[发明专利]一种耐火、耐辐照型金属纤维过滤器

说明书

本发明提供一种耐火、耐辐照型金属纤维过滤器，包括过滤器滤芯本体、设置在过滤器滤芯本体上下两端的上密封段和下密封段、通过密封垫设置在上密封段上端的密封端盖、设置在下密封段下端的过滤器底座，过滤器滤芯本体包括外层护网、内层护网、预过滤器和精过滤器，两级组合式过滤器实现对亚微米至毫米级碳烟类放射性气溶胶高效去除。本发明提出一种新型的耐火、耐辐照型金属纤维过滤器，主要包含组合型预过滤器和褶型精过滤器以及附属部件，过滤器整体采用紧凑一体化布置，具有过滤效率高、流动阻力小、容尘量大以及耐温耐辐照等优点，能够用于乏燃料后处理厂以及其他核设施火灾条件下的放射性气体通风过滤。

技术领域

本发明涉及一种耐火、耐辐照型金属纤维过滤器，主要用于核设施火灾条件下的放射性气体通风过滤，同时有效阻止火势进一步蔓延，该过滤器还可用于核设施其他放射性辐照环境下的气体过滤。

背景技术

乏燃料后处理是实现核燃料闭合循环的关键步骤，它能充分利用铀资源、安全妥善管理放射性废物，对于核能的可持续发展具有重要意义。乏燃料中包含了大量的放射性裂变产物，为了保证工作人员免遭放射性危害，同时避免对环境造成放射性污染，后处理厂需要根据实际工艺环境，合理设计通风净化系统，对厂区内可能存在的放射性物质进行净化过滤。通风净化系统的设计一方面要考虑常规运行条件下的过滤功能，同时还要考虑发生火灾时系统的适用性。环保部最新发布的《乏燃料后处理设施安全要求》试行版中对通风系统在火灾条件下的功能提出了明确要求，研发设计具有耐火性能的通风净化设备对于提高特殊环境下系统的生存能力具有重要意义。

参照EJ/T938-95《核燃料后处理厂通风与空气净化设计规定》以及GB/T17939-2008《核级高效空气过滤器》，目前核级高效过滤器主要为折叠型玻璃纤维过滤器，其特点是采用超细玻璃纤维滤纸做成折叠型，从目前的使用经验来看主要存在以下几个弊端：(1)滤纸的结构强度较差，制作和安装时容易损坏；(2)容尘量低，特别是以2.5倍初阻力为终阻力标准时过滤器更换频繁；(3)材料的初阻力较大，对过滤器的结构和风机的要求较高。除此以外，玻璃纤维的耐温上限为260℃，火灾条件下的烟气温度可能会高达800℃，此时玻璃纤维很可能已经融化，完全丧失对放射性物质的过滤能力,环保部最新发布的《乏燃料后处理设施安全要求》试行版中针对通风系统设计提出明确要求：“通风系统的设计和控制应实现预防和缓解火灾后果的目标，在尽可能长时间保持动态密封系统、保护最后一级过滤的同时，还要限制火灾蔓延”，因此，开发新型耐火滤材对于保证火灾条件下通风净化系统过滤效率，乃至整个厂房的安全性至关重要。近年来，耐高温过滤材料得到了快速发展，涌现出了包括PPS纤维、聚酰亚胺纤维(P84)、聚四氟乙烯纤维、聚偏氟乙烯膜、陶瓷材料和金属材料等不同材质的滤料，在这些新型滤料中仅有陶瓷材料和金属材料能够满足超高温(＞450℃)的使用要求。

传统陶瓷滤材是由陶瓷粉末烧结而成，过滤精度较高，但透气性差，阻力较大，近年来发展了高孔隙率和高透气系数的陶瓷纤维滤料，主要应用于高温烟气过滤方面，其优点是具有优良的热稳定性和化学稳定性，它的工作温度可达1000℃，陶瓷纤维过滤材料的比表面积较大，过滤效果好。相比于泡沫陶瓷，具有更小的孔径，更高的过滤精度。研究表明，陶瓷纤维过滤器的除尘效率高，可达99％以上。但是，陶瓷纤维过滤器的阻力仍然比普通纤维过滤器的阻力高，在相同驱动力条件下容尘能力受限，并且延展性和韧性较差，难于与系统整体封接。

金属过滤料主要包括烧结金属粉末和烧结金属纤维毡，烧结金属粉末材料由金属粉末烧结而成，过滤精度相对较高但通透性较差，阻力较大；烧结金属纤维毡一般由316L不锈钢或FeCrAl合金材料制成，其透气系数比粉末材料要高得多。相比于陶瓷材料，金属纤维的塑性较好，可以根据需求任意改变结构形状，由于滤材基体为316L等金属材质，允许采用常规焊接工艺解决火灾高温条件下的密封性难题。金属纤维过滤器具有出色的耐温性能，316L不锈钢的熔点为1400℃，在高温下可以承受相对较高的热膨胀而不发生烟气泄露。除此以外，金属纤维滤材还具有良好的耐酸碱腐蚀、耐放射性辐照和耐湿性能，过滤器达到终阻力后可以通过溶液进行反复冲洗，实现过滤器的重复利用，在满足使用要求的同时提高了设备的经济性。

发明内容