B类高效过滤器在核电站辅助区域通风系统中的实践应用 一、引言 随着我国核能产业的快速发展，核电站的安全运行已成为国家能源战略的重要组成部分。作为保障核电站工作人员健康与设备稳定运行的关键环节...
B类高效过滤器在核电站辅助区域通风系统中的实践应用
一、引言
随着我国核能产业的快速发展，核电站的安全运行已成为国家能源战略的重要组成部分。作为保障核电站工作人员健康与设备稳定运行的关键环节，通风系统在核电站整体安全体系中扮演着不可或缺的角色。特别是在核电站的辅助区域（如控制室、电气间、维修车间、更衣室等），虽然不直接涉及反应堆核心，但其空气质量直接影响人员操作效率、设备寿命及放射性物质扩散风险控制。
在此背景下，高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）被广泛应用于核电站通风系统中。根据中国国家标准《GB/T 13554-2020》和国际标准《ISO 29463》，高效过滤器按过滤效率分为A、B、C三类，其中B类高效过滤器因其在中等粒径颗粒物（尤其是0.3~1.0μm）上的优异捕集性能，成为核电站辅助区域通风系统中的主流选择。
本文将系统探讨B类高效过滤器在核电站辅助区域通风系统中的实际应用，涵盖其技术参数、选型依据、安装方式、运行维护策略，并结合国内外典型案例进行分析，引用权威文献支持论点，旨在为相关工程设计与运维提供理论参考与实践指导。
二、B类高效过滤器的技术定义与分类标准
2.1 国内外标准体系对比
高效过滤器的分类主要依据其对特定粒径颗粒物的过滤效率。目前，国际上通用的标准包括：
- ISO 29463:2011《High-efficiency filters and filter elements for removing particles in air》
- EN 1822:2009（欧洲标准）
- GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》（中国国家标准）
根据上述标准，高效过滤器分为三类：A、B、C，分别对应不同的效率等级与测试方法。其中，B类过滤器处于中高端水平，适用于对空气质量要求较高的工业与公共设施环境。
| 分类 | 标准依据 | 过滤效率（≥0.3μm） | 气溶胶测试方法 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| A类 | GB/T 13554-2020 | ≥99.9% | 钠焰法或计数法 | 一般洁净室、普通工业场所 |
| B类 | GB/T 13554-2020 / ISO 29463 | ≥99.99% | 计数法（MPPS） | 核电站辅助区、制药洁净区、实验室 |
| C类 | GB/T 13554-2020 / ISO 29463 | ≥99.999% | 扫描法（局部扫描） | 核心反应堆区域、半导体洁净厂房 |
注：MPPS（Most Penetrating Particle Size）指易穿透粒径，通常为0.1~0.3μm。
2.2 B类高效过滤器的核心参数
B类高效过滤器的设计需满足高效率、低阻力、长寿命和耐辐照等多重要求。以下是典型B类HEPA过滤器的主要技术参数：
| 参数项 | 典型值 | 测试标准 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 过滤效率（0.3μm） | ≥99.99% | GB/T 6165-2021 | 使用计数法测定 |
| 初始阻力 | ≤220 Pa | GB/T 13554-2020 | 额定风量下压降 |
| 额定风量 | 800~1200 m³/h | — | 取决于滤芯尺寸 |
| 滤料材质 | 超细玻璃纤维纸 | IEST-RP-CC001.5 | 多层折叠结构 |
| 框架材料 | 铝合金或镀锌钢板 | — | 防腐蚀处理 |
| 密封材料 | 聚氨酯发泡胶或硅胶 | — | 确保密封性 |
| 耐温范围 | -20℃ ~ +70℃ | — | 特殊型号可达+80℃ |
| 耐湿性 | 相对湿度≤90% RH | — | 长期运行不霉变 |
| 抗震等级 | 符合IEC 60780 | — | 核电站抗震设计要求 |
| 辐照耐受剂量 | ≤1×10⁴ Gy | ASTM F722-81 | 短期暴露可承受 |
资料来源：中国建筑科学研究院《洁净室用高效过滤器技术白皮书》（2022）、美国ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment（2020）
三、核电站辅助区域通风系统的功能需求
3.1 辅助区域的定义与分类
根据《HAD 102/14 核电厂通风与空调系统设计规范》，核电站辅助区域主要包括以下几类：
| 区域名称 | 功能描述 | 空气质量要求 |
|---|---|---|
| 控制室（Control Room） | 操作员监控反应堆运行 | 洁净度Class 10000级，无尘无菌 |
