B類高效過濾器在核電站輔助區域通風係統中的實踐應用 一、引言 隨著我國核能產業的快速發展，核電站的安全運行已成為國家能源戰略的重要組成部分。作為保障核電站工作人員健康與設備穩定運行的關鍵環節...
B類高效過濾器在核電站輔助區域通風係統中的實踐應用
一、引言
隨著我國核能產業的快速發展，核電站的安全運行已成為國家能源戰略的重要組成部分。作為保障核電站工作人員健康與設備穩定運行的關鍵環節，通風係統在核電站整體安全體係中扮演著不可或缺的角色。特別是在核電站的輔助區域（如控製室、電氣間、維修車間、更衣室等），雖然不直接涉及反應堆核心，但其空氣質量直接影響人員操作效率、設備壽命及放射性物質擴散風險控製。
在此背景下，高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）被廣泛應用於核電站通風係統中。根據中國國家標準《GB/T 13554-2020》和國際標準《ISO 29463》，高效過濾器按過濾效率分為A、B、C三類，其中B類高效過濾器因其在中等粒徑顆粒物（尤其是0.3~1.0μm）上的優異捕集性能，成為核電站輔助區域通風係統中的主流選擇。
本文將係統探討B類高效過濾器在核電站輔助區域通風係統中的實際應用，涵蓋其技術參數、選型依據、安裝方式、運行維護策略，並結合國內外典型案例進行分析，引用權威文獻支持論點，旨在為相關工程設計與運維提供理論參考與實踐指導。
二、B類高效過濾器的技術定義與分類標準
2.1 國內外標準體係對比
高效過濾器的分類主要依據其對特定粒徑顆粒物的過濾效率。目前，國際上通用的標準包括：
- ISO 29463:2011《High-efficiency filters and filter elements for removing particles in air》
- EN 1822:2009（歐洲標準）
- GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》（中國國家標準）
根據上述標準，高效過濾器分為三類：A、B、C，分別對應不同的效率等級與測試方法。其中，B類過濾器處於中高端水平，適用於對空氣質量要求較高的工業與公共設施環境。
| 分類 | 標準依據 | 過濾效率（≥0.3μm） | 氣溶膠測試方法 | 應用場景 |
|---|---|---|---|---|
| A類 | GB/T 13554-2020 | ≥99.9% | 鈉焰法或計數法 | 一般潔淨室、普通工業場所 |
| B類 | GB/T 13554-2020 / ISO 29463 | ≥99.99% | 計數法（MPPS） | 核電站輔助區、製藥潔淨區、實驗室 |
| C類 | GB/T 13554-2020 / ISO 29463 | ≥99.999% | 掃描法（局部掃描） | 核心反應堆區域、半導體潔淨廠房 |
注：MPPS（Most Penetrating Particle Size）指易穿透粒徑，通常為0.1~0.3μm。
2.2 B類高效過濾器的核心參數
B類高效過濾器的設計需滿足高效率、低阻力、長壽命和耐輻照等多重要求。以下是典型B類HEPA過濾器的主要技術參數：
| 參數項 | 典型值 | 測試標準 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 過濾效率（0.3μm） | ≥99.99% | GB/T 6165-2021 | 使用計數法測定 |
| 初始阻力 | ≤220 Pa | GB/T 13554-2020 | 額定風量下壓降 |
| 額定風量 | 800~1200 m³/h | — | 取決於濾芯尺寸 |
| 濾料材質 | 超細玻璃纖維紙 | IEST-RP-CC001.5 | 多層折疊結構 |
| 框架材料 | 鋁合金或鍍鋅鋼板 | — | 防腐蝕處理 |
| 密封材料 | 聚氨酯發泡膠或矽膠 | — | 確保密封性 |
| 耐溫範圍 | -20℃ ~ +70℃ | — | 特殊型號可達+80℃ |
| 耐濕性 | 相對濕度≤90% RH | — | 長期運行不黴變 |
| 抗震等級 | 符合IEC 60780 | — | 核電站抗震設計要求 |
| 輻照耐受劑量 | ≤1×10⁴ Gy | ASTM F722-81 | 短期暴露可承受 |
資料來源：中國建築科學研究院《潔淨室用高效過濾器技術白皮書》（2022）、美國ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment（2020）
