CN105830167B - 使用于核电站的过滤排放系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用于核电站的过滤排放系统，更详细地，涉及使用于核反应堆的过滤排放系统，其包括：过滤排放容器，用于保管过滤排放系统的结构物；入口管，与上述过滤排放容器和核反应堆建筑物相连接；组合喷嘴，与入口管相连接，并浸泡于填满过滤排放容器的一部分的过滤溶液；旋风分离器，去除从上述组合喷嘴脱离，并与过滤溶液相混合的大小大的液滴及气溶胶的大部分之后，向金属纤维过滤器引导；金属纤维过滤器，与上述旋风分离器的上端部相连接，用于过滤残留液滴和气溶胶；分子筛，用于在经由金属纤维过滤器来过滤的废气中去除有机碘；以及出口管，用于连接过滤排放容器和堆栈部。

Description

使用于核电站的过滤排放系统
技术领域
本发明涉及使用于核电站的过滤排放系统。
背景技术
本发明涉及安全壳过滤排放系统，是指为了在核电站发生重大事故时预先防止因安全壳内的过压引起的安全壳的破损危险性，在安全壳内的压力达到规定水准以上的情况下，起到排出核反应堆建筑物内的物质的系统。当实施这种排出过程时，由于核反应堆建筑物大量包含放射性气溶胶及放射性气体，因而需要伴随着对放射性物质的适当的过滤，而这种核反应堆建筑物过滤排放系统已被阿海珐(AREVA)公司、西屋(WH，Westinghouse)公司、IMI公司等多个现有设备开发公司开发，并适用于发电站。
在阿海珐公司(过去的西门子(Simens)公司)的情况下，已公开于韩国特许“和工程系统及用于核工程系统的减压的方法”，公开编号：10-2006-0015761，公开日期：2006年2月20日，国际公开编号：WO 2004/114322。图1示出了上述所公开的附图。
在IMI公司(过去的苏尔寿(SULZER)公司)的情况下，已公开了如下专利：“Apparatus for removing aerosols from the air of a nuclear reactorcontainment，Patent Number(5406603)，Date of Patent(1995/4/11)”。
并且，在西屋公司的情况下，已公开了如下专利：“Filtered venting and decayheat removing apparatus and system for containment structures,and method ofoperation,Patent Number(4859405),Date of Patent(1989/8/22)”。
但就阿海珐公司的CFVS而言，通过喷嘴的液滴会在预处理过滤器中得到物理吸附之后，借助重力来向洗涤器溶液重新循环，而此时，在多个液滴向预处理过滤器流入的情况下，存在妨碍流量流动的问题或因向后端的金属纤维过滤器(Metal fiber filter)流入而引起堵塞(Clogging)等问题的可能性。并且，由于喷嘴的数量相对少，因而当个别的喷嘴受损时，对其他喷嘴产生的影响相对大。
另一方面，就IMI公司的CFVS而言，为了去除有机碘，向洗涤器溶液添加被称为Aliquat336的化学物质来使用，但上述物质被指出在常温环境下存在爆炸危险性及发生成形现象的可能性，且对上述物质的性能验证还处于初始阶段，因而在作为CFVS的实际运转条件的高温环境下的有效性仍未得到论证。并且，由于使用数百个影响(Impact)喷嘴，在制作机设置方面存在困难。
另一方面，西屋公司供给DFM及FILTRA-MVSS等两种CFVS，而在DFM的情况下，存在因堵塞及余热引起的热点(Hot spot)可能性，而在用于去除有机碘的碘过滤器(iodinefilter)的填充物质的沸石的情况下，由于与常温相比，在高温环境下的过滤效率更高，因而在CFVS工作初期没有额外的预热(pre-heating)的情况下，除了洗涤器溶液之外，没有用于去除有机碘的额外的单元，因此，对相同物质的去除效率下降，且因数百个长长的文丘里喷嘴而在制作及设置方面存在困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明为了克服如上所述的现有的缺点而提出，本发明的目的在于，提供增大气溶胶及气碘的去除效率和被动运转时间，保障对过滤对象的过滤方法的多样性，来阻断性能失败的可能性，并能去除以往未能考虑到的非活性气体的形态的过滤排放系统。
