吴敬宇
国核示范电站有限责任公司 山东省荣成市 264312
摘要：随着核电技术的发展，随之产生的放射性废物处理问题也愈加重要。放射性废物中，来自一回路冷却剂的含氢废气，放射性水平高，必须尽可能降低放射性，经过严格处理才能排放。本文对放射性废气处理工艺进行了简要介绍，并针对常温活性炭延滞处理工艺进行了分析和展望。
关键词：放射性废气；活性炭延滞处理；非能动；核电
一、放射性废气处理简述
随着近几年中国核电迅速发展，核电技术愈发成熟，机组容量也显著提升，随之产生的放射性废气也相应增多。为降低放射性废气对公众的辐射剂量，降低电厂职业辐照水平，根据ALARA（合理可行尽量低）的原则[1]，排放前应进行净化处理，以尽可能降低放射性。
放射性废气可分为工艺废气与通风排气。其中，工艺废气主要来自一回路冷却剂中的含氢废气，主要成分是放射性气体、水蒸气、氢气，这一部分废气的放射性水平高，必须经过严格处理达标后才能排放。
目前，国内外压水堆核电厂中对含氢废气的处理技术基本都是通过放射性气体的衰变降低其核素的放射性水平。具体的处理工艺主要有以下三种：加压贮存处理、过滤处理以及常温活性炭延滞处理。其中常温活性炭延滞处理由于其处理效率高，安全性和经济性突出，结合非能动的发展方向，是目前最具推广价值和发展潜力的处理方法。
二、常温活性炭延滞处理工艺简介
放射性废气处理的工艺有加压贮存处理、过滤处理、常温活性炭延滞处理。其中加压贮存衰变是通过加压废气再储罐或衰变室内滞留足够长的时间，使其中短寿命的放射性气体发生衰变，从而降低放射性水平；而过滤技术主要是为了处理放射性废气中的固体颗粒。
常温活性炭延滞处理的原理是活性炭在一定条件下能进行有选择性的吸附，进而将在放射性气体（Xe、Kr等）流经活性炭延滞床时，将其吸附滞留，而其它非放射性气体，则可以直接穿过活性炭延滞床流出，从而达到降低排放气体放射性的目的[2]。根据GB6249-2011《核动力厂环境辐射防护规定》中相关规定，可确定适宜的滞留周期。一般为Kr-85滞留40小时，Xe-133滞留40天，即可满足总体排放要求。I系列同位素极易吸附，在此过程中放射性水平可降至环境可接受水平，因此无特殊设计需求。活性炭吸附量可根据如下公式计算。活性炭的吸附动态吸附系取决于活性炭类型、相对压力、湿度和温度。常压条件，活性炭对Xe-133的氙动态吸附系数可达900cm3/g[3]。
式中：
T：平均滞留时间，s；
Kd：动态吸附系数，cm3/g；
M：吸附剂重量，g；
F：气体流量，cm3/s。
三、常温活性炭延滞处理工艺优缺点浅析
三代核电AP系列、EPR系列堆型均采用活性炭延滞工艺，废气先经气体冷却器、气水分离器除去水分，后经保护床、延迟床进行废气处理。此技术的优点是：只需处理废气中微量的高放射性气体，非放射性气体如氢气、氮气等载气则可直接通过；且其用活性炭延滞床取代了压力大、容量大的衰变箱；系统运行时，由于整个流程为非能动状态，省去了压缩机、引风机等能动设备，使系统更加简单。与加压贮存衰变相比，不存在贮存大量含氢废气时易燃易爆风险，且废气处理系统可以在常温、常压的状态下运行，极大提高了安全性。但常温活性炭延滞技术的制约因素也十分明显，需要填充优质的活性炭，对仪表控制的精度要求较高。由于设置上为非能动设计，气体流速取决于上游压力及系统流动阻力，造成活性炭延迟床的废气处理能力有一定的局限性。机组正常运行期间，含氢废气的排放量少，放射性废气处理系统基本可满足排放需求。但是在停堆期间需要对一回路除气时，在没有缓冲罐和压缩机的情况下，一回路产生大量含氢废气直接排向废气处理系统，废气处理能力的不足会制约机组大修主线工作的推进，极大影响到核电机组的经济性。
可见，单一采用活性炭延迟滞留除气处理工艺不能满足核电机组各种工况下的放射性废气处理需求，而加压贮存处理等方式在安全性、设置简洁性上又有明显缺点。将复合减容处理工艺与活性炭延迟滞留除气处理工艺结合使用会是废气处理的一个新思路，氢氧复合减容处理技术主要是通过含氢废气中氢含址的减少来达到减容的目的。氢气的去除，一方面降低了系统所需处理气体的容址，另一方面也减少了系统中由于氢气的存在而造成的燃烧爆炸危险。处理废气时先用氢氧复合法减除废气中绝大部分的氢气，再结合使用活性炭延滞处理去除放射性惰性气体（Xe、Kr）的放射性，在放射性达标之后再将其排放，从而达到合理可行尽量低的原则。
综上所述，活性炭延迟滞留除气处理工艺相比于传统工艺有很大的优势，有很好的发展前景，但是也有需要持续改进的不足之处以更好地配合核电技术的发展。
参考文献：
[1]核动力厂设计安全规定HAF102-2004[S].
[2]蔺涛，马广辉，何海峰.核岛放射性含氢废气处理工艺分析[J].产业与科技论坛，2020，(19)5:41-42.
[3]王小兵,骆枫,干宇文,等.放射性气体处理方法概述及典型工艺设计[J].科技视界,2019, 000(007):32-34.