CN104157318B - 核电站含氢放射性废气处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站含氢放射性废气处理系统，其包括气体冷却器、氢氧复合器、气体干燥器、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，氢氧复合器、气体干燥器、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；气体冷却器与氢氧复合器之间的管线上连接有分别用于调节废气中氢气、氧气浓度的氢气注入管线和氧气注入管线。本发明核电站含氢放射性废气处理系统通过将氢氧复合工艺与活性炭延滞处理工艺组合使用的方式，极大地降低了系统和厂房产生氢气爆炸的可能性，在减少大量高压衰变箱使用的同时，提高了系统的安全性、经济性和可用性。

Description

核电站含氢放射性废气处理系统

技术领域

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

背景技术

在核电站运行期间，反应堆会裂变产生放射性气态同位素(主要是氪和氙)，这些同位素是核电厂放射性废气的主要来源。当发生燃料包壳破损时，部分放射性同位素会释放到反应堆冷却剂中，由于反应堆冷却剂不能完全溶解这些放射性废气，因此这些气体很容易释放到环境中。为了降低放射性废气对公众的辐射剂量，需要在核电站中设置放射性气体处理系统去除挥发性的放射性废气。

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以及氢气和氮气，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，工艺流程较为繁琐复杂；此外，由于系统运行压力较高，一旦发生泄漏会有形成氢气爆炸的风险；

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，这一特点使含氢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，但是由于系统内存在较高浓度的氢气，仍然有氢气爆炸的可能性；此外，该工艺仅适合于处理流量较小的放射性废气，适用范围相对较窄。

有鉴于此，确有必要提供一种安全性更高、可用性更强的核电站含氢放射性废气处理系统。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种安全性更高、可用性更强的核电站含氢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含氢放射性废气处理系统，其包括气体冷却器、氢氧复合器、气体干燥器、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，氢氧复合器、气体干燥器、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；气体冷却器与氢氧复合器之间的管线上连接有分别用于调节废气中氢气、氧气浓度的氢气注入管线和氧气注入管线。

作为本发明核电站含氢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、氪、氙、碘、微粒、氚的浓度以及气体湿度。

作为本发明核电站含氢放射性废气处理系统的一种改进，在所述氢氧复合器上游设置有连接至气体浓度分析包的第一气体取样管线；第一气体取样管线位于氢气注入管线和氧气注入管线连接点之前的连接管线上，用于监测分析含氢放射性废气中的氢气、氧气浓度。

作为本发明核电站含氢放射性废气处理系统的一种改进，在气体干燥器的出口管线上以及延滞处理单元的入口管线上，分别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气流中的氢气、氧气浓度和气体湿度，以核实氢氧复合效果。

作为本发明核电站含氢放射性废气处理系统的一种改进，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气体取样管线，气体取样管线监测分析气体湿度以及气流中氪、氙、碘、微粒和氚的浓度，以核实延滞处理单元对气体的处理效果。

作为本发明核电站含氢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。

作为本发明核电站含氢放射性废气处理系统的一种改进，所述氢氧复合器、气体干燥器、延滞处理单元设备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。

作为本发明核电站含氢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。

作为本发明核电站含氢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以及最上游吸附床的入口管线上，分别设置有温度监测仪表。

作为本发明核电站含氢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湿度监测仪表、压力监测仪表和控制阀门。

作为本发明核电站含氢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。

作为本发明核电站含氢放射性废气处理系统的一种改进，还包括设置于气体冷却器与上游系统管线之间的第一气体缓冲罐；第一气体缓冲罐通过进气管线与上游系统管线相连接，其底部设有连接至放射性液体废物处理系统的疏水管线。

作为本发明核电站含氢放射性废气处理系统的一种改进，还包括位于气体干燥器和压缩机之间管线上的第二气体缓冲罐，第二气体缓冲罐底部设有连接至放射性液体废物处理系统的疏水管线。

作为本发明核电站含氢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。

作为本发明核电站含氢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，本发明核电站含氢放射性废气处理系统通过将氢氧复合工艺与活性炭延滞处理工艺组合使用的方式，极大地降低了系统和厂房产生氢气爆炸的可能性，在减少大量高压衰变箱使用的同时，提高了系统的安全性、经济性和可用性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站含氢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为本发明核电站含氢放射性废气处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、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，本发明核电站含氢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、氢氧复合器3、气体干燥器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；气体干燥器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、氢氧复合器3、气体干燥器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。在气体冷却器2与氢氧复合器3之间的管线上连接有氢气注入管线30和氧气注入管线32。第一气体缓冲罐1、氢氧复合器3、气体干燥器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12。

在氢气注入管线30和氧气注入管线32上游的连接管线上，设置有连接至气体浓度分析包11的第一气体取样管线110，以监测分析含氢放射性废气中的氢气、氧气浓度，使氢气注入管线30和氧气注入管线32根据监测结果调配注入氢气、氧气的比例，保证进入氢氧复合器3的气流中的氢气、氧气浓度适当。在气体干燥器4的出口管线上以及前置保护床7的入口管线上，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112，以监测气流中的氢气、氧气浓度和气体湿度，核实氢氧复合效果。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的气体取样管线113，以监测分析流经相应位置的气体湿度以及气流中氪、氙、碘、微粒和氚的浓度，核实前置保护床7和吸附床8对气体的处理效果。

本发明核电站含氢放射性废气处理系统的使用过程为：

1)上游系统排出的含氢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收集含氢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；第一气体缓冲罐1收集到的水经底部的疏水管线12排入放射性液体废物处理系统；

