论文部分内容阅读
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-8257
摘 要：本文介绍了过滤精度2μm和5μm，新研发的以316L不锈钢纤维毡为滤材的核电厂水过滤器滤芯综合试验性能并和相应性能的目标值进行了对比。通过比较新研发滤芯的结构完整性验证和初始冒泡点、压降流量特性、过滤效率和纳污容量等试验项目实测值和目标值，对新研发滤芯的结构、工艺等进行持续改进，不仅使得新研发滤芯各项性能指标实测值满足目标值要求，而且部分性能指标实测值优于目标值。
关键词：滤芯 综合性能 试验 目标值
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）01（c）-0071-04
Performance Test of High Precision Water Filter Element in Newly Developed Nuclear Power Plant
WU Xiaobo1 LI Shengyong2 JIAO Senlin1 ZHENG Zhishou1
（1.Hualong Nuclear Power Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100036 China;2.AT&M Environmental Engineering Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100081 China）
Abstract： This paper introduces the comprehensive test performance of newly developed water filter element used in nuclear power plant， the filter element is made of 316L stainless steel fiber felt with filtering precision of 2μm and 5μm，meanwhile， the measured value and the target value are compared. By comparing the measured and target values of initial bubble point， pressure drop flow characteristics， filtering efficiency and pollution carrying capacity， etc. Continuously improve the structure and process of the newly developed water filter element， not only the measured values of each performance index of the filter element meet the requirements of the target value， but also the measured values of some performance indexes are better than the target values.
Key Words： Filter element; Comprehensive performance; Test; Target value
當前核电厂核岛辅助系统中设置的水过滤器滤芯的材质主要为玻璃纤维，玻璃纤维材质的水过滤器滤芯在核电厂长期使用过程中存在着纤维脱落对水质造成二次污染以及可溶硅的析出量可能累计到一个相当高的量，造成一回路水质持续恶化，影响到核岛主设备的安全稳定运行。为此项目组经过仔细研究对比，发现316L不锈钢纤维毡作为核电高精度滤芯的滤材有强度高以及长时间浸泡在一回路模拟溶液中未检测到析出的硅元素等优点。下文介绍了此次新研发，以316L不锈钢纤维毡为滤材，过滤精度2μm和5μm的核电厂水过滤器滤芯综合试验性能并和相应性能的目标值进行了对比。滤芯综合性能的目标值来源于标准、规范以及国外进口的同精度、同尺寸、滤芯材质为玻璃纤维的试验实测值，试验项目参照NB/T 20486-2018的要求，进行了滤芯结构完整性验证和初始冒泡点的确定、压降流量特性等七项性能试验。进行综合性能试验滤芯直径60mm，高度150mm。
1 滤芯结构完整性验证和初始冒泡点的确定
试验参考标准：GB/T 14041.1-2007;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液为异丙醇。采用GB/T 14041.1-2007的试验步骤得到的试验结果如下表1。通过表1实测值和目标值比较可知，新研发滤芯初始冒泡点实测值比目标最低要求值高得多，新研发滤芯该项指标合格。
2 压降流量特性
试验参考标准：GB/T 17486-2006;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水。采用GB/T 17486-2006的试验步骤得到的压降流量曲线。图1和图2中横坐标为流量，单位m3/h;纵坐标为滤芯前后的洁净压差，单位KPa;方框数据点连接成的曲线表示新研发滤芯不同流量下的洁净压差目标限制值，圆形数据点连接成的曲线表示新研发滤芯不同流量下的洁净压差实测值，从图1和图2可知，过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯在不同流量下洁净压差均比目标限制值低，新研发滤芯该项指标合格。 3 滤芯材料与液体相容性
试验参考标准：GB/T 14041.2-2007;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液为浓度4%的硼酸溶液，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制，模拟核电厂的水回路工况。为考验滤芯的滤材和液体的相容性，将GB/T 14041.2-2007要求的被试滤芯浸泡在模拟溶液中72h延长至36d，浸泡结束后检测浸泡溶液对滤材过滤性能参数的影响。表2为新研发过滤精度2μm滤芯浸泡后的溶液中的元素含量，可从表2中看出滤芯浸泡第36天只检测到微量的Cr和Fe元素析出，没有检测到Si或其他元素。
表3为新研发过滤精度2μm滤芯浸泡后的性能数据，可从表3可看出，滤材的孔径、渗透性等影响过滤性能的参数没有明显变化，表明这些微量的Cr和Fe元素析出，不足以改变滤材的过滤性能。浸泡36d后该滤芯未出现明显的结构破裂、损伤或功能退化，且通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发过滤精度2μm滤芯该项指标合格。
