A la hora de elegir filtros no tejidos de alta eficacia (HEPA) en el sistema de purificación de aire de las centrales nucleares, es necesario tomar como base fundamental la normativa de seguridad nuclear y combinar los requisitos especiales del escenario de purificación de aire, como la protección contra la radiación, el control de aerosoles y la estabilidad del sistema. Debe llevarse a cabo una evaluación exhaustiva desde múltiples dimensiones, incluyendo el rendimiento de la filtración, la seguridad estructural, la adaptabilidad medioambiental y la conformidad, para garantizar que los filtros no sólo puedan cumplir los requisitos de eficiencia de purificación, sino que también puedan hacer frente a las complejas condiciones de trabajo de las centrales nucleares (como los aerosoles radiactivos, las fluctuaciones de temperatura y humedad, las cargas de funcionamiento a largo plazo, etc.). A continuación se indican las dimensiones específicas de selección y los indicadores clave:
1. Dar prioridad al cumplimiento de los indicadores básicos de rendimiento de la filtración de grado nuclear.
El objetivo principal de la purificación del aire en las centrales nucleares es retener los aerosoles radiactivos (como los productos de fisión y los productos de activación), evitando la propagación de sustancias radiactivas al medio ambiente o que afecten a la seguridad de los equipos y el personal. Por lo tanto, el rendimiento de la filtración es la consideración primordial, y debe prestarse especial atención a los siguientes indicadores:
1. Dar prioridad al cumplimiento de los indicadores básicos de rendimiento de la filtración de grado nuclear.
El objetivo principal de la purificación del aire en las centrales nucleares es retener los aerosoles radiactivos (como los productos de fisión y los productos de activación), evitando la propagación de sustancias radiactivas al medio ambiente o que afecten a la seguridad de los equipos y el personal. Por lo tanto, el rendimiento de la filtración es la consideración primordial, y debe prestarse especial atención a los siguientes indicadores:
| Indicadores clave |
Requisitos de las aplicaciones de grado nuclear |
|
| Eficacia de filtración | Debe alcanzar el grado H13 o superior (de acuerdo con la norma EN 1822), y algunos escenarios críticos (como el escape de contención, la zona de proceso de la isla nuclear) requieren el grado H14. |
La eficacia de filtración del grado H13 para aerosoles con un tamaño de partícula de 0,3μm es ≥99,95%, y la del grado H14 es ≥99,995%. Los aerosoles radiactivos se encuentran principalmente en el nivel submicrónico (0,1-1μm), y el nivel H13/H14 puede retenerse eficazmente para evitar la "fuga por penetración". |
| Capacidad de retención de polvo | Debe ser significativamente superior al de los filtros industriales ordinarios (se recomienda que sea ≥1000g/m², calculado específicamente en función de las condiciones de trabajo). | El ciclo de sustitución de los filtros de las centrales nucleares es largo (en algunos casos, deben funcionar continuamente durante varios años). Una elevada capacidad de retención de polvo puede reducir la frecuencia de sustitución, disminuir el riesgo de parada y la generación de residuos radiactivos (los filtros sustituidos son residuos radiactivos y requieren un tratamiento especial). |
| Característica de resistencia | La resistencia inicial es ≤250Pa (a volumen de aire nominal), y la resistencia final es ≤450Pa | Una resistencia inicial baja puede reducir el consumo de energía del ventilador y evitar que la presión de aire del sistema sea demasiado alta. La resistencia final debe coincidir con la presión de aire del ventilador del sistema de purificación para garantizar la estabilidad del volumen de aire del sistema durante toda la vida útil del filtro (las fluctuaciones del volumen de aire afectarán al efecto de purificación). |
En segundo lugar, mejorar la compatibilidad de las estructuras y los materiales con la seguridad nuclear.
El sistema de purificación de aire de una central nuclear puede estar expuesto a condiciones como fluctuaciones de temperatura y humedad, corrosión química, vibraciones y golpes (como terremotos, puesta en marcha y parada de equipos), y una vez dañado el filtro, puede provocar fugas radiactivas. Por lo tanto, la integridad estructural y la estabilidad del material son de vital importancia.
