压水堆核电厂含氢放射性废气处理系统及控制方法

本发明涉及核电厂放射性废气处理，具体涉及一种压水堆核电厂含氢放射性废气处理系统及控制方法。

背景技术：

1、反应堆内核燃料裂变后产生的放射性气体经破损的燃料包壳泄漏出来，或者堆芯活化区某些物质与中子相互作用也会产生放射性气体，当燃料元件包壳破损率为1％时，一回路冷却剂中气体的最大放射性可达1.0×107bq/l，裂变气体放射性约为8.5×106bq/l，其中133xe约占87.06％，85kr约占2.24％，131i约占0.002％。为保证一回路冷却剂中的惰性气体放射性活度低于技术规范限值，通常采用氢气吹扫一回路并进行动态排气，大部分含氢放射性气体在废液处理系统的容积控制箱中释放，剩余气体将从硼回收系统的蒸发器和脱气塔中排出，为了防止放射性气体不可控排放，需要对这部分高放射性废气进行处理。含氢放射性废气处理一般有加压贮存技术和活性炭吸附滞留技术，利用放射性惰性气体核素(例如氪与氙同位素)自衰变的方式不断降低放射性活度，最后通过厂房通风系统经碘过滤和稀释后排向大气。

2、采用加压贮存衰变的处理方式需要依靠能动设备来收集废气，系统构成复杂，占用空间大，操作不够便利；而活性炭滞留衰变工艺需要经过多级冷凝除湿，经过活性炭滞留床后直接排放，相较加压贮存衰变的处理方式，从系统安全性、操作便利性等多方面有一定的优势，但是事故工况应对、设备可靠性、空间优化等方面还存在不足。一旦包壳破损严重，原有设计无法短时间内处理大量放射性惰性气体，只能延长停堆时间，严重影响检修的主线工期；在冷却除湿工艺中通常采用核电厂中间冷却水(30℃左右)作为冷媒，除湿效果较差，即使增加冷冻机降低冷媒温度后，由于降温温差大使得冷冻机持续高负荷运行，运行可靠性低；为了保证最大的处理能力和系统运行可靠性，通常设计两列滞留装置，每列由多个滞留床串联，加上气体的预处理系统和再生系统，装置极为复杂，占地相对较大，一定程度上降低了系统运行的可靠性和经济性，尤其在小型堆中应用局限性大。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种压水堆核电厂含氢放射性废气处理系统及控制方法，提高了系统短时间内处理废气的能力。

2、本发明提供了一种压水堆核电厂含氢放射性废气处理系统，包括氮气循环单元，所述氮气循环单元用于将待处理储罐内的含氢放射性废气吹扫进放射性废气处理单元；

3、还包括放射性废气消氢除湿单元，所述放射性废气消氢除湿单元用于使储罐内的含氢放射性废气经氮气吹扫进入放射性废气处理单元前进行消氢除湿处理；

4、所述废气处理单元包括：通过第一管线依次串联的气体压缩设备、第一废气处理单元、第二废气处理单元以及排气辐射监测装置；且所述第二废气处理单元的入口端还通过第二管线与放射性废气消氢除湿单元的气体输出管线连接；所述第一废气处理单元的输出端还通过第三管线与排气辐射监测装置连接；

5、所述气体压缩设备和第一废气处理单元之间的第一管线还通过第四管线与所述第二管线连接；各管线上还均设有用于控制管线连通或阻断的控制阀，以使第一废气处理单元和第一废气处理单元能够串联运行、并联运行或各自独立运行。

6、较佳地，所述放射性废气消氢除湿单元包括依次管路串联的的缓冲罐、第二压缩机、加热器、氢气复合器、一级冷凝器、二级冷凝器和吸附除湿过滤器，所述缓冲罐与含氢放射性废气的储罐连接，所述一级冷凝器与核电厂的冷却水系统连接，所述二级冷凝器的管侧还分别连接有水箱和循环泵相连，水箱与风冷单元相连，风冷单元与循环泵相连，形成闭式循环冷却系统，所述二级冷凝器与吸附除湿过滤器的连接管路上设有闸阀。

7、较佳地，所述冷却水系统还通过调阀与水箱连接。

8、较佳地，所述气体压缩设备两端的第一管线上分别设有第一控制阀和第二控制阀，所述第一废气处理单元两端的第一管线分别设有第三控制阀和第四控制阀；所述第二管线上设有第五控制阀和第六控制阀，所述第四管线的一端位于第二控制阀和第三控制阀之间的第一管线上，所述第四管线的另一端位于所述第五控制阀和第六控制阀之间的第二管线上；所述第四管线上设有第七控制阀，所述第三管线上设有第八控制阀；所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀还均连接控制中心。

9、较佳地，所述第一废气处理单元和第二废气处理单元均为储罐式活性炭滞留床，所述储罐式活性炭滞留床的顶部设有活性炭装填口，底部设有活性炭卸料口，所述储罐式活性炭滞留床内部内置有气流引导装置，所述气流引导装置的顶部与气流进口连接，所述气流引导装置的出气端位于所述储罐式活性炭滞留床的中下部，以使气流向下流动并沿着储罐四周向上流动；所述储罐式活性炭滞留床靠近顶部处还设有气流出口阀及压力监测装置，所述储罐式活性炭滞留床的罐体上靠近顶部及底部处还均设有上方取样口和下方取样口。