浸泡36d后新研发过滤精度5μm滤芯，也只检测到有微量的Cr和Fe析出，没有检测到Si或其他元素，未出现明显的结构破裂、损伤或功能退化，且通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发过滤精度5μm滤芯该项指标合格。
项目组同时浸泡了从国外进口以玻璃纤维为滤材、过滤精度5μm的核电厂水过滤器滤芯，浸泡36d后，在浸泡溶液中检测到少量的Si02、Ca2+、Mg2+、Al3+、cl-等。
4 滤芯过滤效率和纳污容量
试验参考标准：GB/T 18853-2015;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制。滤芯的极限压差取0.25MPa。从表4可看出，新研发滤芯过滤效率和纳污容量实测值比目标最低要求值高得多，新研发滤芯该项指标合格。
5 滤芯抗流动疲劳特性
试验参考标准：GB/T 17488-2008;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制。试验过程参照GB/T 17488-2008规定的试验步骤和要求进行了2000次流动疲劳循环试验，新研发滤芯目标值为承受≥1500次流动疲劳循环试验。试验结束后，滤芯未出现可见的结构、密封件或滤材损坏，通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发滤芯该项指标合格。
6 滤芯抗破裂性
试验参考标准：GB/T 14041.3-2010;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制。新研发滤芯抗破裂压力目标值≥0.5MPa，从表5的试验结果可看出，滤芯的抗破裂试验压力到0.6MPa，观察外观没有损伤，抗破裂试验前后初始冒泡点也没有明显变化，新研发滤芯该项指标合格。
7 滤芯额定轴向载荷特性
试验参考标准：GB/T 14041.4-93;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，按照GB/T 14041.4-93的规定进行试验，新研发滤芯能承受轴向载荷的目标值≥0.6 MPa，在滤芯端部施加0.7MPa的轴向载荷，试验结束后，新研发滤芯未出现结构、密封或滤材损坏且通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发滤芯该项指标合格。
8 结语
通过以上滤芯各项综合性能试验可以看出，参与试验的过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯各项性能指标均合格，部分性能指标实测值优于目标值。
参考文献
[1] 乔太飞，孔海霞，史英霞，等.国内核电厂水过滤器滤芯标准现状与讨论[J].辐射防护，2018，38（2）：155-160.
[2] 王文超，付江南.核电站辅助过滤器的研发[J].科技视界，2017（10）：166-166.
[3] 张明，王燕燕，张富美，等.核岛水过滤器滤芯性能鉴定试验研究设计和驗证[J].核科学与工程， 2020（4）：521-531.
[4] 刘国东.空气过滤器动力学性能研究[D].合肥：合肥工业大学，2018.
[5] 房柯.核电厂固体废物处理系统水泥固化线设备设计研究[D].衡阳：南华大学，2018.
[6] 游祥飞，顾宙，孟雷，等.AP1000核电机组主回路相关水过滤器滤芯更换和转运操作工艺研究及相关设备设计[J].辐射防护通讯，2017（1）：1-7.
摘 要：本文介绍了过滤精度2μm和5μm，新研发的以316L不锈钢纤维毡为滤材的核电厂水过滤器滤芯综合试验性能并和相应性能的目标值进行了对比。通过比较新研发滤芯的结构完整性验证和初始冒泡点、压降流量特性、过滤效率和纳污容量等试验项目实测值和目标值，对新研发滤芯的结构、工艺等进行持续改进，不仅使得新研发滤芯各项性能指标实测值满足目标值要求，而且部分性能指标实测值优于目标值。
关键词：滤芯 综合性能 试验 目标值
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）01（c）-0071-04
Performance Test of High Precision Water Filter Element in Newly Developed Nuclear Power Plant
WU Xiaobo1 LI Shengyong2 JIAO Senlin1 ZHENG Zhishou1
（1.Hualong Nuclear Power Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100036 China;2.AT&M Environmental Engineering Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100081 China）
Abstract： This paper introduces the comprehensive test performance of newly developed water filter element used in nuclear power plant， the filter element is made of 316L stainless steel fiber felt with filtering precision of 2μm and 5μm，meanwhile， the measured value and the target value are compared. By comparing the measured and target values of initial bubble point， pressure drop flow characteristics， filtering efficiency and pollution carrying capacity， etc. Continuously improve the structure and process of the newly developed water filter element， not only the measured values of each performance index of the filter element meet the requirements of the target value， but also the measured values of some performance indexes are better than the target values.
