安全壳地坑过滤器简介及各类型过滤器优劣分析

张飞

【摘 要】安全壳地坑作为LOCA事故下再循环阶段的长期水源，用于堆芯的冷却，而地坑过滤器作为地坑最重要设备，对核电厂安全生产有着重要的意义。本文对各类新型过滤器结构及优缺点进行了简介，并结合国内外新型过滤器的发展和应用，深入分析了方家山地坑过滤的结构，同时将该类型过滤器的优点和缺点进行详细阐述。

【关键词】安全壳；地坑过滤器；结构；优劣

【Abstract】This article describes and analyses the function of Containment Sump Filter which activated after the serious accidentoccurred in nuclear power plant and get into recycling stage，used to collect recycling water and prevent the debris going into RIS and EAS pipe loop，ensure the RIS pump and EAS pump has sufficient NPSH.This paper focuses on the structure of Containment Sump Filter，and the collection with the suction inlet of RIS pumps and EAS pumps，the assembly and fixation of every module，and make a deeply analysis on how the new type Containment Sump Filter ensure the safety function by increasing the filters area.

【Key words】Containment；Sumpfilter；Structure

1 安全壳地坑过滤器的作用及堵塞风险

在压水堆核电厂反应堆厂房（安全壳）底部，设置了安全壳地坑过滤器，作为安全注入系统（RIS）和安全壳喷淋系统（EAS）的一部分。在核电厂设计基准事故工况下，安全壳地坑所积聚的水是 RIS 和 EAS 执行安全功能的长期水源，经地坑过滤器过滤后，进入RIS、EAS行使喷淋和冷却的功能。地坑过滤器滤网的网孔可阻止可能造成EAS喷嘴堵塞和堆芯燃料格架过滤网孔堵塞的颗粒穿过，网孔直径2.4mm。同时，设计考虑到过滤面积足够大，正常运行条件下地坑过滤器的压降不会引起安全壳喷淋泵、安注泵的汽蚀现象（余量不足）。地坑过滤器在再循环工况下的工作状况直接影响到应急堆芯冷却系统、安全壳喷淋系统的正常运行，对于核安全有重要意义。

但事实上，在核电发展历史上，国外已发生多起地坑滤网堵塞或者破口事故，例如同属BWR机组的美国俄亥俄Perry电站，瑞士Barseback電站，费城Limerick电站以及PWR机组的美国Davis-Besse核电站。

我国大部分运行PWR核电站，基本上都是基于50%滤网堵塞的假设进行设计，而根据美国核管会（NRC）公告表明：50%滤网堵塞假设不够保守，按照该假设设计的核电站，在LOCA事故工况下，应急堆芯冷却系统（RIS）和安全壳喷淋系统（EAS）的再循环功能将受到碎片堵塞安全壳滤网的影响，而且这一问题已经得到确认。由此，各国都开始进行新型地坑过滤器的研究，并发展出不同类型的新型过滤器。

2 新型地坑过滤器类型

随着各国对新型过滤器性能研究的不断深入，世界各国已经研制出各种新型的地坑过滤器，主要有TRANSCO过滤器、PCI过滤器、ANP/CCI过滤器和COMEX/AECL过滤器等。

2.1 TRANSCO过滤器

TRANSCO过滤器是一种新型的桶式过滤器，可以是多桶式的也可以是单桶式的。

在LOCA事故工况下，携带碎片的流体经过滤桶内的滤网进入EAS/RIS循环泵，被滤网拦截留下的碎片就会在滤桶上形成碎片床。TRANSCO多桶过滤器的过滤面积大，单位滤网面积上的碎片量少，可以较少压损。但是多筒过滤器的内桶和外桶之间的间隙较小，碎片容易积累在内外桶的端面上造成堵塞，单桶式过滤器不存在这样的缺点，但相对而言过滤面积大大减小，同时也增加了堵塞的风险。

2.2 COMEX/AECL过滤器

COMEX/AECL新型过滤器的过滤单元为拆流板式状，过滤器由多个折流板状的过滤单元组成，中间为流向泵西入口的汇流通道。运行时夹带碎片的水流通过过滤单元后，碎片被过滤并附着在滤网上。COMEX/AECL新型过滤器将过滤单元作为折流板状，可以增加过滤面积；但当过滤碎片达到一定量时会填满折流板的凹槽，覆盖整个过滤板，变成一种简单的平面过滤，达不到增加过滤面积的目的。

