AP1000机组放射性气载流出物相关处理系统及环境影响分析

杨浩然

【摘 要】在核电厂正常运行期间，会产生一定的放射性气载流出物，因此有必要对放射性气载流出物进行处理，确保最终释放到环境中的总量及浓度满足国家标准和废物最小化的要求，以保护公众和环境。本文简要对核电厂放射性气载流出物的来源及处理方法进行介绍，重点就AP1000核电机组放射性气载流出物处理的相关系统进行介绍，并就放射性气载流出物对环境的影响进行分析。

【关键词】放射性；气载流出物；处理系统；环境影响

The Radioactive Airborne Effluents Treatment Related Systems and Environmental Impact Analysis of AP1000 Nuclear Power Unit

YANG Hao-ran

（CNNC Liaoning Nuclear Power Co.， Ltd.， Xingcheng Liaoning 125100， China）

【Abstract】During the operation of nuclear power plant， will produce certain radioactive airborne effluents. In order to protect the public and the environment， the radioactive airborne effluents should be processed to ensure the total emissions and concentration meet the requirements of national standards and waste minimization， before release into the environment. This paper brief present the sources of radioactive airborne effluents and treatment methods of nuclear power plant， mainly introduce the related treatment systems of radioactive airborne effluents of AP1000 nuclear power unit， and the radioactive airborne effluents impact on the environment is also analyzed.

【Key words】Radioactivity； Airborne effluent； Treatment system； Environmental impact

0 前言

放射性气载流出物是核电厂运行期间产生的三类放射性废物之一，该类废物的处理设施是核电厂重要的环保设施之一，对实现放射性废物最小化和减少放射性气态流出物对环境的影响至关重要。为此，本文就当前AP1000核电机组放射性气载流出物相关处理系统进行介绍，并就处理后对环境的影响进行分析。

1 核电厂放射性气载流出物的来源及处理方法简介

核电厂放射性气载流出物主要来源于反应堆运行产生的裂变产物、活化产物以及设备检修和其它放射性操作产生的放射性气溶胶和放射性碘等。一般核电厂主要考虑的放射性气载流出物包括放射性气溶胶、放射性碘、惰性气体、14C、3H等。

对放射性气载流出物的处理要确保在有控制地排入大气之前，从中分离或除去放射性组分、化学污染物，使之符合排放要求，并保证放射性废气中核素的排放量不超过国家规定的排放控制值和企业申请许可证时获得批准的排放管理目标值，包括浓度控制值和总量控制值[1]。本文中关于放射性气载流出物的处理主要针对放射性组分的分离和去除，对化学污染物的分离和去除不是本文讨论的重点。

为了保证满足对排放量的控制，需要选择具有不同性能的放射性气载废物处理技术；常用的净化处理技术有过滤、吸附、加压衰变贮存等，实际上核电厂常将多种方法联合使用，以达到更佳的净化效果。

2 AP1000核电机组放射性气载流出物相关处理系统

AP1000核电机组放射性气载流出物主要来源于反应堆冷却剂泄漏以及空气中Ar-40的活化产物Ar-41的安全壳通风排放，源自工艺流体泄漏的辅助厂房通风排放，以及放射性废气系统排放等。

AP1000核电机组气载流出物的处理并非一个独立的系统，而是由气体放射性废物系统和各厂房通风系统多个系统组成，由各通风系统处理满足排放要求后再通过75米高的烟囱排入大气。

2.1 气体放射性废物系统（WGS）

气体放射性废物系统（WGS）的主要功能是收集含有少量放射性核素的氢气和氮气，对其进行处理和排放，维持向厂外环境释放的放射性在可接受的限值内。该系统的废气来源包括反应堆冷却剂系统（RCS）稀释而下泄转移所产生的废气、RCS排气而下泄转移所产生的废气、反应堆冷却剂疏水箱液位变化而产生的废气、反应堆冷却剂疏水箱通风而排出的气体等。该系统设有活性炭保护床和活性炭延迟床，活性炭保护床用于去除多余的水分、碘和化学污染物；活性炭延迟床对裂变气体有吸附和延迟作用，使得裂变气体的放射性活度得到充分的降低。WGS系统简易流程图见图1。

图1 AP1000气体放射性废物系统

Fig.1 AP1000 gaseous radwaste System

电厂正常运行期间，WGS系统基本不运行。WGS系统的最大废气源来自核岛液体废物系统（WLS）脱气塔，脱气塔用于处理进入WLS系统的化学与容积控制系统（CVS）下泄流；WGS系统另一废气源来自WLS系统的反应堆冷却剂疏水箱（RCDT）。在RCS系统稀释、调硼和预期停堆前的除气期间，CVS系统下泄流排到WLS系统，由于WLS系统脱气塔是真空脱气型，且运行时无吹扫气体，因此进入WGS系统的废气流量很低，相当于0.99m3/h。WLS系统的脱气塔也对RCDT内的液体进行脱气，送至WGS系统的废气量取决于RCDT的进气量。WGS系统的另一废气源来自RCDT的排气管线，通常水箱的液位保持恒定且排气管线关闭，只有当反应堆冷却剂携带的气体量导致RCDT超压时，才需要对水箱进行排气。