| 电气间（Electrical Room） | 安装配电柜、继电器等 | 防尘、防潮，避免短路 |
| 维修车间（Maintenance Workshop） | 设备检修与更换 | 控制金属粉尘与油雾 |
| 更衣室与淋浴间（Change Room & Shower） | 工作人员进出管理 | 防止放射性微粒带出 |
| 实验室（Radiochemistry Lab） | 放射性样品分析 | 局部负压，防止交叉污染 |
这些区域虽非“安全壳内”，但仍可能受到微量放射性气溶胶的影响，因此必须配备高效的空气过滤系统以确保人员安全与设备可靠性。
3.2 通风系统的基本架构
典型的核电站辅助区域通风系统由以下几个部分组成：
- 新风预处理段：粗效+中效过滤，去除大颗粒物；
- 送风机段：提供系统动力；
- 加热/冷却盘管段：调节温湿度；
- 加湿段（可选）：维持适宜湿度；
- B类高效过滤段：核心净化单元；
- 送风管道与末端风口：均匀分布洁净空气；
- 排风系统：含独立高效过滤器，防止污染物外泄。
该系统通常采用双回路设计，即送风与排风均经过高效过滤，形成闭环控制，符合IAEA《Safety Guide NS-G-1.11》关于核设施通风安全的要求。
四、B类高效过滤器在核电站中的具体应用场景
4.1 控制室空气净化系统
控制室是核电站的“大脑”，要求持续供应洁净、稳定的空气。某沿海三代压水堆核电站（如“华龙一号”示范工程）在其主控室通风系统中采用了双级B类HEPA串联配置，以提升冗余安全性。
- 第一级B类过滤器：位于送风机组末端，负责主要净化；
- 第二级B类过滤器：设置于控制室吊顶静压箱入口，实现二次拦截。
据现场监测数据，该系统在额定风量1000 m³/h下，PM0.3浓度由室外平均35 μg/m³降至室内<2 μg/m³，过滤效率实测达99.992%，满足IEEE 323-2018对关键电子设备环境的洁净度要求。
4.2 更衣室与去污通道（Decontamination Corridor）
在工作人员从辐射控制区返回非控制区的过程中，更衣室和去污通道是防止放射性微粒扩散的后一道防线。此处常采用负压设计+排风侧B类过滤器。
例如，秦山核电站三期工程在去污通道排风系统中安装了耐高温B类过滤器（工作温度可达60℃），配合活性炭吸附层，有效截留碘-131、铯-137等放射性气溶胶。经环保部核与辐射安全中心检测，排风中放射性粒子去除率超过99.98%。
4.3 电气设备间防尘保护
电气柜内部积尘可能导致绝缘下降甚至短路。田湾核电站4号机组在其6 kV配电间通风系统中引入壁挂式B类过滤单元，每小时换气次数达12次，显著降低了设备故障率。运行三年数据显示，因灰尘导致的跳闸事件减少76%。
五、B类过滤器的选型与安装要点
5.1 选型原则
在核电站环境中，B类高效过滤器的选型应遵循以下五大原则：
- 符合法规标准：必须满足GB/T 13554-2020、IEC 60780抗震标准及HAF 604核安全导则；
- 效率与阻力平衡：避免过高效率带来过大压降，增加能耗；
- 材料兼容性：滤料与密封胶不得释放有害气体，影响室内空气质量；
- 可检漏性：支持现场扫描检漏（Scan Test），便于定期验证；
- 模块化设计：便于更换与维护，减少停机时间。
5.2 安装方式比较
| 安装方式 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 压紧式（Gasket Compression） | 结构简单，成本低 | 密封性依赖人工操作 | 小型机组 |
| 负压密封（Negative Pressure Seal） | 防泄漏性能好 | 需额外密封槽 | 高风险区域 |
| 液槽密封（Liquid Seal） | 密封绝对可靠，抗震性强 | 成本高，维护复杂 | 核岛周边 |
| 自带刀架密封（Knife-edge Seal） | 快速更换，自动化程度高 | 初期投资大 | 新建智能化核电站 |
资料来源：清华大学核能与新能源技术研究院，《核电站通风系统密封技术研究报告》（2021）
目前，国内新建核电项目普遍采用液槽密封+B类过滤器组合方案，如福清5、6号机组、漳州1、2号机组等，均实现了零泄漏目标。
六、运行维护与性能监测
6.1 日常维护策略
B类高效过滤器虽寿命较长（一般3~5年），但在核电站严苛环境下仍需制定严格的维护计划：
- 每月：检查压差表读数，判断是否堵塞；
- 每季度：目视检查框架与密封状态；
- 每年：执行一次全面扫描检漏（使用冷发DOP或PSL气溶胶）；
- 每三年：更换滤芯或整体更新。
6.2 性能监测技术进展
近年来，智能监测技术逐渐应用于核电站过滤系统。例如，阳江核电站引入了无线压差传感网络，实时上传各过滤段阻力数据至中央控制系统，一旦压差上升超过设定阈值（如280 Pa），自动触发报警并提示更换。
此外，基于激光粒子计数器的在线监测系统可在不停机状态下评估过滤效率变化趋势，提前预警潜在失效风险。
七、国内外典型案例分析
7.1 国内案例：宁德核电站B类过滤器改造项目