三、核電站輔助區域通風係統的功能需求
3.1 輔助區域的定義與分類
根據《HAD 102/14 核電廠通風與空調係統設計規範》，核電站輔助區域主要包括以下幾類：
| 區域名稱 | 功能描述 | 空氣質量要求 |
|---|---|---|
| 控製室（Control Room） | 操作員監控反應堆運行 | 潔淨度Class 10000級，無塵無菌 |
| 電氣間（Electrical Room） | 安裝配電櫃、繼電器等 | 防塵、防潮，避免短路 |
| 維修車間（Maintenance Workshop） | 設備檢修與更換 | 控製金屬粉塵與油霧 |
| 更衣室與淋浴間（Change Room & Shower） | 工作人員進出管理 | 防止放射性微粒帶出 |
| 實驗室（Radiochemistry Lab） | 放射性樣品分析 | 局部負壓，防止交叉汙染 |
這些區域雖非“安全殼內”，但仍可能受到微量放射性氣溶膠的影響，因此必須配備高效的空氣過濾係統以確保人員安全與設備可靠性。
3.2 通風係統的基本架構
典型的核電站輔助區域通風係統由以下幾個部分組成：
- 新風預處理段：粗效+中效過濾，去除大顆粒物；
- 送風機段：提供係統動力；
- 加熱/冷卻盤管段：調節溫濕度；
- 加濕段（可選）：維持適宜濕度；
- B類高效過濾段：核心淨化單元；
- 送風管道與末端風口：均勻分布潔淨空氣；
- 排風係統：含獨立高效過濾器，防止汙染物外泄。
該係統通常采用雙回路設計，即送風與排風均經過高效過濾，形成閉環控製，符合IAEA《Safety Guide NS-G-1.11》關於核設施通風安全的要求。
四、B類高效過濾器在核電站中的具體應用場景
4.1 控製室空氣淨化係統
控製室是核電站的“大腦”，要求持續供應潔淨、穩定的空氣。某沿海三代壓水堆核電站（如“華龍一號”示範工程）在其主控室通風係統中采用了雙級B類HEPA串聯配置，以提升冗餘安全性。
- 第一級B類過濾器：位於送風機組末端，負責主要淨化；
- 第二級B類過濾器：設置於控製室吊頂靜壓箱入口，實現二次攔截。
據現場監測數據，該係統在額定風量1000 m³/h下，PM0.3濃度由室外平均35 μg/m³降至室內<2 μg/m³，過濾效率實測達99.992%，滿足IEEE 323-2018對關鍵電子設備環境的潔淨度要求。
4.2 更衣室與去汙通道（Decontamination Corridor）
在工作人員從輻射控製區返回非控製區的過程中，更衣室和去汙通道是防止放射性微粒擴散的後一道防線。此處常采用負壓設計+排風側B類過濾器。
例如，秦山核電站三期工程在去汙通道排風係統中安裝了耐高溫B類過濾器（工作溫度可達60℃），配合活性炭吸附層，有效截留碘-131、銫-137等放射性氣溶膠。經環保部核與輻射安全中心檢測，排風中放射性粒子去除率超過99.98%。
4.3 電氣設備間防塵保護
電氣櫃內部積塵可能導致絕緣下降甚至短路。田灣核電站4號機組在其6 kV配電間通風係統中引入壁掛式B類過濾單元，每小時換氣次數達12次，顯著降低了設備故障率。運行三年數據顯示，因灰塵導致的跳閘事件減少76%。
五、B類過濾器的選型與安裝要點
5.1 選型原則
在核電站環境中，B類高效過濾器的選型應遵循以下五大原則：
- 符合法規標準：必須滿足GB/T 13554-2020、IEC 60780抗震標準及HAF 604核安全導則；
- 效率與阻力平衡：避免過高效率帶來過大壓降，增加能耗；
- 材料兼容性：濾料與密封膠不得釋放有害氣體，影響室內空氣質量；
- 可檢漏性：支持現場掃描檢漏（Scan Test），便於定期驗證；
- 模塊化設計：便於更換與維護，減少停機時間。
5.2 安裝方式比較
| 安裝方式 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 壓緊式（Gasket Compression） | 結構簡單，成本低 | 密封性依賴人工操作 | 小型機組 |
| 負壓密封（Negative Pressure Seal） | 防泄漏性能好 | 需額外密封槽 | 高風險區域 |
| 液槽密封（Liquid Seal） | 密封絕對可靠，抗震性強 | 成本高，維護複雜 | 核島周邊 |
| 自帶刀架密封（Knife-edge Seal） | 快速更換，自動化程度高 | 初期投資大 | 新建智能化核電站 |
資料來源：清華大學核能與新能源技術研究院，《核電站通風係統密封技術研究報告》（2021）
目前，國內新建核電項目普遍采用液槽密封+B類過濾器組合方案，如福清5、6號機組、漳州1、2號機組等，均實現了零泄漏目標。
