CN104143368B - 核电站放射性废气处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站放射性废气处理系统，其包括气体冷却器、气水分离器、压缩机、延滞处理单元和放射性监测控制装置，气体冷却器通过进气管线与上游系统管线相连接，气水分离器、压缩机、延滞处理单元和放射性监测控制装置依次通过管线串联连接在气体冷却器的下游。本发明核电站放射性废气处理系统通过在延滞处理单元前设置压缩机，有效地增大了系统的运行压力，大幅提升了吸附剂对气体的吸附系数，延长了放射性气体的滞留衰变时间，因此数倍地增大了系统的放射性废气处理能力，提高了放射性废气处理效率，极大地提升了系统的适用范围和处理效果，具有较强的推广应用前景。

Description

核电站放射性废气处理系统

技术领域

本发明属于核电站废气处理领域，更具体地说，本发明涉及一种放射性废气处理系统。

背景技术

在核电站正常运行和维修期间，核电站会产生放射性的废气。根据废气来源和组成的不同，核电站放射性废气分为含氧废气和含氢废气两大类。其中，含氧废气来源于各种放射性液体暂存箱的箱体排气，主要包含氧气、氮气、少量的碘和气溶胶微粒，这部分废气的放射性水平较低，一般通过核岛辅助厂房通风系统处理后即可排放；而含氢废气来源于一回路反应堆冷却剂，主要包含放射性气态同位素氪和氙，还包括氢气和氮气，由于这部分废气放射性水平较高，所以必须经过严格处理后才能向外界排放。

对于含氢废气，目前主要有以下两种处理工艺：

一是衰变箱加压贮存工艺：这种工艺是首先利用压缩机对含氢废气进行压缩，然后送入衰变箱密闭衰变；在贮存大约45～60天后，当废气的放射性满足排放要求时，开启排气控制隔离阀，将废气排往核辅助厂房通风系统并向外界排放。衰变箱加压贮存衰变工艺具有系统结构简单、处理工艺成熟等优点，但是由于系统中设置了大量的废气衰变箱和压缩机，这些设备体积庞大且高压易导致气体泄漏，会造成放射性的非受控释放；

二是常规活性炭延滞处理工艺：这种工艺利用活性炭对不同气体具有选择性吸附的特点，这一特点使放射性废气流经活性炭床时，气流中的放射性核素会在活性炭中历经吸附解吸过程；在此过程中，氢气、氮气将快速穿过活性炭层流出，而气态放射性核素的放射性也得到了充分地衰变，从而大大地降低了废气的放射性活度。常规活性炭延滞处理工艺具有设备占用空间小、操作相对简单的特点，但是由于废气仅依靠上游气源压力通过整个系统，导致系统运行压力较低，吸附剂对气体的吸附系数较小，因此放射性废气的衰变时间较短；同时，该工艺不适合处理气体流量较大的废气，适用范围相对较窄。

有鉴于此，确有必要提供一种可用性更强、处理效果更好的核电站放射性废气处理系统。

发明内容

本发明的目的在于：针对常规活性炭延滞处理工艺吸附剂吸附系数较小、废气处理流量较低的缺点，提供一种可用性更强、处理效果更好的核电站放射性废气处理系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站放射性废气处理系统，其包括气体冷却器、气水分离器、压缩机、延滞处理单元和放射性监测控制装置，所述气体冷却器通过进气管线与上游系统管线相连接，气水分离器、压缩机、延滞处理单元和放射性监测控制装置依次通过管线串联连接在气体冷却器的下游。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述压缩机将气流压力增大至表压为20kPa～200kPa。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述延滞处理单元包括一台前置保护床和至少两台吸附床，前置保护床通过管线串联连接在压缩机的下游，至少两台吸附床依次串联连接在前置保护床和放射性监测控制装置之间。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，在所述前置保护床的入口管线上设置有压力监测仪表和温度监测仪表。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，在最上游吸附床的入口管线上设置有温度监测仪表和湿度监测仪表。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述吸附床的形状为I型、W型、M型或S型，并采用活性炭作为吸附剂。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，还包括气体浓度分析包，气体浓度分析包通过气体取样管线连接至废气处理系统中不同设备之间的连接管线上，对各取样点处的气流相关参数进行选择性监测，所述气流相关参数包括但不限于气体中氢氧浓度、放射性活度以及气体湿度。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，在所述延滞处理单元的入口管线上设置有连接至气体浓度分析包的第一气体取样管线，第一气体取样管线监测气流中的氢气和氧气浓度；在延滞处理单元的出口管线上设置有连接至气体浓度分析包的第二气体取样管线，第二气体取样管线监测分析气体湿度、放射性活度、微粒和氚浓度，以核实延滞处理单元对气体的处理效果。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，还包括第一气体缓冲罐和第二气体缓冲罐；第一气体缓冲罐设置于气体冷却器与上游系统管线之间、并通过进气管线与上游系统管线相连接；第二气体缓冲罐位于气水分离器和压缩机之间的管线上。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述气水分离器、延滞处理单元、第一气体缓冲罐和第二气体缓冲罐的底部均设有连接至放射性液体废物处理系统的疏水管线。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，还包括位于放射性监测控制装置下游管线上的电厂烟囱，电厂烟囱直接与大气连通而将处理合格的气体排入环境中。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述放射性监测控制装置上设有自动控制的阀门，当监测到流经放射性监测控制装置的气体放射性活度超出排放限值要求，或是下游电厂烟囱的通风系统流量不足时，放射性监测控制装置的阀门自动关闭。

