田湾核电储罐排气净化系统用高效过滤器国产化研发

王文超　杜彦礼

【摘 要】河南核净洁净技术有限公司自主研发的田湾核电站KPL3系统高效过滤器滤芯是一种新型的高效过滤器滤芯，通过本项目的开发研制实现了该类型过滤器的国产化，并降低该类型过滤器滤芯的采购成本，同时也填补了国内该类型产品的空白。

【关键词】核安全3级；自主研发；填补国内空白

1 主要用途与背景介绍

1.1 主要用途

田湾核电站KPL3系统高效过滤器滤芯主要用于田湾核电站一回路储罐排气净化系统，其功能为将含有放射性液体废物的储罐所排气体中的放射性气溶胶净化处理至低于限定值。

1.2 背景介绍

田湾核电站KPL3系统高效过滤器滤芯原为俄供产品，存在采购价格较高，供货周期长，缺少配套技术服务等问题，产品采购受制于国外厂家。通过本项目的开发研制降低该类型过滤器滤芯的采购成本，并实现该类型过滤器的国产化，填补国内产品的空白。

2 产品相关技术要求

2.1 主要技术指标

2.1.1 设备分级

安全等级：核安全3级

质保等级：QA2

抗震等级：抗震Ⅱ类

2.1.2 环境条件

温度：15～45℃

相对压力：-50Pa

相对湿度：≤90%

体积放射性活度：≤0.1×106Bq/l

2.2 结构设计

高效过滤器滤芯主要由上下端盖、支撑杆、预过滤滤芯、高效滤芯、排水口、密封垫等组成。上下端盖通过支撑杆连接，保证整体刚性；采用两级过滤，预过滤采用金属烧结毡，可去除气溶胶中的大颗粒物质，延长高效滤纸寿命；高效滤芯采用密褶型玻璃纤维纸，结构更加紧凑，相同尺寸可达到更大的过滤面积，保证过滤器整体通风量，延长过滤器寿命。下端盖上设置有排水口，可排出腔体内的凝结水。

3 关键技术与技术难点

3.1 关键技术

田湾核电站KPL3系统高效过滤器滤芯研制的关键技术有以下三个方面：

3.1.1 高效过滤器整体结构设计

原俄供高效过滤器滤芯尺寸较大，重量较重，安装更换操作不便。在满足系统风量要求的前提下，优化过滤器整体结构，减小过滤器尺寸，减轻过滤器重量，满足抗震要求，同时改进过滤器安装方式，满足原设备接口要求，是本项目过滤器设计的一项关键技术。

3.1.2 滤芯设计

滤芯材质及结构直接影响过滤器的效率、阻力、容尘量、使用寿命等关键指标，滤材的选型，滤材的成形、密封工艺，是本项目的关键技术之一。

3.1.3 排水口滤材选型

排水口的功能要求为：既可排出腔体内的凝结水，又能过滤气溶胶，保证整机的过滤效率。在之前的过滤器产品中从未涉及到该结构，没有相关设计经验。选择什么样的排水口滤材来保证排水口的功能要求，是本项目的一项关键技术。

3.2 技术难点

田湾核电站KPL3系统高效过滤器滤芯研制的技术难点主要有以下两个方面：

3.2.1 滤芯设计

常规核电通风高效过滤器使用寿命不超过1年，本项目中要求过滤器设计寿命为在正常工况下，未使用过的滤芯安装在系统中使用1.5年后，其阻力不超过1.0kPa，过滤效率不低于99.9%（荧光素钠法）。

为保证过滤器寿命，主要采取了两方面措施：第一，增加高效滤纸过滤面积，增大容尘量；第二，增设预过滤段，滤除大颗粒物质，延长高效滤纸寿命。在预过滤段滤材的选型上，我们采用理论数据分析与试验相结合的方法，最终选定20μm不锈钢烧结毡作为预过滤滤材，整体初始阻力达到了理想的效果。