10、较佳地，当处于机组运行期间动态排气工况：利用氮气循环单元将待处理储罐内的含氢放射性废气吹扫出来，气流经过缓冲罐调压、压缩机加压、加热器加热、氢气复合器消氢、一级冷凝器初步除湿、二级冷凝器强化除湿后，废气转化为含氢量和含水量均低的气流，气流进入第一废气处理单元或第二废气处理单元进行吸附滞留，最终经过排气辐射监测装置监测合格后排入通风系统。

11、较佳地，当处于机组大修期间动态排气工况：需要短时间处理较多含氢放射性废气，利用氮气循环单元将待处理储罐内的含氢放射性废气吹扫出来，气流经过缓冲罐调压、压缩机加压、加热器加热、氢气复合器消氢、冷凝器初步除湿、冷凝器强化除湿后，废气转化为含氢量和含水量均低的气流，利用气体压缩设备将气流加压贮存至第一废气处理单元或第二废气处理单元，等到机组冷停后，缓慢释放气体，通过备用废气处理单元进行吸附滞留，最终经过排气辐射监测装置监测合格后排入通风系统。

12、较佳地，当处于异常事故动态排气工况：需要短时间处理大量含氢放射性废气，利用氮气循环单元将待处理储罐内的含氢放射性废气吹扫出来，气流经过缓冲罐调压、压缩机加压、加热器加热、氢气复合器消氢、冷凝器初步除湿、冷凝器强化除湿后，废气转化为含氢量和含水量均较低的气流，利用气体压缩设备将气流加压贮存至第一废气处理单元和第二废气处理单元，等到机组冷停后，静置第一废气处理单元和第二废气处理单元内的气体，等到气体放射性活度满足排放限值要求，缓慢释放气体，最终经过排气辐射监测装置监测合格后排入通风系统。

13、较佳地，在系统长时间运行后，由于第一废气处理单元或第二废气处理单元内活性炭吸附性能下降或吸附除湿过滤器除湿性能下降，导致系统废气处理能力降低，利用氮气循环单元的氮气，经过加热器加热后，分别通入第一废气处理单元、第二废气处理单元以及吸附除湿过滤器内，热氮气携带出大量水汽排入系统下游通风系统中。

14、较佳地，先采用单路滞留运行；当排气辐射监测装置监测的数值大于阈值1时，废气处理单元的运行状态为单路滞留运行；

15、当排气辐射监测装置监测的数值上升至大于阈值1时或排气辐射监测装置监测的数值上升至大于阈值1小于阈值2时，废气处理单元的运行状态调整为双路串联滞留运行；

16、当排气辐射监测装置监测的数值下降至小于阈值1时，废气处理单元的运行状态调整为备用支路滞留运行，原运行支路进行活化再生；

17、当排气辐射监测装置监测的数值上升至大于阈值2时，废气处理单元的运行状态调整为单路压缩贮存，系统停运后备用支路滞留排放；

18、当排气辐射监测装置监测的数值上升至大于阈值2时，采用单路压缩贮存的方式无缓解后转为双路压缩贮存，系统停运后衰变排放。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明提高了系统短时间内处理废气的能力。在正常工况时采用活性炭吸附滞留衰变，在大修工况下将活性炭碳罐作为衰变箱进行加压贮存衰变，有利于减少动态排气时间，在机组维修冷停期间利用备用支路对储罐内气体进行吸附滞留排放。若在事故工况下，两个支路处理单元均加压充入放射性废气，经过一段时间的衰变后排放。若备用支路处理单元效率较低，排气放射性超标，可对其进行活化再生后再进行吸附滞留排放。

21、本发明实现了放射性废气处理的串并联分级运行，活性炭吸附效率下降时从单路处理单元滞留运行逐级切换为双路处理单元串联滞留运行、单路处理单元加压贮存运行、双路处理单元贮存运行，减少了废气处理单元的数量，提高了废气处理的容量和速率。

22、本发明针对除湿冷却工艺运行不稳定和易结冰的特点，利用核电厂内中间冷却水对气体进行开式循环冷却，再使用闭式循环风冷装置对气体进行加强冷却除湿，冷凝温度控制在3～5℃，避免了气流结冰导致管线堵塞的情况。冷却水仅参与补水，大大降低了冷冻机的负荷，提高了冷却除湿装置的运行稳定性。

23、本发明利用核电厂氮气循环系统，不仅可以对各个储罐内放射性气体进行吹扫，将内部含氢废气带出，还可以经过加热器加热，氮气热流进入除湿材料和活性炭容器内，实现吸附材料的活化再生，提高其运行寿命。

24、本发明设计了自动控制系统和方法，实现各种废气处理工况的切换，根据废气排放的放射性监测参数调整切换单路运行、双路串联运行、单路加压贮存、双路加压贮存，减少人员操作，提高系统可靠性。

25、本发明通过加压贮存与活性炭吸附滞留技术融合、串并联设计、核电厂内中间冷却水系统和循环氮气系统的集约化设计，进一步减少设备数量和空间占地，简化了系统配置，提高了系统运行的可靠性，有利于含氢放射性废气处理系统的小型化。