在核设施中的严重事故期间使用的通风系统和关联的操作方法
【专利说明】在核设施中的严重事故期间使用的通风系统和关联的操作方法
[0001]在核电站中，在事故或者故障情况下，必须根据相应的事故以及必要时采取的应对措施来考虑放射性裂变产物、尤其是碘、气溶胶和惰性气体的可能的明显释放。通过反应堆外壳的泄露，在出现到核电站环境的释放之前，在此也必须考虑放射性在核电站建筑物(例如辅助设施建筑物、开关设施、主控制室(Warte)，等等)中的释放和分布。在此，除了释放气溶胶相关的放射性之外，尤其是释放惰性气体是对于核电站人员的问题。
[0002]即使在引入经过滤的泄压以及形成惰性气体云的情况下，在核电站地区上方也出现大量的惰性气体释放。根据天气情况，不能完全排除长期的负荷。
[0003]对于引入所谓的事故管理措施，必须要求的是，在也称为控制台(Leitstand)或者操纵台(Leitwarte)的主控制室中的条件能够实现操作人员的停留，而并不出现人员的不允许的辐射负荷以及污染。
[0004]在超出设计范围的“全厂断电”(SB0)事故情况下，根据规定的或者正常运行的通风和过滤设备不再可用以保证主要的通风技术参数，以维持主控制室的可巡查性。
[0005]为了控制这种场景，目前的方案提出了将主控制室隔离。供给例如借助移动通风设备来进行，该通风设备配备有不同的过滤器。借助这种设备，令人满意的惰性气体抑制是不可能的。
[0006]另外的方案对主控制室提供储存的压缩空气。然而，在较长时间段中对于压力容器内的储存管理非常复杂并且因此受限。模块化并且可移动的系统构造实际上是不可能的。此外，压力储存器方案在运行设备中的改装情况下需要高的开销。
[0007]本发明所基于的任务是，提出一种用于核设施的控制台或者类似的可由操作人员巡查的空间的、尽可能简单并且紧凑地保持的通风系统，其在具有释放放射性物质的严重事故情况下，至少在数小时的时间段内能够实现输送消除污染的新鲜空气，使得在控制台中的操作人员受到尽可能小的辐射负荷。在此，尤其是在输送给控制台的新鲜空气中的放射性惰性气体的比例应当尽可能低。此外，通风系统应当具有尽可能无源的特点，并且仅仅消耗少量的电能。此外，要提出一种特别有利的方法，用于驱动这种通风系统。
[0008]关于装置方面，根据本发明，该任务通过权利要求1所述的特征来解决。关于方法方面，该任务通过权利要求10所述的特征来解决。
[0009]有利的扩展方案是从属权利要求的主题，并且此外从下面的具体描述中得出。
[0010]根据本发明的通风系统尤其是有利地具有气溶胶和碘过滤模块。在输送管路中的抽吸空气在此通过通风机抽吸，并且被输送通过悬浮物过滤器用于沉积气溶胶。在沉积悬浮物之后，有利的是，放射性碘化合物在活性炭过滤床中分离。为了通过同位素交换或者形成盐来分离放射性甲基碘化物，可以使用饱和的活性炭。有利的是，为了保持摩擦，在活性炭床之后设置有颗粒过滤器。
[0011]这样过滤的空气随后在第二处理步骤中输送给惰性气体模块。惰性气体模块主要包含双重配置的两个吸附器行列，其用吸附剂/吸附材料、优选活性炭填充。行列的吸附剂也可以由多层活性炭和/或沸石和/或分子筛构建。
[0012]输入空气进入第一吸附器行列中，其中惰性气体例如氙气、氪气通过动态吸附而在其经过行列时被延缓。在行列之后，合乎目的的是，布置有过滤器用于保持吸附器颗粒。
[0013]来自要供给的空间范围的排出空气同时输送通过第二吸附器行列，并且在那里实现之前积聚的惰性气体放射性的再冲洗，使得该行列在转换之后又准备用于加载。该转换最迟在第一吸附器行列中的放射性即将出现之前进行，其中该第一吸附器行列于是用排出空气再冲洗。该转换优选被动地通过时间环节或者放射性测量来引起。