六、運行維護與性能監測
6.1 日常維護策略
B類高效過濾器雖壽命較長（一般3~5年），但在核電站嚴苛環境下仍需製定嚴格的維護計劃：
- 每月：檢查壓差表讀數，判斷是否堵塞；
- 每季度：目視檢查框架與密封狀態；
- 每年：執行一次全麵掃描檢漏（使用冷發DOP或PSL氣溶膠）；
- 每三年：更換濾芯或整體更新。
6.2 性能監測技術進展
近年來，智能監測技術逐漸應用於核電站過濾係統。例如，陽江核電站引入了無線壓差傳感網絡，實時上傳各過濾段阻力數據至中央控製係統，一旦壓差上升超過設定閾值（如280 Pa），自動觸發報警並提示更換。
此外，基於激光粒子計數器的在線監測係統可在不停機狀態下評估過濾效率變化趨勢，提前預警潛在失效風險。
七、國內外典型案例分析
7.1 國內案例：寧德核電站B類過濾器改造項目
寧德核電站1號機組原采用A類過濾器，在運行兩年後發現控製室PM2.5濃度波動較大。2019年實施通風係統升級，將送風段全部更換為B類HEPA過濾器（型號：HTB-1200，產自蘇州安泰空氣技術有限公司）。改造後：
- 平均顆粒物濃度下降82%；
- 風機能耗僅增加5.3%（得益於低阻設計）；
- 連續五年未發生過濾器泄漏事件。
該項目被收錄於《中國核電》期刊2021年第4期，作為“輔助係統優化典範”。
7.2 國際案例：法國Flamanville核電站經驗
法國EDF公司在Flamanville 3號EPR機組建設中，全麵采用Eurovent認證的B類過濾器（Camfil Farr 700係列），並集成數字化管理係統。其創新之處在於：
- 所有過濾器出廠前均通過EN 1822標準下的MPPS效率測試；
- 現場安裝後執行全流量掃描檢漏；
- 建立“過濾器生命周期檔案”，追蹤每次更換記錄。
該做法顯著提升了係統的透明度與可追溯性，獲得WANO（世界核電運營者協會）高度評價。
八、挑戰與發展趨勢
盡管B類高效過濾器已在核電站廣泛應用，但仍麵臨若幹挑戰：
-
長期輻照老化問題：雖然短期輻照影響有限，但長期暴露於γ射線環境下，濾紙強度可能下降。美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）研究指出，當累積劑量超過5×10³ Gy時，玻璃纖維濾材斷裂風險增加（Nuclear Engineering and Design, Vol. 345, 2019）。
-
潮濕環境適應性不足：南方沿海核電站夏季濕度常超80%，易導致濾芯受潮結塊。日本原子力機構（JAEA）建議開發疏水型複合濾料以應對此問題。
-
智能化水平有待提升：當前多數係統仍依賴人工巡檢，未來發展方向包括：
- 內置RFID標簽，實現身份識別與壽命追蹤；
- 結合AI算法預測壓差增長趨勢；
- 與BIM（建築信息模型）平台聯動，優化維護路徑。
參考文獻
- 國家市場監督管理總局. 《GB/T 13554-2020 高效空氣過濾器》[S]. 北京: 中國標準出版社, 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.
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- 國家核安全局. 《HAD 102/14 核電廠通風與空調係統設計規範》[Z]. 北京: 國家核安全局, 2008.
- International Atomic Energy Agency. Safety Guide NS-G-1.11, Ventilation system design for nuclear facilities [R]. Vienna: IAEA, 2004.
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- 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.
- 蘇州安泰空氣技術有限公司. HTB係列高效過濾器產品手冊 [Z]. 2023.
- Camfil Farr. Technical Data Sheet: 700 Series HEPA Filters [Z]. Stockholm: Camfil, 2022.
- 《中國核電》編輯部. “寧德核電站通風係統升級改造實踐” [J]. 中國核電, 2021, 14(4): 38–43.
（全文約3800字）
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