1. Selección del material filtrante: Se prefieren materiales especiales con resistencia a la radiación y baja precipitación
Material del núcleo del filtro: Debe seleccionarse material filtrante de fibra de vidrio (en lugar de fibra sintética ordinaria). La razón es:
La fibra de vidrio tiene una excelente resistencia a la radiación (capaz de soportar una dosis de radiación γ de ≥10⁵Gy, muy superior a los 5×10³Gy de las fibras sintéticas), lo que evita la degradación de los materiales filtrantes y la disminución de la eficacia bajo radiación prolongada.
El tamaño de los poros de la fibra de vidrio es uniforme, y su tasa de retención de aerosoles radiactivos submicrónicos es estable. Además, es menos probable que experimente una "expansión del tamaño de los poros" debido a los cambios de humedad (la humedad en las centrales nucleares suele alcanzar los 60%-80%).
Materiales auxiliares: Los materiales de sellado y del marco deben cumplir los requisitos de "baja adsorción de radiactividad, resistencia a la temperatura y resistencia a la corrosión".
- Sellador: Elija selladores de silicona o caucho fluorado (resistencia a temperaturas de -40 ℃ a 200℃, resistentes a gases débilmente ácidos en entornos de islas nucleares), y evite utilizar caucho de nitrilo ordinario (propenso al envejecimiento, a la liberación de materia orgánica y a la adsorción de sustancias radiactivas).
- Armazón: Se prefieren los marcos de aleación de aluminio o de acero inoxidable (la aleación de aluminio es ligera y el acero inoxidable es resistente a la corrosión, y ninguno de los dos adsorbe sustancias radiactivas). Los marcos de acero galvanizado están estrictamente prohibidos (el zinc se activa fácilmente con la radiación, generando radiactividad secundaria).
2. Diseño estructural: Garantizar "cero fugas" y resistencia a los impactos.
Optimización de la estructura sin tabiques: Se adoptan "barras espaciadoras adhesivas de fusión en caliente" para sustituir a los tabiques de aluminio tradicionales (el diseño sin tabiques puede reducir las esquinas muertas del flujo de aire y evitar que los aerosoles radiactivos se acumulen en los huecos de los tabiques), y las barras espaciadoras deben formarse de forma continua sin roturas para garantizar el despliegue uniforme del material filtrante y evitar daños en el material filtrante debido a una velocidad del viento local excesivamente alta.
Diseño del sellado El sellado entre el filtro y el marco de instalación debe adoptar un "sellado doble" (como una estructura de "ranura + junta"), siendo el material de la junta esponja de celda cerrada o caucho de silicona (relación de compresión ≥30% para garantizar que el sellado no falle durante el funcionamiento a largo plazo), para evitar "fugas de derivación" causadas por un sellado deficiente (las fugas de derivación permitirán que el aire no filtrado entre directamente en el flujo descendente, causando riesgos de radiación).
Rendimiento de resistencia a impactos: El filtro debe superar pruebas de simulación sísmica (de acuerdo con GB 50267 "Código para el diseño sísmico de centrales nucleares", soportando una aceleración de 0,3g a 0,5g) y "pruebas de fluctuación de la presión del viento" (soportando una presión instantánea del viento de 120% del volumen de aire nominal) para garantizar que el material del filtro no se desprenda y que el marco no se deforme en condiciones de trabajo extremas.
Iii. Adecuar los escenarios de aplicación y los requisitos específicos de las centrales nucleares
Los objetivos de purificación del aire para las distintas zonas de una central nuclear (isla nuclear, isla convencional y edificio auxiliar) varían, por lo que deben seleccionarse filtros personalizados en función de las características de los escenarios.
El sistema de purificación de aire de una central nuclear puede estar expuesto a condiciones como fluctuaciones de temperatura y humedad, corrosión química, vibraciones y golpes (como terremotos, puesta en marcha y parada de equipos), y una vez dañado el filtro, puede provocar fugas radiactivas. Por lo tanto, la integridad estructural y la estabilidad del material son de vital importancia.
1. Selección del material filtrante: Se prefieren materiales especiales con resistencia a la radiación y baja precipitación
Material del núcleo del filtro: Debe seleccionarse material filtrante de fibra de vidrio (en lugar de fibra sintética ordinaria). La razón es:
La fibra de vidrio tiene una excelente resistencia a la radiación (capaz de soportar una dosis de radiación γ de ≥10⁵Gy, muy superior a los 5×10³Gy de las fibras sintéticas), lo que evita la degradación de los materiales filtrantes y la disminución de la eficacia bajo radiación prolongada.