3.2.2 排水口设计

本项目中过滤器使用环境湿度较大，需设置排水口，其功能要求为：既可排出腔体内的凝结水，又能过滤气溶胶，保证整机的过滤效率。该结构在之前的过滤器设计中从未涉及。

为实现排水口功能，我们筛选了多种滤材。常规的玻璃纤维高效滤纸常压下不具有透水性，而效率相对较低的玻纤毡、玻纤纸和玻璃棉透水性较好。通过进一步的试验玻纤毡和玻纤纸无论采用什么样的填充方法，对气溶胶的过滤效率均不能满足要求，而玻璃棉对气溶胶的过滤效率可满足高效过滤器的要求。最终我们选定玻璃棉为排水口内的填充滤材。

4 创新性与先进性

4.1 创新点

田湾核电站KPL3系统高效过滤器滤芯国产化研制项目的技术创新点主要有以下四点：

1）优化了高效过滤器结构

原设备尺寸较大，重量较重，安装方式较为繁琐，需借助安装框架将过滤器固定密封在罐体中，操作人员劳动强度及安装更换所需空间较大；优化后的过滤器结构减小了过滤器尺寸，减轻了过滤器重量，安装更换更为便捷，减轻了人员劳动强度，缩短了工作时间。

2）过滤器与法兰连接设置不脱出螺栓

过滤器上端盖与法兰的连接采用不脱出螺栓，避免了安装更换过程中螺栓脱落，降低了操作风险。

3）过滤器滤芯设置两级过滤

过滤器采用两级过滤，预过滤采用金属烧结毡，可去除气溶胶中的大颗粒物质，延长高效滤纸寿命；高效滤芯采用密褶型玻璃纤维纸，结构更加紧凑，相同尺寸可达到更大的过滤面积，保证过滤器整体通风量，延长过滤器寿命。

4）过滤器底部设置排水口结构

原俄供高效过滤器排水口设置在安装框架的下法兰上，过滤器本身不带有排水功能。本项目中将排水口与过滤器设计为一体，排水口设置在过滤器底部，排水口内填充玻璃棉作为滤材，既可排出腔体内的凝结水，又能过滤气溶胶，保证整机的过滤效率。

4.2 先进性

本项目研制的高效过滤器，其先进性体现在以下几个方面：

1）过滤效率、初阻力性能优良

技术规格书要求过滤效率同时满足0.3μm计数法≥99.97%及荧光素钠法≥99.9%，初阻力<0.325Pa。样机实测过滤效率达0.3μm计数法99.995%以上，荧光素钠法99.995%，初阻力<0.12Pa，明显优于技术规格书所要求的性能参数。

2）优化过滤器结构，便于安装更换

原俄供高效过滤器滤芯尺寸较大，重量较重，安装更换操作不便。本项目所设计过滤器尺寸更小，重量更轻，安装方式更合理，便于人员操作，减轻了劳动强度。

3）两级滤芯设计，使用寿命更长

本项目过滤器滤芯设计为预过滤滤芯及高效滤芯，预过滤采用金属烧结毡，可去除气溶胶中的大颗粒物质，延长高效滤纸寿命；高效滤芯采用密褶型玻璃纤维纸，结构更加紧凑，相同尺寸可达到更大的过滤面积，保证过滤器整体通风量，延长过滤器寿命。

5 应用和效益

田湾核电站KPL3系统现有高效过滤器为俄罗斯进口产品，产品采购受制于国外厂家。本项目的顺利研发打破国外厂家的垄断局面，填补了国内自主供货的空白，在核电快速发展的道路上迈出了坚实的一步。

初步估算，该滤芯的成功研制，大大降低滤芯采购成本，采购价不超过1.5万元人民币/台，采购周期3个月，降低滤芯库存数量，避免长期存放导致的失效问题。田湾1、2、3、4号机组KPL3系统采用国产化滤芯可节约采购费用约1650万元。

[责任编辑：杨玉洁]