王茂 贾荣林 王文超
【摘 要】本文从真空工艺在核电站主回路系统中压力壳夹层和气冷机冷凝器中应用，以及在核电站辅助系统中应用于真空净化、除气和精馏的两个方面、多个系统应用上，向读者全面介绍了真空技术和真空工艺在目前核电站运行领域中的具体应用和发展现状。
【关键词】主回路；辅助系统；净化；除气；水处理
1 压水堆核电站系统构成
核电堆型主要分为压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆、石墨水冷堆、快中子堆，其中压水堆和沸水堆均属于轻水堆，目前世界各国应用最为广泛的、最成熟的便是压水堆核电站。压水堆核电站系统相当复杂，主回路系统及其辅助系统构成压水堆核电站。而主回路又分为一回路和二回路，其中相关主要的部件有：反应堆、堆压力壳、汽轮机、蒸汽发生器、冷凝器及各种真空获取设备（如真空泵等）。核电站的辅助系统包括净化冷却剂系统、保持冷却水系统、设备冷却水系统、应急堆芯冷却系统、停堆冷却水系统、安全注射系统、消氢系统、安全喷浴系统、空气循环净化系统、三废处理系统等等。真空技术在核电站的主回路和辅助系统中均有大量的应用，下文将做详细的阐述。
2 真空工艺在主回路系统的应用
核电主回路系统一般大都工作在高温、高压状态，但也有处于真空状态运行的，如压力壳夹层、气冷机冷凝器等就属于这种情况。
压力壳夹层中的应用：目前大型的压水堆的压力壳一般都是双层的，压水堆核电站压力壳采用带真空的夹层，目的是为了增强核电的安全性。压力壳是允许有一定的泄漏的，国外电站一般压力壳的设计上的允许泄漏率不得超过壳内空气体积总量的1%/每天。通过大型真空泵，电站可以抽取压力壳内泄漏到真空夹层中的放射性气体，并将该气体送到高效过滤器进气口，使之得以净化后排入大气，有效的避免了壳内放射性气体通過夹层向壳外泄漏。
冷凝器中应用：冷凝器是位于核电汽轮机下端的重要部件，其内部是处于真空状态的。汽轮机冷凝器大多都是箱形或圆柱筒形的，数万根管排列其中，冷却水在其中通过。二回路的蒸汽带动汽轮机的叶轮做功，然后又被真空吸入冷凝器内，在冷凝器的管的外壁上，被吸入的蒸汽会被迅速冷却而凝结成冰，最后再落下来，再被送回蒸汽发生器中受热蒸发，循环利用。核电站与火电站相比较，蒸汽压小，蒸汽温度低，相对更容易形成小液滴，这些液滴对汽轮机设备叶片损害很大。这时候处于真空状态的冷凝器，就能把喷嘴壁上的液态水吸进冷凝器，冷凝器内的工作条件相当恶劣，需要可以长期稳定工作的真空泵设备来获取真空。
3 真空工艺在辅助系统的应用
真空净化、除气和精馏是真空技术和真空工艺在辅助系统中的典型应用。
冷却剂质量控制系统：在主回路高温高压且具有强辐射的情况下，水是压水堆的主要冷却剂，它经过这种恶劣环境会发生一系列物理和化学反应，并对流经材料或接触面会产生腐蚀作用，所以各个核电站均需把水质控制作为一个重要的工作来做。作为核电站一回路中的水，必须对水中的氧、氯、氟、酸碱度、固体含量以及放射性等指标进行严格控制，这就要求我们必须对一回路冷却剂设置循环净化系统，这个系统可以是冷却剂（水）在主回路中经过净化处理后再回到一回路进行循环。水中的氯、氧、氢等气体可以通过真空净化技术很好的去除，其净化效果远胜于仅使用离子交换器净化的效果。一回路水是高温，真空净化就是设置在其降温过程中，然后才进行离子交换。上世纪末，先真空净化、再通过离子交换器净化的先进工艺已经在国外很多核电站中得以应用和推广。
二路冷却剂除气：用化学方法是很难去除二路冷却剂中氢、氪、氙等气体的。要将冷却剂中裂变气体浓度在原始放射性浓度的基础上降低四到五个数量级甚至更高，方可达到直接排放或循环使用的目的，而这种技术指标是很高的，技术是相当先进的。已经有研究可以证明，真空除气可以满足以上指标的要求，真空除气又可以分为热法、气体吹扫法和真空法三种，这其中真空除气的方法比另外两种方法具有更大的应用前景，因为它无需加热源，常温下便可对液体顶部抽真空使之沸腾，达到良好的除气效果。进入21世纪以来，真空除气法应用最广，核电专用的真空获取设备已经出现。
三废处理系统：三废处理是确保核电站正常运行的重要日常性工作，而目前对放射性废物的处理还未得到根本的解决，需要进一步的开展专项研究和投入。因三废中的废气、废水、固体废物均存在放射性，要使其达标排放或达标处理，必须使其整个处理过程处在一个真空负压的状态进行，目前真空工艺已普遍应用到核电站后处理过程中了。
含氚废水处理：20世纪60年代，国外科研机构早已进行了废水和废气中的氚分离的专项研究，但截止目前，还没有一种方法得到推广和实际应用，目前稀释排放是对氚废水处理的唯一方法。从最新技术和实用经济性角度看，真空精馏技术有望成为分离氚的重要技术得以应用，真空精馏分离氚水和轻水的工艺是在真空状态下进行的，方法及步骤相当简便，如果得以应用，必将成为主流分离技术。
沸水堆水处理：沸水堆只有一个回路，在高放射性环境下，它在堆内将水直接转化为蒸汽，水进入汽轮机发电后，水中的放射性就被带到汽轮机和其附属部件上去了，同时排除的蒸汽和废水也必将含有高强度的放射性。真空工艺的活性炭吸附法是沸水堆废水处理最为成功的方法之一，具备的工艺处理流程如下：
来自汽轮机的废水→抽气机→加热器→干燥器→冷却器→干燥器→吸附塔→过滤器→真空泵→排出。
上世纪以来，由于沸水堆的水处理问题得到很好的解决，目前沸水堆已逐渐成为压水堆之外的、建造最多的堆型了，例如日本等国均有大量建造。
4 结束语
随着世界核电和核科学技术的发展，真空技术在核电站运行中的应用必将越来越广泛，真空技术的发展也必将对核电站的运行及相关技术改进和创新做出更大的贡献。
[责任编辑：田吉捷]