El tamaño de los poros de la fibra de vidrio es uniforme, y su tasa de retención de aerosoles radiactivos submicrónicos es estable. Además, es menos probable que experimente una "expansión del tamaño de los poros" debido a los cambios de humedad (la humedad en las centrales nucleares suele alcanzar los 60%-80%).
Materiales auxiliares: Los materiales de sellado y del marco deben cumplir los requisitos de "baja adsorción de radiactividad, resistencia a la temperatura y resistencia a la corrosión".
- Sellador: Elija selladores de silicona o caucho fluorado (resistencia a temperaturas de -40 ℃ a 200℃, resistentes a gases débilmente ácidos en entornos de islas nucleares), y evite utilizar caucho de nitrilo ordinario (propenso al envejecimiento, a la liberación de materia orgánica y a la adsorción de sustancias radiactivas).
- Armazón: Se prefieren los marcos de aleación de aluminio o de acero inoxidable (la aleación de aluminio es ligera y el acero inoxidable es resistente a la corrosión, y ninguno de los dos adsorbe sustancias radiactivas). Los marcos de acero galvanizado están estrictamente prohibidos (el zinc se activa fácilmente con la radiación, generando radiactividad secundaria).
2. Diseño estructural: Garantizar "cero fugas" y resistencia a los impactos.
Optimización de la estructura sin tabiques: Se adoptan "barras espaciadoras adhesivas de fusión en caliente" para sustituir a los tabiques de aluminio tradicionales (el diseño sin tabiques puede reducir las esquinas muertas del flujo de aire y evitar que los aerosoles radiactivos se acumulen en los huecos de los tabiques), y las barras espaciadoras deben formarse de forma continua sin roturas para garantizar el despliegue uniforme del material filtrante y evitar daños en el material filtrante debido a una velocidad del viento local excesivamente alta.
Diseño del sellado El sellado entre el filtro y el marco de instalación debe adoptar un "sellado doble" (como una estructura de "ranura + junta"), siendo el material de la junta esponja de celda cerrada o caucho de silicona (relación de compresión ≥30% para garantizar que el sellado no falle durante el funcionamiento a largo plazo), para evitar "fugas de derivación" causadas por un sellado deficiente (las fugas de derivación permitirán que el aire no filtrado entre directamente en el flujo descendente, causando riesgos de radiación).
Rendimiento de resistencia a impactos: El filtro debe superar pruebas de simulación sísmica (de acuerdo con GB 50267 "Código para el diseño sísmico de centrales nucleares", soportando una aceleración de 0,3g a 0,5g) y "pruebas de fluctuación de la presión del viento" (soportando una presión instantánea del viento de 120% del volumen de aire nominal) para garantizar que el material del filtro no se desprenda y que el marco no se deforme en condiciones de trabajo extremas.
Iii. Adecuar los escenarios de aplicación y los requisitos específicos de las centrales nucleares
Los objetivos de purificación del aire para las distintas zonas de una central nuclear (isla nuclear, isla convencional y edificio auxiliar) varían, por lo que deben seleccionarse filtros personalizados en función de las características de los escenarios.