[0014]再冲洗有利地通过排气管路中的通风机来支持，其中通过负压引起的输出气流的体积放大强化了惰性气体的再冲洗过程。
[0015]在主控制室的排气管路中，有利地具有节流装置，其导致排出空气的无源的过热并且由此导致降低排出空气中的湿度(膨胀干燥)。由此，有利于在下游的要冲洗的吸附器行列中惰性气体的解吸附速度。
[0016]在至惰性气体模块的送气管路中，有利地具有节流装置和/或空气干燥器，以防止将过高的湿气输送到惰性气体行列上。
[0017]惰性气体模块可以附加地配备有无源的冷却存储器用于提高k值。k值在该情况中描述了例如立方厘米(cm3)惰性气体/克(g)吸附剂为单位的、吸附材料对于惰性气体的吸附容量。k值与气体的温度、压力和湿度相关。其通常根据经验来确定。
[0018]吸附器行列优选在压力变化方法(Druckwechselverfahren)中工作，即要冲洗的行列的负压和要加载的行列的过压(分别相对于大气压力而言)，以改善行列的k值并且减小其尺寸。在由输入空气流过的吸附器行列中的过压例如借助进气管路中的调节阀来调
Τ ο
[0019]排出空气与被再冲洗的惰性气体一同释放到距输入空气抽吸装置足够距离的电厂环境中。
[0020]通风系统合乎目的地包括针对流量和压力的控制装置和相应的调节机构。
[0021]借助本发明实现的优点尤其在于，除了气溶胶和碘/碘化合物(尤其是有机碘)形式的空气携带的放射性之外，同时抑制主控制室的输入空气的放射性惰性气体。借助双重行列的压力变化和冲洗方法，甚至可以将长期的惰性气体同位素如氪-85可靠地从输入气流中分离。用于从吸收剂/吸附剂去除惰性气体所需的条件以无源的方式通过膨胀过热来支持。对于电驱动电流的要求主要仅仅针对进气管路和排气管路中的通风机以及小范围地针对关联的控制单元以及针对用于在工作循环之间转换的转换装置。该要求可以毫无问题地借助自给自足的能量供给模块(例如通过电池和/或柴油机组)满足至少72小时。
[0022]总之，为了保证主控制室的可巡查性而保证以下功能:
[0023]?主控制室通风与其余建筑物部分的隔离
[0024]?相对于邻接的建筑物空间的过压(例如，〈lmbar)
[0025]?符合允许的一氧化碳和二氧化碳浓度
[0026]?抑制碘
[0027]籲抑制气溶胶
[0028]?抑制惰性气体(例如Kr、Xe)
[0029]?限制剂量(例如，<100mSv/7d)
[0030].限制温度以符合I&C温度质量
[0031]?保持上述功能至少72小时
[0032]要点式地总结其他的优点:
[0033]籲模块化的并且可移动的系统结构
[0034]籲在集成到运行中的设备时的低开销和高灵活性
[0035]?小的维护开销
[0036]?省去了可呼吸空气的费事的储存
[0037]籲可能覆盖更大的空气量(空气交换)和空间范围
[0038]本发明的实施例在下面借助附图来进一步阐述。唯一的附图按照方框流程图的方式给出了用于核电站的控制台的通风系统的示意性并且极为简化的概况。
[0039]在附图中示出的事故通风系统、简称为通风系统2用于在故障或者事故情况下，尤其是在电站建筑物内以及可能也在环境中具有释放核裂变产物的严重事故的开始阶段中，为核电站6的也称为主控制室或者在英语中称为Main Control Room(MCR)的控制台4输送新鲜空气。