Key Words： Filter element; Comprehensive performance; Test; Target value
當前核电厂核岛辅助系统中设置的水过滤器滤芯的材质主要为玻璃纤维，玻璃纤维材质的水过滤器滤芯在核电厂长期使用过程中存在着纤维脱落对水质造成二次污染以及可溶硅的析出量可能累计到一个相当高的量，造成一回路水质持续恶化，影响到核岛主设备的安全稳定运行。为此项目组经过仔细研究对比，发现316L不锈钢纤维毡作为核电高精度滤芯的滤材有强度高以及长时间浸泡在一回路模拟溶液中未检测到析出的硅元素等优点。下文介绍了此次新研发，以316L不锈钢纤维毡为滤材，过滤精度2μm和5μm的核电厂水过滤器滤芯综合试验性能并和相应性能的目标值进行了对比。滤芯综合性能的目标值来源于标准、规范以及国外进口的同精度、同尺寸、滤芯材质为玻璃纤维的试验实测值，试验项目参照NB/T 20486-2018的要求，进行了滤芯结构完整性验证和初始冒泡点的确定、压降流量特性等七项性能试验。进行综合性能试验滤芯直径60mm，高度150mm。
1 滤芯结构完整性验证和初始冒泡点的确定
试验参考标准：GB/T 14041.1-2007;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液为异丙醇。采用GB/T 14041.1-2007的试验步骤得到的试验结果如下表1。通过表1实测值和目标值比较可知，新研发滤芯初始冒泡点实测值比目标最低要求值高得多，新研发滤芯该项指标合格。
2 压降流量特性
试验参考标准：GB/T 17486-2006;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水。采用GB/T 17486-2006的试验步骤得到的压降流量曲线。图1和图2中横坐标为流量，单位m3/h;纵坐标为滤芯前后的洁净压差，单位KPa;方框数据点连接成的曲线表示新研发滤芯不同流量下的洁净压差目标限制值，圆形数据点连接成的曲线表示新研发滤芯不同流量下的洁净压差实测值，从图1和图2可知，过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯在不同流量下洁净压差均比目标限制值低，新研发滤芯该项指标合格。 3 滤芯材料与液体相容性
试验参考标准：GB/T 14041.2-2007;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液为浓度4%的硼酸溶液，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制，模拟核电厂的水回路工况。为考验滤芯的滤材和液体的相容性，将GB/T 14041.2-2007要求的被试滤芯浸泡在模拟溶液中72h延长至36d，浸泡结束后检测浸泡溶液对滤材过滤性能参数的影响。表2为新研发过滤精度2μm滤芯浸泡后的溶液中的元素含量，可从表2中看出滤芯浸泡第36天只检测到微量的Cr和Fe元素析出，没有检测到Si或其他元素。
表3为新研发过滤精度2μm滤芯浸泡后的性能数据，可从表3可看出，滤材的孔径、渗透性等影响过滤性能的参数没有明显变化，表明这些微量的Cr和Fe元素析出，不足以改变滤材的过滤性能。浸泡36d后该滤芯未出现明显的结构破裂、损伤或功能退化，且通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发过滤精度2μm滤芯该项指标合格。
浸泡36d后新研发过滤精度5μm滤芯，也只检测到有微量的Cr和Fe析出，没有检测到Si或其他元素，未出现明显的结构破裂、损伤或功能退化，且通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发过滤精度5μm滤芯该项指标合格。
项目组同时浸泡了从国外进口以玻璃纤维为滤材、过滤精度5μm的核电厂水过滤器滤芯，浸泡36d后，在浸泡溶液中检测到少量的Si02、Ca2+、Mg2+、Al3+、cl-等。
4 滤芯过滤效率和纳污容量
试验参考标准：GB/T 18853-2015;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制。滤芯的极限压差取0.25MPa。从表4可看出，新研发滤芯过滤效率和纳污容量实测值比目标最低要求值高得多，新研发滤芯该项指标合格。
5 滤芯抗流动疲劳特性
试验参考标准：GB/T 17488-2008;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制。试验过程参照GB/T 17488-2008规定的试验步骤和要求进行了2000次流动疲劳循环试验，新研发滤芯目标值为承受≥1500次流动疲劳循环试验。试验结束后，滤芯未出现可见的结构、密封件或滤材损坏，通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发滤芯该项指标合格。
6 滤芯抗破裂性
试验参考标准：GB/T 14041.3-2010;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，试验液采用符合GB/T 6682-2008的三级水进行配制。新研发滤芯抗破裂压力目标值≥0.5MPa，从表5的试验结果可看出，滤芯的抗破裂试验压力到0.6MPa，观察外观没有损伤，抗破裂试验前后初始冒泡点也没有明显变化，新研发滤芯该项指标合格。
7 滤芯额定轴向载荷特性
试验参考标准：GB/T 14041.4-93;试验准备：过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯，按照GB/T 14041.4-93的规定进行试验，新研发滤芯能承受轴向载荷的目标值≥0.6 MPa，在滤芯端部施加0.7MPa的轴向载荷，试验结束后，新研发滤芯未出现结构、密封或滤材损坏且通过了GB/T 14041.3-2010规定的抗破裂性检验，新研发滤芯该项指标合格。
8 结语
通过以上滤芯各项综合性能试验可以看出，参与试验的过滤精度2μm和5μm的新研发滤芯各项性能指标均合格，部分性能指标实测值优于目标值。
参考文献
[1] 乔太飞，孔海霞，史英霞，等.国内核电厂水过滤器滤芯标准现状与讨论[J].辐射防护，2018，38（2）：155-160.
[2] 王文超，付江南.核电站辅助过滤器的研发[J].科技视界，2017（10）：166-166.
[3] 张明，王燕燕，张富美，等.核岛水过滤器滤芯性能鉴定试验研究设计和驗证[J].核科学与工程， 2020（4）：521-531.
[4] 刘国东.空气过滤器动力学性能研究[D].合肥：合肥工业大学，2018.
[5] 房柯.核电厂固体废物处理系统水泥固化线设备设计研究[D].衡阳：南华大学，2018.
[6] 游祥飞，顾宙，孟雷，等.AP1000核电机组主回路相关水过滤器滤芯更换和转运操作工艺研究及相关设备设计[J].辐射防护通讯，2017（1）：1-7.