| Escenarios de aplicación | Requisitos básicos | Puntos clave para la selección de filtros |
| Zonas de proceso de las islas nucleares (como edificios de reactores, edificios de combustible | Interceptar aerosoles radiactivos (como ¹³⁷Cs, ¹³¹I) para evitar su propagación a zonas de equipos o personal |
- Grado de eficacia: H14 (garantiza una tasa de retención de aerosoles radiactivos de ≥99,995%); - Resistencia a la radiación: La dosis de tolerancia a la radiación del material filtrante es ≥10⁵Gy; - Resistencia a la temperatura: Puede soportar de 40℃ a 60℃ (la temperatura en la zona de proceso de la isla nuclear es relativamente alta). |
| Sistema de escape de contención | En condiciones de accidente (como los accidentes por pérdida de agua), deben interceptarse los aerosoles radiactivos de alta concentración para evitar su vertido al medio ambiente. |
- Grado de eficacia: H14 + Capa de carbón postactivado (el carbón activado adsorbe el yodo radiactivo para impedir que penetre el vapor de yodo); - Estructura: Adopta un "diseño resistente a alta presión" (la presión de contención puede alcanzar 0,5MPa), y el bastidor es de acero inoxidable. - Capacidad de retención de polvo: ≥1500g/m² (Tras un accidente puede generarse una gran cantidad de aerosol que debe retenerse durante mucho tiempo). |
| Isla convencional y naves industriales auxiliares | Elimina el polvo y los microorganismos para evitar la contaminación de los equipos (como turbinas de vapor y armarios eléctricos), y no hay riesgo de radiactividad |
- Grado de eficacia: H13 (cumple los requisitos generales de purificación de alta eficacia y reduce los costes); - Resistencia a la temperatura: Puede soportar de 30℃ a 40℃ (la temperatura en la isla convencional es relativamente baja); - A prueba de humedad: El material filtrante debe someterse a un "tratamiento de revestimiento hidrófobo" (la humedad en la isla convencional es relativamente alta, para evitar que el material filtrante absorba humedad y se enmohezca). |
4. Verificar estrictamente el cumplimiento y las cualificaciones de los proveedores
Las centrales nucleares pertenecen a una industria especial. La "conformidad" de los filtros es la base de la seguridad. Los siguientes documentos y cualificaciones deben ser verificados con énfasis:
Certificación de productos de calidad nuclear
- Debe poseer cualificaciones de producto de grado nuclear reconocidas por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) (como la "Licencia de diseño y fabricación de filtros de aire de grado nuclear"), o aprobar certificaciones internacionales de grado nuclear (como ASME QNA-1 de Estados Unidos, certificaciones estándar RCC-M de Francia);
- Proporcionar el "Informe de prueba de fuga radiactiva" del producto (de acuerdo con los requisitos de GB/T 13554 "Filtros de aire de alta eficiencia", la tasa de fuga global en el volumen de aire nominal es ≤0,01%).
Verificación de la capacidad de los proveedores
Se exige a los proveedores que dispongan de la "Certificación del sistema de producción de productos de grado nuclear" (como ISO 9001 + requisitos especiales de la industria nuclear), y que tengan al menos 3 casos de aplicación de productos similares en centrales nucleares (tiempo de funcionamiento ≥5 años, sin accidentes de seguridad);
Puede solicitar al proveedor que le proporcione un "Informe de ensayo de lotes de materiales filtrantes" (la eficacia, la resistencia y la resistencia a la radiación de cada lote de materiales filtrantes deben ser objeto de muestreo y ensayo) para evitar el incumplimiento del rendimiento debido a las diferencias entre lotes de materiales filtrantes.
Compatibilidad del desmantelamiento y el tratamiento de residuos:
El filtro debe diseñarse como una estructura "fácil de desmontar y fácil de curar" (como el marco y el material del filtro pueden separarse, y el material del filtro es de tipo integral, lo que es conveniente para su posterior instalación en un contenedor de hormigón para el curado).
Los materiales deben cumplir los "requisitos de clasificación de residuos de baja actividad" (por ejemplo, el armazón metálico puede limpiarse y reciclarse, y el material del filtro debe ser incombustible para evitar la contaminación secundaria causada por la incineración).
V. Resumen: Selección de procesos y puntos clave de control
Aclare los requisitos de la escena: En primer lugar, determine el área de aplicación del filtro (isla nuclear/isla convencional), el volumen de aire que se va a procesar y el nivel radiactivo, y aclare los indicadores básicos como la eficiencia (H13/H14), la resistencia a la temperatura y la resistencia a la radiación;
2. Seleccionar a los proveedores conformes: Dé prioridad a los proveedores con cualificaciones de grado nuclear y casos maduros, y excluya a los fabricantes que sólo tengan capacidad de producción de filtros industriales ordinarios;
3. Pruebas de rendimiento de las muestras: Realice pruebas de muestreo de los productos candidatos (centrándose en la eficacia de filtración, el índice de fugas y la capacidad de retención de polvo) y, si es necesario, encargue la verificación a una institución de pruebas de grado nuclear de terceros (como el Instituto de Energía Atómica de China).