技术方案
为了实现如上所述的目的，提供使用于核电站的过滤排放系统，上述使用于核电站的过滤排放系统可包括：过滤排放容器，用于保管过滤排放系统的结构物；入口管，与上述过滤排放容器和核反应堆建筑物相连接；组合喷嘴，与入口管相连接，并浸泡于填满过滤排放容器的一部分的过滤溶液；旋风分离器，去除从上述组合喷嘴脱离，并与过滤溶液相混合的液滴及气溶胶的大部分之后，向金属纤维过滤器引导；金属纤维过滤器，与上述旋风分离器的上端部相连接，用于过滤残留液滴和气溶胶；分子筛，用于在经由金属纤维过滤器来过滤的废气中去除有机碘；以及出口管，用于连接过滤排放容器和堆栈部(Stack)。
可在上述过滤排放容器的外表面形成有散热翅片。
可在上述过滤排放容器的出口管形成有爆破板，来防止在过滤排放容器未上升至恒压以上的情况下，向空气排放废气。
上述过滤排放容器在过滤排放容器的外部的高于过滤排放容器的位置设有用于装入过滤溶液的充水槽，来与过滤排放容器的下端相连接，从而在水位降至规定水位以下的情况下，能够增大基于被动充水的被动运转时间及过滤效率维持时间。
在上述过滤排放容器的入口管形成有预处理过滤器或粗滤器(Strainer)，从而在处于正常状态及过滤排放容器运转时，防止异物向过滤排放容器流入，并预先去除规模大的气溶胶，从而能够增进过滤排放容器的效率，降低物理失败可能性。
上述组合喷嘴可在入口管连接组合喷嘴的分配管，从分配管朝向垂直方向形成有截面积减少的形态的收缩部，并紧接着收缩部形成有截面积最小的颈部，在颈部形成有用于吸收过滤溶液的多个孔，在颈部的上端部形成有越靠近上端部，截面积越增加的内部扩散部，而在朝向扩散部的末端上侧形成有上部盖，用于将脱离扩散部的废气的方向转换为外侧方向，在上部盖的末端部形成有侧面盖，用于将废气的方向转换为下侧。
上述旋风分离器可以为入口朝向旁边形成，在旋风分离器中，主出口朝向旋风内侧形成为圆柱形态，并形成于陷入至旋风分离器本体的规定高度为止的陷入部的两侧末端，上述主出口的剖面呈圆形，而从形成于上述旋风分离器的旁边的一个以上的入口进入的气溶胶及液滴中大小大的物质一边沿着陷入部流下，一边借助重力及离心力，通过作为与旋风分离器的下部相连接的辅出口的洗涤器溶液回收管来向洗涤器溶液重新流入，上述气溶胶及液滴中大小小的物质一边沿着陷入部流下，一边从主出口侧涌出。
上述金属纤维过滤器可由孔隙大小大的预处理过滤器和孔隙大小小的微细金属纤维过滤器构成，预处理过滤器可用于预先去除通过旋风分离器的残留液滴和大小大的气溶胶，微细金属纤维过滤器可去除剩余的残留微细气溶胶。
活性炭过滤器可形成于爆破板的前端，并能以物理吸附方式使包含氙及氪的非活性气体延迟排放。
有益效果
通过如上所述的发明，具有如下效果：提供与以往相比具有优秀的放射性气溶胶/气体去除效果的过滤排放系统。
附图说明
图1至图3为示出以往的过滤排放系统的图。
图4至图17为示出本发明的过滤排放系统的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明进行详细说明。图4至图8为示出本发明的一实施例的图。图4为示出本发明的基本示意图的图，本发明的产品包括与核反应堆建筑物相连接的入口管及过滤排放容器、节流孔板、分子筛及出口管，在入口管形成有两个以上的隔离阀。
并且，过滤排放容器由包括组合喷嘴(Combined Nozzle)、旋风分离器、预处理过滤器的金属纤维过滤器构成，且位于外部的节流孔板及分子筛可位于过滤排放容器的内部，包括预处理过滤器的金属纤维过滤器及分子筛可全部位于外部，并且，可在出口管形成有出口隔离阀，并能形成有爆破板。