与现有技术相比，本发明核电站放射性废气处理系统通过在延滞处理单元前设置压缩机，有效地增大了系统的运行压力，从而大幅提升了吸附剂对气体的吸附系数，延长了放射性气体的滞留衰变时间，因此数倍地增大了系统的放射性废气处理能力，提高了放射性废气处理效率，极大地提升了系统的适用范围和处理效果，具有较强的推广应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站放射性废气处理系统及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核电站放射性废气处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1，本发明核电站放射性废气处理系统包括第一气体缓冲罐1、气体冷却器2、气水分离器4、第二气体缓冲罐5、压缩机6、前置保护床7、吸附床8、放射性监测控制装置9、电厂烟囱10和气体浓度分析包11。其中，气体冷却器2采用水冷式或空冷式热交换器；气水分离器4的吸附剂采用硅胶、活性炭等介质；前置保护床7和吸附床8组成延滞处理单元而对废气进行处理；前置保护床7采用活性炭、硅胶等吸附剂；吸附床8的数量至少为两台，形状为I型、W型、M型和S型等形式，所用吸附剂为活性炭等有效介质。

第一气体缓冲罐1通过进气管线100与上游系统管线相连接；气体冷却器2、气水分离器4、第二气体缓冲罐5、压缩机6、前置保护床7、至少两台吸附床8、放射性监测控制装置9和电厂烟囱10依次通过管线串联连接在第一气体缓冲罐1的下游，电厂烟囱10的排气口直接与大气连通。

在前置保护床7的入口管线上设置有压力监测仪表70和温度监测仪表72，以防止床体着火和床体压降过大。在最上游的吸附床8的入口管线上设置有温度监测仪表80、湿度监测仪表82和控制阀门86，以防止床体着火以及吸附剂吸湿失效。

另外，前置保护床7的入口管线上设置有连接至气体浓度分析包11的第一气体取样管线112，以监测气流中的氢气和氧气浓度，避免爆炸风险；在前置保护床7和每台吸附床8的出口管线上，分别设置有连接至气体浓度分析包11的第二气体取样管线113，以监测分析流经相应位置的气体的湿度、放射性活度、微粒和氚浓度，核实前置保护床7和吸附床8对气体的处理效果。

本发明核电站放射性废气处理系统的使用过程为：

1)上游系统排出的放射性废气首先经进气管线100输入第一气体缓冲罐1，第一气体缓冲罐1收集放射性废气并对气流的压力进行缓冲平衡，同时起到初步的疏水作用；

2)经第一气体缓冲罐1缓冲压力、初步疏水后的放射性废气，依次流入气体冷却器2和气水分离器4，气体冷却器2对废气进行冷却，以便于气水分离器4进一步去除气体中携带的水分；

3)经气水分离器4干燥后的放射性废气流入第二气体缓冲罐5进一步缓冲平衡压力后，通过压缩机6将气流压力增大至20kPa～200kPa(表压)；

4)经压缩机6加压后的放射性废气先由压力监测仪表70、温度监测仪表72以及第一气体取样管线112进行参数监测，若气体的压力、温度、湿度和氢气氧气浓度都合格，则流入前置保护床7以除去气体中携带的过量水分和化学污染物；

5)经前置保护床7过滤后的放射性废气首先由温度监测仪表80、湿度监测仪表82进行参数监测，若气体的温度、湿度等参数都合格，则流入吸附床8，吸附床8的吸附剂对废气中的放射性核素氪和氙进行动态吸附，在此过程中，废气的放射性得到充分地衰变，通常已经满足排放要求；气体在流经前置保护床7和吸附床8之间的管线时、流经不同吸附床8床体之间的连接管线时以及流经吸附床8下游的管线时，都经第二气体取样管线113取样并进行氪、氙、碘、微粒和氚的浓度以及气体湿度分析，以核实前置保护床7和吸附床8对气体的处理效果；