宁德核电站1号机组原采用A类过滤器，在运行两年后发现控制室PM2.5浓度波动较大。2019年实施通风系统升级，将送风段全部更换为B类HEPA过滤器（型号：HTB-1200，产自苏州安泰空气技术有限公司）。改造后：
- 平均颗粒物浓度下降82%；
- 风机能耗仅增加5.3%（得益于低阻设计）；
- 连续五年未发生过滤器泄漏事件。
该项目被收录于《中国核电》期刊2021年第4期，作为“辅助系统优化典范”。
7.2 国际案例：法国Flamanville核电站经验
法国EDF公司在Flamanville 3号EPR机组建设中，全面采用Eurovent认证的B类过滤器（Camfil Farr 700系列），并集成数字化管理系统。其创新之处在于：
- 所有过滤器出厂前均通过EN 1822标准下的MPPS效率测试；
- 现场安装后执行全流量扫描检漏；
- 建立“过滤器生命周期档案”，追踪每次更换记录。
该做法显著提升了系统的透明度与可追溯性，获得WANO（世界核电运营者协会）高度评价。
八、挑战与发展趋势
尽管B类高效过滤器已在核电站广泛应用，但仍面临若干挑战：
-
长期辐照老化问题：虽然短期辐照影响有限，但长期暴露于γ射线环境下，滤纸强度可能下降。美国橡树岭国家实验室（ORNL）研究指出，当累积剂量超过5×10³ Gy时，玻璃纤维滤材断裂风险增加（Nuclear Engineering and Design, Vol. 345, 2019）。
-
潮湿环境适应性不足：南方沿海核电站夏季湿度常超80%，易导致滤芯受潮结块。日本原子力机构（JAEA）建议开发疏水型复合滤料以应对此问题。
-
智能化水平有待提升：当前多数系统仍依赖人工巡检，未来发展方向包括：
- 内置RFID标签，实现身份识别与寿命追踪；
- 结合AI算法预测压差增长趋势；
- 与BIM（建筑信息模型）平台联动，优化维护路径。
参考文献
- 国家市场监督管理总局. 《GB/T 13554-2020 高效空气过滤器》[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020.
- International Organization for Standardization. ISO 29463:2011, High-efficiency filters and filter elements for removing particles in air [S]. Geneva: ISO, 2011.
- European Committee for Standardization. EN 1822:2009, High efficiency air filters (HEPA and ULPA) [S]. Brussels: CEN, 2009.
- ASHRAE. ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment [M]. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2020.
- 国家核安全局. 《HAD 102/14 核电厂通风与空调系统设计规范》[Z]. 北京: 国家核安全局, 2008.
- International Atomic Energy Agency. Safety Guide NS-G-1.11, Ventilation system design for nuclear facilities [R]. Vienna: IAEA, 2004.
- 清华大学核研院. 《核电站通风系统密封技术研究报告》[R]. 北京: 清华大学, 2021.
- 中国建筑科学研究院. 《洁净室用高效过滤器技术白皮书》[R]. 北京: CABR, 2022.
- Oak Ridge National Laboratory. "Radiation Effects on HEPA Filter Media" [J]. Nuclear Engineering and Design, vol. 345, pp. 123–130, 2019.
- Japan Atomic Energy Agency. "Humidity Resistance Improvement of HEPA Filters in Coastal NPPs" [R]. JAEA-Review 2020-001, 2020.
- 苏州安泰空气技术有限公司. HTB系列高效过滤器产品手册 [Z]. 2023.
- Camfil Farr. Technical Data Sheet: 700 Series HEPA Filters [Z]. Stockholm: Camfil, 2022.
- 《中国核电》编辑部. “宁德核电站通风系统升级改造实践” [J]. 中国核电, 2021, 14(4): 38–43.
（全文约3800字）
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