[0040]在通常伴随着核电站6的自身供电事故并且由此也伴随着用于控制台4的正常工作的通风系统(未示出)的事故而出现的这种场景中，在特别的程度上重要的是，还在一定的时段上(譬如在出现事故之后达到72小时)能够将控制台4保持对于操作人员无危险地占用，以便引入开始的应对措施和监控。可能的是，操作人员也必须长时间地坚持在控制台4中，直到环境中起初的放射性最大值衰退后能够安全地撤出。
[0041]为此目的，用于控制台4的通风系统2 —方面设计用于从控制台4或者电站建筑物的环境输送消除污染的并且富含氧气的新鲜空气(也称为输入空气)，并且装备有相应的过滤和净化级。另一方面，该通风系统2实现将用过的并且富含二氧化碳的空气(也称为排出空气)从控制台4送出到环境中。不同于其他的目前使用的方案，在此既没有设计来自关联的压缩空气存储系统的新鲜空气输送，也没有设计在控制台4的内部空间中空气的明显再循环和再生。
[0042]具体地，在控制台4的相对于外部环境至少近似密封地封闭的内部空间8上连接有也称为新鲜空气输送管路或者简称为新鲜空气管路的进气管路10，通过该进气管路，在通风系统2的运行期间借助通风机12从环境抽吸新鲜空气并且送入内部空间8中。进气管路10的抽吸入口或者简称入口 14可以距控制台4 一定距离，尤其是在电站建筑物之外。根据事故进程，通过入口 14抽吸的新鲜空气仍然会明显地具有放射性裂变产物、尤其是气溶胶、碘和碘化合物以及惰性气体构型的裂变产物的负荷。在新鲜气流通过围墙18(仅仅部分地示出)中的穿通开口 16引入控制台4的内部空间8之前，这些组成部分应当被尽可能完全并且可靠地从新鲜气流(也称为输入气流)中去除。
[0043]为此，在新鲜气流的方向上看，在入口 14的下游将气溶胶过滤器20构型的第一过滤级连接到进气管路10中，这里在该例子中通过两个根据流动而并联的HEPA过滤器22 (HEPA =高效微粒空气过滤器，德语意义为悬浮物过滤器)来实现。HEPA过滤器22相应地实现也称为悬浮微粒的气溶胶微粒从新鲜气流中的高效分离，尤其是涉及同位素Te、Cs、Ba、Ru、Ce、La0
[0044]更下游将第二过滤级连接到进气管路10中，该第二过滤级带有碘过滤器24和后接的微粒过滤器26。碘过滤器24优选以具有例如0.lm至0.5m的层厚度的活性炭过滤床的构型来实现。在先前在气溶胶过滤器20中进行的悬浮物分离之后，在碘过滤器24中，放射性的碘化合物和单质碘例如以大于8的k值在0.1秒至0.5秒的接触时间情况下被分离。为了通过同位素交换或者形成盐来分离放射性的甲基碘化物，可以使用饱和的活性炭(例如用碘化钾作为饱和剂)。连接在碘过滤器24之后的微粒过滤器26设计用于保持来自活性炭床的摩擦。
[0045]在第二过滤级的下游，连接有输送通风机或者简称通风机12，用于将新鲜气流传输到进气管路10中。优选电驱动的通风机12具有例如1，000至6，000m3/h范围中的抽吸效率。
[0046]为了提供所需的工作电流，设置有自给自足的、与正常运行的自身供电装置和优选也与通常的(设施范围的)紧急电网相独立的供电模块28，譬如基于电池/蓄电池和/或基于柴油机组。供电模块28在需要时优选自主地按照不间断供电的方式激活，或者可替选地通过关联的控制单元30来控制。
[0047]可选地，更下游地将也称为冷阱的空气干燥器32连接到进气管路10中，借助其可以将可冷凝的组分从新鲜气流中分离。例如，其可以是无源的冷阱，带有硅胶和/或冰作为干燥剂。由此，减少流入后接的功能单元中(见下文)的新鲜气流的湿气含量。可替选地或者附加地存在的、在此在实施例中在新鲜空气的流动方向上看布置在空气干燥器32之后的节流装置