WGS系统是一个直流的、室温条件下的活性炭延迟系统。从降低放射性的角度，WGS的主要设备为活性炭保护床和活性炭延迟床。废气流经活性炭保护床去除放射性碘或其他放射性污染物，同时去除残余的水汽，以免影响延迟床的去污效率。之后，废气流经两个活性炭延迟床，放射性核素（氙和氪）被动态吸附滞留衰变（WGS系统对于氙的滞留衰变时间为38.6天，对氪的滞留时间为2.2天）。

经WGS系统处理的废气在排到厂房通风系统前先经过辐射监测。当检测到排气的放射性水平高时，辐射监测仪表联锁关闭WGS系统排放控制隔离阀。

2.2 各厂房通风系统

各厂房通风系统主要包括放射性控制区通风系统（VAS）、安全壳再循环冷却系统（VCS）、安全壳空气过滤系统（VFS）、放射性废物厂房HVAC系统（VRS）、物理保健和热机修车间HVAC系统（VHS）等；其中VAS、VCS和VRS并不具备放射性过滤功能，当系统放射性监测通道报警时，可切换到VFS或移动式过滤设施进行过滤；对于VHS系统，本身具有放射性监测和过滤功能。本文仅对VFS系统进行介绍。

安全壳空气过滤系统（VFS）：

VFS系统在电厂正常运行和停堆期间，净化安全壳内受到污染的空气，使人员进入工作前，放射性水平保持在可接受范围内；在兼顾其它区域的气体排放时，VFS系统通过对安全壳排风的处理，使排风的放射性水平保持在安全限度内；VFS系统监测经电厂烟囱排放至外环境中空气的放射性水平，使之符合国家、地方标准及管理目标值。

VFS系统由两个100%容量的送排风分系统组成。送风系统与安全壳相接，排风分系统与安全壳、燃料操作区域、辅助及附属厂房的放射性控制区相接。排风的过滤机组的设计可达到：粒子过滤效率99%，放射性碘的净化效率90%。VFS系统简易流程图见图2。

图2 VFS系统简易流程图

Fig.2 AP1000 containment air filtration system

电厂正常运行期间，主控室人员定期运行VFS系统净化安全壳内空气（单个系列运行），减少气载放射性或维持安全壳压力在正常运行范围内。电厂停堆前及期间，VFS一个或两个系列运行，以在人员进入前去除气载放射性。

当电厂异常运行期间，接收到安全壳隔离信号时，位于送风管道和排风管道上的安全壳隔离阀自动关闭。当安全壳保持隔离而安全壳放射性信号不存在时，主控室操纵员可以将VFS连接至安全壳以净化潜在的气载放射性。如果在燃料操作区、辅助和/或附属厂房探测到高气载放射性，VAS将受影响区域与外部环境隔离，启动VFS进行过滤。

3 环境影响分析

3.1 排放总量

根据国内某核电厂AP1000核电机组气载放射性流出物的排放源项数据，经计算在2台机组运行状态下，气载放射性流出物释放量见表1。

表1 放射性气载流出物年排放量与国标控制值对比

Tab.1 Comparison for radioactive airborne effluents annual total emissions with national standard control values

因此，根据上述对比说明，2台AP1000核电机组气载放射性流出物排放量均满足GB6249-2011国家标准规定的厂址年排放量控制值要求，并为后续扩建工程留有余量。

3.2 照射途径及公众个人受照剂量估算

在核电厂正常运行时，气载放射性流出物释放到环境后对公众的照射途径可归纳为烟云浸没外照射、地面沉积外照射、吸入空气内照射、食入农牧产品内照射。根据国内某核电厂AP1000核电机组气载放射性流出物源项数据，结合该核电厂地理位置、气象、人口等数据，对厂址半径80km范围内公众个人造成的有效剂量进行估算表明，气态途径释放的放射性物质对各年龄组（成人、青少年、儿童、婴儿）公众个人造成的最大有效剂量分别为3.07×10-5Sv/a、3.38×10-5Sv/a、3.34×10-5Sv/a、3.41×10-5Sv/a，远低于国家标准和天然本底值。

4 结论

气载放射性流出物是核电厂运行期间产生的三类放射性废物之一， AP1000核电机组采取当今世界上最先进的第三代核电技术，在对气载放射性流出物的处理上设置了气体放射性废物系统和各厂房通风系统，对排放到外环境的气载放射性废物采取延迟衰变、吸附、过滤等净化处理技术；通过上述分析，在2台AP1000核电机组运行状态下，在上述系统运行下，对环境的影响及对厂址半径80公里范围内所受最大个人剂量均满足国家标准控制值或约束值，对公众和环境是安全的。

【参考文献】

[1]王俊峰，刘坤贤，等.放射性废物处理与处置[J].2011：27.

[2]GB6249-2011 核动力厂环境辐射防护规定[S].

[责任编辑：汤静]