2)经第一气体缓冲罐1缓冲压力、初步疏水后的含氢放射性废气流入气体冷却器2，气体冷却器2对废气进行冷却以进一步去除其中携带的水汽；

3)冷却后的含氢放射性废气流入气体冷却器2和氢氧复合器3之间的管线，该管线上的第一气体取样管线110对气体进行监测，氢气注入管线30和氧气注入管线32根据监测结果对气体中的氢氧含量进行调节，使得气体中的氢氧配比满足氢氧复合要求；

4)含氢放射性废气流入氢氧复合器3，并在氢氧复合器3中发生氢氧复合反应而生成水，反应后的放射性废气中含有一定量的水汽，但已经不含有或仅含有极少量的氢气或氧气，这种气体随即流入气体干燥器4进行干燥除水；氢氧复合器3和气体干燥器4中收集到的水各自经底部的疏水管线12排入放射性液体废物处理系统；

5)经气体干燥器4干燥后的放射性废气，在气体干燥器4和第二气体缓冲罐5之间经第二气体取样管线112取样以进行氢气氧气浓度以及气体湿度分析，核实氢氧复合效果后，流入第二气体缓冲罐5，气流的压力在第二气体缓冲罐5中得到进一步地缓冲平衡；

6)第二气体缓冲罐5输出的气体进入压缩机6，经压缩机6将气流压力增大至20kPa～200kPa(表压)，再由第二气体取样管线112取样并进行氢气氧气浓度以及气体湿度分析，然后流入前置保护床7以除去其中携带的过量水分和化学污染物；前置保护床7收集到的水也经底部的疏水管线12排入放射性液体废物处理系统；

7)经前置保护床7过滤后的放射性废气进入吸附床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；吸附床8如果收集到废水，水也经底部的疏水管线12排入放射性液体废物处理系统；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；

8)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，若第二气体取样管线112、气体取样管线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含氢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。

为了防止气体温度过高导致床体中的吸附剂着火，本发明核电站含氢放射性废气处理系统还在前置保护床7的入口管线上、最上游吸附床8的入口管线上分别设置有温度监测仪表70、80。

为了防止吸附床8的床体压降过大，并防止床体中的吸附剂吸湿失效，本发明核电站含氢放射性废气处理系统还在最上游吸附床8的入口管线上设置有湿度监测仪表82、压力监测仪表84和控制阀门86。

为了提高氢氧复合后的气体干燥效果，还可以在气体干燥器4的上游设置气水分离器(图未示)，以分离气流中的液滴。

通过以上的描述可知，本发明核电站含氢放射性废气处理系统通过将氢氧复合工艺与活性炭延滞处理工艺组合使用的方式，并设置压力、温度、湿度监测仪表和联锁控制信息，从源头上避免了系统和厂房产生氢气爆炸的可能性，在减少大量高压衰变箱使用的同时，极大地提高了系统的安全性、经济性和可用性，因此具有较强的市场推广前景。再者，本发明还利用压缩机6增大了气流压力，因此增大了系统的放射性废气处理能力，也就提高了放射性废气处理效率。另外，本发明设置压力、温度、湿度监测仪表和联锁控制信息，对进入前置保护床7和吸附床8的气体进行严密监测，因此能够有效延长前置保护床7和吸附床8中吸附剂的使用寿命，从而适度减少了放射性固体废物的产生量。

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 (12)

1.一种核电站含氢放射性废气处理系统，其特征在于：包括气体冷却器、氢氧复合器、气体干燥器、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，氢氧复合器、气体干燥器、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；气体冷却器与氢氧复合器之间的管线上连接有分别用于调节废气中氢气、氧气浓度的氢气注入管线和氧气注入管线；

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、氪、氙、碘、微粒、氚的浓度以及气体湿度；

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气体取样管线，气体取样管线监测分析气体湿度以及气流中氪、氙、碘、微粒和氚的浓度，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所述的核电站含氢放射性废气处理系统，其特征在于：在所述氢氧复合器上游设置有连接至气体浓度分析包的第一气体取样管线；第一气体取样管线位于氢气注入管线和氧气注入管线连接点之前的连接管线上，用于监测分析含氢放射性废气中的氢气、氧气浓度。

3.根据权利要求1所述的核电站含氢放射性废气处理系统，其特征在于：在气体干燥器的出口管线上以及延滞处理单元的入口管线上，分别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气流中的氢气、氧气浓度和气体湿度，以核实氢氧复合效果。

4.根据权利要求1所述的核电站含氢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。

5.根据权利要求1所述的核电站含氢放射性废气处理系统，其特征在于：所述氢氧复合器、气体干燥器、延滞处理单元设备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。

6.根据权利要求1所述的核电站含氢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。

7.根据权利要求6所述的核电站含氢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以及最上游吸附床的入口管线上，分别设置有温度监测仪表。

8.根据权利要求6所述的核电站含氢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湿度监测仪表、压力监测仪表和控制阀门。

9.根据权利要求6所述的核电站含氢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。

10.根据权利要求1所述的核电站含氢放射性废气处理系统，其特征在于：还包括设置于气体冷却器与上游系统管线之间的第一气体缓冲罐；第一气体缓冲罐通过进气管线与上游系统管线相连接，其底部设有连接至放射性液体废物处理系统的疏水管线。

11.根据权利要求1所述的核电站含氢放射性废气处理系统，其特征在于：还包括位于气体干燥器和压缩机之间管线上的第二气体缓冲罐，第二气体缓冲罐底部设有连接至放射性液体废物处理系统的疏水管线。

12.根据权利要求1所述的核电站含氢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，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，使气体无法通过直接与大气连通的电厂烟囱排入环境中。