在本发明中所使用的组合喷嘴在图9中示出其剖面。如图9所示，本发明所使用的组合喷嘴在入口管连接分配管，并形成有截面积从分配管沿着垂直方向减少的形态的收缩部，紧接着收缩部形成有截面积最小的颈部，在上述颈部形成有用于吸收过滤溶液的多个孔。在颈部的上端部形成有越靠近上端部，截面积越增加的内部扩散部，朝向扩散部的末端上侧形成有上部盖，从而向外侧方向转换脱离扩散部的废气的方向，而在上部盖的末端部形成有侧面盖，从而向下侧转换废气的方向。
因此，由于既能将扩散部的长度调节为所需的长度，又能将用于放出废气的出口的高度降至最大限度，因而与以往相比，能够防止在过滤水槽中因不均匀的气泡分散而发生气泡的涌出和源于水面摇动的过滤水槽侧壁的冲击负荷和振动。
以往所使用的文丘里洗涤器一边使通过分配管来流入的废气通过，一边使过滤溶液微粒化为小的液滴，并借助过滤溶液来实现过滤，文丘里洗涤器由于文丘里呈自下而上的形状，因而需要使过滤溶液的水面高度始终高于文丘里洗涤器的高度，而为了提高基于液滴生成的过滤性能，需要使脱离文丘里的扩散部(diffuser)具有一定程度以上的长度，因此，其大小只能变大。并且，由于现有的文丘里洗涤器的结构需要在具有出口的水槽的表面侧聚集气泡，因而可在水面发生局部性的气泡涌出，而借助这种涌出，在过滤水槽的侧壁施加冲击，并发生振动。
本发明重新导入组合喷嘴概念来代替这种文丘里洗涤器的结构，从而导入了能够与扩散管的长度无关地调节过滤溶液的水面高度，并防止在水槽的表面聚集气泡的组合喷嘴结构。本发明的组合喷嘴在用于流入过滤溶液的入口和以气泡形态流出过滤溶液的出口的位置方面无差异，在这种情况下，能够借助侧面盖107和下部侧面盖117来从外部支撑能够在颈部附近产生的机械不稳定性，并借助分离板108来分离颈部附近，从而代替以往的文丘里洗涤器。图16示出了这种形状。
并且，以往的文丘里洗涤器很难使通过出口流出的气泡向水面上升，并重新通过颈部流入，但本发明的组合喷嘴能够进行使从出口流出的气泡重新通过颈部向组合喷嘴内流入的再循环，因而与以往的文丘里洗涤器相比，可以称得上是结构完全不同的喷嘴。这种再循环还具有将包含于废气内的粉尘凝聚成一团的效果，并具有延长过滤水槽内的滞留时间的效果，因而与以往相比，提高过滤效率。
图5示出包括能够用于被动填充洗涤器溶液的充水槽的形态，图6示出在过滤排放容器内附着散热翅片的形态，图7示出能够以使入口流量一部分迂回的方式对分子筛进行预热的形态。图8示出在分子筛的后端安装活性炭过滤器的形态。图15示出设置于安全壳的内部的贯通管的入口的预处理过滤器或粗滤器，起到当过滤排放系统进行工作时，预先防止因能够向过滤排放系统的内部流入的异物引起的管道堵塞的作用。
在入口管和过滤排放容器之间形成有隔离阀，而隔离阀形成两个以上，从而在处于正常状态时，阻断气体向过滤排放容器排放。若核反应堆建筑物的压力达到预先设定的CFVS开放压力，则隔离阀会开启，若核反应堆建筑物的压力达到关闭压力，则隔离阀会关闭。
当第一个过滤排放容器进行工作时，在过滤排放容器未上升至恒压以上的情况下，存在于出口管的爆破板防止向空气排放。当第一个过滤排放容器处于待机(Standby)状态时，存在于出口管的爆破板防止气体从空气向过滤排放容器流入，当CFVS进行工作时，存在于出口管的爆破板开启，并继续维持开启状态。
组合喷嘴浸泡于过滤溶液(洗涤器溶液)，并起到有效地去除废气内的放射性气溶胶的作用。在过滤溶液内溶解有能够有效地去除元素及有机碘的化学物质，并维持规定以上的水位，继续去除通过组合喷嘴的流量内的气溶胶。
在通过过滤溶液的表面的过程中产生的多个液滴中的规定大小以上的液滴的大部分会通过利用离心力的旋风分离器来得到过滤，而通过旋风分离器来过滤的液滴将重新向过滤溶液流入。
之后，经由旋风分离器的废气一边通过预处理过滤器，一边去除残留的微细液滴，而通过预处理过滤器来过滤的液滴也重新向过滤溶液流入。