6)经吸附床8处理后的废气沿管线流经放射性监测控制装置9，放射性监测控制装置9对废气的放射性活度进行监测，若气体满足排放要求，则通过电厂烟囱10将气体向外界排放。

需要说明的是，若第一、第二气体取样管线112、113在某一个或多个取样点的监测数据不合格，或是放射性监测控制装置9监测出的气体放射性活度超出排放限值要求，或是下游电厂烟囱10通风系统流量不足时，吸附床8入口管线上的控制阀门86或/和放射性监测控制装置9的相关阀门将自动关闭，并由检修人员对本发明核电站放射性废气处理系统的相应设备进行检修，直至所有监测数据合格才能继续投运。

为了便于排水，第一气体缓冲罐1、气水分离器4、第二气体缓冲罐5、前置保护床7和吸附床8的底部均设有连接至放射性液体废物处理系统的疏水管线(图未示)。

通过以上的描述可知，本发明核电站放射性废气处理系统通过在前置保护床7前设置压缩机6，有效地增大了系统的运行压力，从而大幅提升了吸附剂对气体的吸附系数，延长了放射性气体的滞留衰变时间，因此数倍地增大了系统的放射性废气处理能力，提高了放射性废气处理效率，极大地提升了系统的适用范围和处理效果，具有较强的推广应用前景。此外，本发明还设置压力、温度、湿度监测仪表和联锁控制信息，对进入前置保护床7尤其是吸附床8的气体进行严密、实时监测，从而避免了床体中的吸附剂吸湿失效，减少了大量放射性固体废物的产生。以上两点使得本发明核电站放射性废气处理系统的可用性更强、废气处理效果更为理想，能够对推动核电厂三废处理关键技术的发展起到积极作用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核电站放射性废气处理系统，其特征在于：包括气体冷却器、气水分离器、压缩机、延滞处理单元和放射性监测控制装置，所述气体冷却器通过进气管线与上游系统管线相连接，气水分离器、压缩机、延滞处理单元和放射性监测控制装置依次通过管线串联连接在气体冷却器的下游；

还包括气体浓度分析包，气体浓度分析包通过气体取样管线连接至废气处理系统中不同设备之间的连接管线上，对各取样点处的气流相关参数进行选择性监测，所述气流相关参数包括但不限于气体中氢氧浓度、放射性活度以及气体湿度；

在所述延滞处理单元的入口管线上设置有连接至气体浓度分析包的第一气体取样管线，第一气体取样管线监测气流中的氢气和氧气浓度；在延滞处理单元的出口管线上设置有连接至气体浓度分析包的第二气体取样管线，第二气体取样管线监测分析气体湿度、放射性活度、微粒和氚浓度，以核实延滞处理单元对气体的处理效果。

2.根据权利要求1所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述压缩机将气流压力增大至表压为20kPa～200kPa。

3.根据权利要求1所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述延滞处理单元包括一台前置保护床和至少两台吸附床，前置保护床通过管线串联连接在压缩机的下游，至少两台吸附床依次串联连接在前置保护床和放射性监测控制装置之间。

4.根据权利要求3所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：在所述前置保护床的入口管线上设置有压力监测仪表和温度监测仪表。

5.根据权利要求3所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：在最上游吸附床的入口管线上设置有温度监测仪表和湿度监测仪表。

6.根据权利要求3所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述吸附床的形状为I型、W型、M型或S型，并采用活性炭作为吸附剂。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：还包括第一气体缓冲罐和第二气体缓冲罐；第一气体缓冲罐设置于气体冷却器与上游系统管线之间、并通过进气管线与上游系统管线相连接；第二气体缓冲罐位于气水分离器和压缩机之间的管线上。

8.根据权利要求7所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述气水分离器、延滞处理单元、第一气体缓冲罐和第二气体缓冲罐的底部均设有连接至放射性液体废物处理系统的疏水管线。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：还包括位于放射性监测控制装置下游管线上的电厂烟囱，电厂烟囱直接与大气连通而将处理合格的气体排入环境中。

10.根据权利要求9所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述放射性监测控制装置上设有自动控制的阀门，当监测到流经放射性监测控制装置的气体放射性活度超出排放限值要求，或是下游电厂烟囱的通风系统流量不足时，放射性监测控制装置的阀门自动关闭。