3 方家山核电机组地坑过滤器结构特点及优缺点

3.1 方家山核电机组地坑过滤器结构及布置

方家山核电机组采用的是由法国Bertin公司研制的模块化折流板式过滤器（图1）。滤网孔径为2mm。

方家山地坑过滤器由34个过滤模块和4个泵的连接装置组成（A列17个过滤模块，与RISA和EASA泵相连接，B列17个过滤模块，与RISB和EASB泵相连接），连接装置设置在4个泵的吸入口上方与过滤模块之间。

3.2 方家山核电机组地坑过滤器优点

3.2.1 增大过滤面积

研究表明，随着过滤面积的增大，压降显著降低。说明增大过滤面积是解决地坑过滤器堵塞问题的有效手段。但如果单纯只是增加单片滤网面积不仅现场安装困难，同时也有增加进入下游的碎片数量也会增多，对下游设备造成损坏，因此方家山地坑过滤器采用模块化过滤单元串联式设计，使得总体过滤面积增加又不增加单片过滤网面积。endprint

3.2.2 加装限流器，减少水流对泵体的影响

在每个过滤叶片的底部加装限流器，限流器的作用是为了控制水的流量，从而避免对泵产生影响，从一列模块的末端至泵的吸入口位置，限流器的孔径是逐渐减小的，用以保证水流量的均衡。

3.2.3 冗余设置，满足单一故障准则

方家山地坑过滤器（EAS005FI/006FI）由两列相同过滤器组合而成，分别是TRAIN A和TRAIN B系列，TRAIN A与RIS和EAS A列泵相连通，TRAIN B与RIS和EAS B列相连通，每列过滤器均有17个过滤模块，每个过滤模块由5个过滤叶片组成。这样设计是为了满足单一故障准则，防止共模失效。

3.2.4 模块化设计，便于检修

方家山地坑过滤器采用了标准模块化设计，每个连接装置上均开设了定期检查孔，根据QF1-EAS-TPTSL-0013试验规程要求，每一个换料周期都将进行一次过滤器堵塞检查，确保安全壳再循环地坑状态良好，专设系统入口畅通，无阻塞，无污秽物，丝网无破损，这些措施也能有效降低地坑过滤器滤网堵塞风险。

3.3 方家山核电机组地坑过滤器的不足

3.3.1 无反冲洗装置

由于方家山地坑过滤器并未安装反冲洗装置，一旦发生过滤器堵塞问题，无法进行有效去污。

3.3.2 碎片沉淀滞留措施不足

安全壳再循环滤网前并未加装保護挡板，不能防止油漆涂料层材料或其他碎渣落入或者正好位于滤网前面，避免这些碎渣迁移到滤网。同时可考虑在流道内增加拦污架，拦截装置等，这些都能使产生的碎片尽可能少地迁移到泵吸入口。

3.3.3 过滤器凹槽处易积聚碎片

折流板式过滤器能增加过滤面积，但由于凹槽处流速较低，碎片容易堆积，当过滤碎片达到一定量时会填满折流板的凹槽，覆盖整个过滤板，进而影响过滤效果。

4 结论

压水堆核电站安全壳地坑过滤器在电厂严重事故工况下为防止堆芯熔化、保证安全壳完整性起着关键作用。而地坑过滤器堵塞问题是压水堆核电站普遍存在的安全隐患，因此对它的分析研究显得尤为重要，方家山核电机组地坑过滤器能满足当前最新的核安全监管要求，但也有很多可改进之处。目前国际上对安全壳地坑过滤器的研究和试验还在开展和进行，在比较各类过滤器的优劣之时，不仅有利于丰富我们对地坑过滤器的了解，也会提供给我们解决问题的新思路。

【参考文献】

[1]刘宇.核电厂安全壳地坑滤网堵塞问题的机理分析[J].核安全，2008（3）：52.

[2]赵军，浅析秦山三厂重水堆核电站地坑滤网性能评估[J].先进核电站技术研讨会，2013（9）.

[3]路广遥.大型压水堆核电站地坑过滤器发展及应用[J].电力与能源，2011，10，32（5）：389.

[责任编辑：田吉捷]endprint