经由预处理过滤器的废气会一边经由金属纤维过滤器，一边去除残留气溶胶的大部分，且经由金属纤维过滤器的废气一边经由节流孔板，一边借助闪烁(Flashing)等现象来以去除雾气(Mist)等的状态向分子筛流入，而在分子筛内填充有用于去除元素/有机碘的银离子交换沸石，并通过充分的滞留时间来去除大部分的残留元素及有机碘。在通过检测过滤溶液的水位来使水位降至设定值以下的情况下，外部充水槽会在停止CFVS运转的状态下或在运转CFVS的过程中通过开放外部充水槽的阀来进行充水，而过滤排放容器的散热翅片通过降低过滤排放容器的温度来增加废气内蒸汽(Steam)的冷凝量。
从核反应堆建筑物中排出的流量的一部分将迂回，并使分子筛预热，由此，将元素及有机碘的去除效率最优化，而活性炭过滤器以物理吸附方式延迟排放氙及氪等非活性气体。
并且，当与以往的过滤排放系统相比时，在过滤排放容器形成有散热翅片，来增大冷凝效果，从而在运转期间中较少地减少洗涤器溶液的水位，增加整个被动过滤运转时间，并能通过借助重力的洗涤器溶液充水槽来使洗涤器溶液向过滤排放容器被动充水，因而能够增加整个被动过滤运转时间，并且，使用利用离心力的旋风分离器(Cyclone Separator)作为汽水分离器，将预处理过滤器作为上述汽水分离器的备份，从而降低在产生多个液滴时的堵塞等问题的发生可能性。
图10示出旋风过滤装置的一实施例，本发明并不使用单一的过滤器，而是使液滴和气溶胶在经过过滤器之前经由旋风，从而增加过滤器的寿命，提高基于流速变化的过滤系统的可靠性。旋风具有使液滴和气溶胶从旋风的侧面流入，并沿着位于中心部的陷入部下降，之后重新向上侧上升的形态。此时，当沿着陷入部流下时，如图所示，由于会沿着陷入部周围旋转并流下，因而被称之为旋风，而在此时，过滤出液滴和气溶胶内的放射性物质，并借助设置于旋风内的过滤器来过滤。图11示出将旋风过滤装置与过滤器相结合的形态。
并且，为了去除气溶胶及元素/有机碘，分别适用了两个以上的过滤方法，因此，即使一种过滤发生问题，也能满足各物质的最小过滤效率。
并且，能够设计成可通过喷嘴间的配置间隔、喷嘴所处的臂部(ARM)的内径大小、基于位置的垂直高度变化、不同位置的喷嘴的大小变更、喷嘴的配置方法的变更等来进行不同喷嘴的均等的流量分配，并且，通过喷嘴数量的最优化来降低因个别喷嘴失败引起的性能降低率，能够将制作及设置时间最优化。
图12示出配置于利用入口管通用口来分支的臂部的组合喷嘴的配置实施例。
并且，组合喷嘴可为了均匀的流量分布及制作性、经济性的极大化而成为在与入口管相连接的下部空腔中直接分支的形态配置。图13示出上述配置的实施例，图14示出侧面配置。
金属纤维过滤器及分子筛能够选择性地设置于过滤排放容器的内部及外部，因此，能够根据各发电站的设置空间来设置过滤排放容器，并且，为了提高分子筛的过滤性能，从核反应堆筑物中排出的流量的一部分将迂回，并使分子筛预热，由此，维持最佳的有机碘去除效率，并将沸石的量最优化。并且，将活性炭过滤器选择性地设置于分子筛的后端，来增加非活性气体的排放时间，从而减少向环境排放的放射能的量。
图17示出旋风过滤装置的剖视图和俯视图，当自上而下观察时，旋风过滤装置呈剖面为圆形的圆柱形态，且上述旋风过滤装置的下端呈越靠近下侧，剖面越变窄的圆锥形态，而在上述旋风过滤装置的侧面的下侧形成有流入口，并形成有朝向上侧排出的出口。
因此，通过侧面的流入口流入的液滴和气溶胶沿着陷入部流动，并通过下侧的出口来脱离分离器，而剩余的气体将从上方排出。
附图标记的说明
101：分配管 102：收缩部
103：颈部 104、114：孔
105：扩散部 106：上部盖
107：上端侧面盖 108：分离板
109：出口

Claims (11)

1.一种使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，包括：
过滤排放容器，用于保管过滤排放系统的结构物；
入口管，与上述过滤排放容器和核反应堆建筑物相连接；
组合喷嘴，与入口管相连接，并浸泡于填满过滤排放容器的一部分的过滤溶液；
旋风分离器，去除从上述组合喷嘴脱离，并与过滤溶液相混合的液滴及气溶胶中大小大的物质的大部分之后，向金属纤维过滤器引导；
金属纤维过滤器，与上述旋风分离器的上端部相连接，用于过滤混合于残留液滴和气溶胶的异物；