4. El contrato lo estipula claramente: En el contrato de adquisición deben definirse claramente términos como "cualificación de grado nuclear, pruebas por lotes y apoyo al tratamiento de desmantelamiento" para garantizar que el proveedor asume toda la responsabilidad de la calidad a lo largo del proceso.
Mediante un estricto control de las dimensiones mencionadas, se puede garantizar que el filtro no tejido de alta eficacia no sólo cumple el requisito de seguridad de "retener eficazmente las sustancias radiactivas" en la purificación del aire de las centrales nucleares, sino que también puede adaptarse a condiciones de funcionamiento complejas y a largo plazo, proporcionando garantías fiables para la seguridad nuclear.
Las centrales nucleares pertenecen a una industria especial. La "conformidad" de los filtros es la base de la seguridad. Los siguientes documentos y cualificaciones deben ser verificados con énfasis:
Certificación de productos de calidad nuclear
- Debe poseer cualificaciones de producto de grado nuclear reconocidas por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) (como la "Licencia de diseño y fabricación de filtros de aire de grado nuclear"), o aprobar certificaciones internacionales de grado nuclear (como ASME QNA-1 de Estados Unidos, certificaciones estándar RCC-M de Francia);
- Proporcionar el "Informe de prueba de fuga radiactiva" del producto (de acuerdo con los requisitos de GB/T 13554 "Filtros de aire de alta eficiencia", la tasa de fuga global en el volumen de aire nominal es ≤0,01%).
Verificación de la capacidad de los proveedores
Se exige a los proveedores que dispongan de la "Certificación del sistema de producción de productos de grado nuclear" (como ISO 9001 + requisitos especiales de la industria nuclear), y que tengan al menos 3 casos de aplicación de productos similares en centrales nucleares (tiempo de funcionamiento ≥5 años, sin accidentes de seguridad);
Puede solicitar al proveedor que le proporcione un "Informe de ensayo de lotes de materiales filtrantes" (la eficacia, la resistencia y la resistencia a la radiación de cada lote de materiales filtrantes deben ser objeto de muestreo y ensayo) para evitar el incumplimiento del rendimiento debido a las diferencias entre lotes de materiales filtrantes.
Compatibilidad del desmantelamiento y el tratamiento de residuos:
El filtro debe diseñarse como una estructura "fácil de desmontar y fácil de curar" (como el marco y el material del filtro pueden separarse, y el material del filtro es de tipo integral, lo que es conveniente para su posterior instalación en un contenedor de hormigón para el curado).
Los materiales deben cumplir los "requisitos de clasificación de residuos de baja actividad" (por ejemplo, el armazón metálico puede limpiarse y reciclarse, y el material del filtro debe ser incombustible para evitar la contaminación secundaria causada por la incineración).
V. Resumen: Selección de procesos y puntos clave de control
Aclare los requisitos de la escena: En primer lugar, determine el área de aplicación del filtro (isla nuclear/isla convencional), el volumen de aire que se va a procesar y el nivel radiactivo, y aclare los indicadores básicos como la eficiencia (H13/H14), la resistencia a la temperatura y la resistencia a la radiación;
2. Seleccionar a los proveedores conformes: Dé prioridad a los proveedores con cualificaciones de grado nuclear y casos maduros, y excluya a los fabricantes que sólo tengan capacidad de producción de filtros industriales ordinarios;
3. Pruebas de rendimiento de las muestras: Realice pruebas de muestreo de los productos candidatos (centrándose en la eficacia de filtración, el índice de fugas y la capacidad de retención de polvo) y, si es necesario, encargue la verificación a una institución de pruebas de grado nuclear de terceros (como el Instituto de Energía Atómica de China).
4. El contrato lo estipula claramente: En el contrato de adquisición deben definirse claramente términos como "cualificación de grado nuclear, pruebas por lotes y apoyo al tratamiento de desmantelamiento" para garantizar que el proveedor asume toda la responsabilidad de la calidad a lo largo del proceso.
Mediante un estricto control de las dimensiones mencionadas, se puede garantizar que el filtro no tejido de alta eficacia no sólo cumple el requisito de seguridad de "retener eficazmente las sustancias radiactivas" en la purificación del aire de las centrales nucleares, sino que también puede adaptarse a condiciones de funcionamiento complejas y a largo plazo, proporcionando garantías fiables para la seguridad nuclear.
