生装置设计与性能研究.docxVIP

科技导报2017，35（13）

安全壳过滤排放系统中固体粉末气溶胶发生装置设计与性能研究

周夏峰1，谷海峰2

1.华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074

2.哈尔滨工程大学核科学与技术学院，哈尔滨150001

摘要在进行安全壳过滤排放系统对气溶胶过滤性能的测试实验时，针对现有固体粉末气溶胶发生装置不能用于高压配送系统的缺点，本文设计了一种能够应用于高压系统、黏性粉末配送的双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，它不仅能够配送满足要求的气溶胶，还实现了高压在线连续供粉功能。经过实验验证，气溶胶配送量的相对误差在15%以内，满足研究要求。

关键词严重事故；安全壳过滤排放系统；气溶胶；气溶胶发生装置

德国的核电站风险分析中指出，90%以上的严重事故都可能引起安全壳的晚期超压，从而破坏安全壳的完整性[1]。为了维持安全壳的完整性，目前核电站一般都采用安全壳过滤排放系统作为重要的事故缓解策略，当安全壳内部的压力达到安全壳过滤排放系统的设定压力时，其通过主动卸压的方式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。福岛核事故之后，为了防止安全壳超压，发生类似事故，安全壳过滤排放系统更成为众多核电站必备安装设备之一。由于发生严重事故时，大量挥发性裂变产物、结构材料和控制棒材料会以气溶胶的形式释放到安全壳大气中，如果直接向环境中排放，则会对环境造成巨大的危害。因此，安全壳过滤排放系统在主动泄压的同时，需要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气溶胶进行有效过滤，防止放射性气溶胶污染环境[2]。根据以上论述可知，安全壳过滤排放系统要想安全、可靠地实现主动泄压，就需要过滤装置对放射性气溶胶进行高效过滤。因此，在研制安全壳过滤排放系统时的一个重要内容就是进行气溶胶的过滤效率验证实验[3]。

在安全壳过滤排放系统的过滤性能测试实验中，如何将气溶胶配送入实验回路，是一个迫切需要解决的问题，因此需要利用气溶胶发生装置将气溶胶配入实验回路，从而模拟安全壳大气中气溶胶的特性，完成效率测试。目前，国内常用的固体粉末气溶胶发生装置是国外研发的几款成型产品，包括德国BEG1000[4]、RBG系列气溶胶发生器[5]和美国

TSI3400A型气溶胶发生器[6,7]等，现有的气溶胶发生装置主要有链条喷嘴式、旋转刷式和流化床式。在国内，气溶胶发生装置研制尚未成熟，仅有一些专利“一种固体颗粒气溶胶发生装置”[8]（200520114532.4），“转盘式粉末气溶胶发生装置”[9]（201010136283.4），“齿带式粉末气溶胶发生装置”[10]（201120050150.5）和“粉尘气溶胶发生装置”[11]（CN201010101408.X）中提到固体颗粒气溶胶发生装置。但以上发生装置的出口压力低（最大出口压力不超过0.3MPa）、携带粉末的样品不能满足本实验要求等问题，使得其不能用于安全壳过滤排放系统的过滤性能测试实验中。因此需要设计专门的气溶胶发生装置，满足安全壳过滤排放系统性能测试的实验要求。

1设计指标及原理

由文献[12]~[14]可知：安全壳过滤排放系统的启动压力大约为0.5~0.65MPa，并且要求该系统至少连续24h对安全壳内排出的放射性气溶胶进行有效过滤。因此，实验中所需气溶胶发生装置，应能够连续至少24h不间断地向压力可达0.65MPa的实验回路中配入所需气溶胶。同时，安全壳过滤排放系统回路主管道的最大流量为500m3/h，结合主管道所需的气溶胶浓度，即可计算出气溶胶发生装置每分钟需要向实验回路主管道内配送的气溶胶质量，并根据实验用气溶胶的特性及本实验的特点，总结出气溶胶发生装置的设计指标[15]如下。

工作压力：0.1~0.65MPa；

收稿日期：2017-03-05；修回日期：2017-06-23

作者简介：周夏峰，讲师，研究方向为核能科学与工程，电子信箱：zhouxiafeng@hust.edu.cn

引用格式：周夏峰,谷海峰.安全壳过滤排放系统中固体粉末气溶胶发生装置设计与性能研究[J].科技导报,2017,35(13):18-23;doi:10.3981/j.issn.1000-7857.2017.11.002

18

科技导报2017，35（13）

连续运行时间≥24h；

配送气溶胶粉末种类：BaSO4、TiO2；

配送气溶胶的质量流量：≤8g/min；

配送气溶胶质量中值直径