分子筛，用于在经由金属纤维过滤器来过滤的废气中去除有机碘；以及
出口管，用于连接过滤排放容器和堆栈部，
其中，上述组合喷嘴在入口管连接组合喷嘴的分配管，从分配管朝向垂直方向形成有截面积减少的形态的收缩部，并紧接着收缩部形成有截面积最小的颈部，在颈部形成有用于吸收过滤溶液的多个孔，在颈部的上端部形成有越靠近上端部，截面积越增加的内部扩散部，而在朝向扩散部的末端上侧形成有上部盖，用于将脱离扩散部的废气的方向转换为外侧方向，在上部盖的末端部形成有侧面盖，用于将废气的方向转换为下侧，在颈部的附近也形成有侧面盖，始于上部盖的末端部的上部侧面盖和形成于颈部的周边的下部侧面盖被分离膜分离，在侧面盖形成有孔，能够使过滤溶液出入。
2.根据权利要求1所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，在上述过滤排放容器的外表面形成有散热翅片。
3.根据权利要求2所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，在上述过滤排放容器的出口管形成有爆破板，来防止在过滤排放容器未上升至恒压以上的情况下，向空气排放废气。
4.根据权利要求3所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，上述过滤排放容器在过滤排放容器的外部的高于过滤排放容器的位置设有用于装入过滤溶液的充水槽，来与过滤排放容器的下端相连接，从而在水位降至规定水位以下的情况下，能够进行被动运转。
5.根据权利要求4所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，组合喷嘴依次配置于从与入口管相连接的通用头分支出的多个臂部，并能借助组合喷嘴之间的配置间隔或臂部的角度变更，通过均匀的流量分配来将过滤性能最大化。
6.根据权利要求4所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，多个组合喷嘴直接与下部空腔相连接，并通过均匀的流量分配来将过滤性能最大化，上述下部空腔与入口管相连接。
7.根据权利要求4所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，上述旋风分离器的入口朝向旁边形成，在旋风分离器中，主出口朝向旋风内侧形成为圆柱形态，并形成于陷入至旋风分离器本体的规定高度为止的陷入部的两侧末端，上述主出口的剖面呈圆形，而从形成于上述旋风分离器的旁边的一个以上的入口进入的气溶胶及液滴中大小大的物质一边沿着陷入部流下，一边借助重力及离心力，通过作为与旋风分离器的下部相连接的辅出口的洗涤器溶液回收管来向洗涤器溶液重新流入，上述气溶胶及液滴中大小小的物质一边沿着陷入部流下，一边从主出口侧涌出。
8.根据权利要求7所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，活性炭过滤器形成于爆破板的前端，并以物理吸附方式使包含氙及氪的非活性气体延迟排放。
9.根据权利要求7所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，形成于节流孔板的后端的填充有银离子交换沸石的深床形态的分子筛以化学方式去除包含有机碘的气相的碘。
10.根据权利要求7所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，由形成于旋风分离器的后端的预处理过滤器及微细金属纤维过滤器构成的金属纤维过滤器以物理方式去除残留液滴及微细气溶胶。
11.根据权利要求8所述的使用于核电站的过滤排放系统，其特征在于，设置于安全壳的内部的贯通管入口的预处理过滤器或粗滤器在过滤排放系统进行工作时，预先防止因能够向过滤排放系统的内部流入的异物引起的管道堵塞。
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