《核设施通风系统 碘吸附器性能现场试验方法 第1部分：要求》

1核设施通风系统碘吸附器性能现场试验方法第1部分：通用要求本文件规定核工业设施中碘吸附性能试验通用要求，各专项试验方法将在GB/TXXXX.2～GB/TXXXX.4系列其他分标准中单独阐述。本系列标准不适用于核医学相关装置。本文件适用于含有固体吸附剂的碘吸附器（包括核设施通风系统中最常用的浸渍活性炭）的性能测试，也适用于特殊工况（如高温条件）的其他吸附剂。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/TXXXX.2核设施通风系统碘吸附器性能现场试验测试方法第2部分：放射性甲基碘法；GB/TXXXX.3核设施通风系统碘吸附器性能现场试验测试方法第3部分：环己烷法GB/TXXXX.4核设施通风系统碘吸附器性能现场试验测试方法第4部分：氟利昂法GB15258-2009化学品安全标签编写规定EJ/T791-1993核空气净化系统的现场检验EJ/T1183-2005核空气净化系统碘吸附器净化系数的测定放射性甲基碘法EJ/T20056-2014核级活性炭去除甲基碘性能试验方法NB/T20039.11-2011核空气和气体处理规范通风、空调与空气净化第11部分碘吸附器（INB/T20039.12-2011核空气和气体处理规范通风、空调与空气净化第12部分碘吸附器（IINB/T20039.13-2011核空气和气体处理规范通风、空调与空气净化第13部分碘吸附器（IIINB/T20039.15-2023核空气和气体处理规范通风、空调与空气净化第15部分吸附介质NB/T20196.1-2023核空气和气体处理规范试验规程第1部分空气处理系统的现场试验ISO2889：2021核设施烟道和通风管道中放射性物质取样（Samplingairborneradioactivematerialsfromthestacksandductsofnuclearfacilities）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。23.1对经过活化的材料，使用一种或多种化合物进行浸渍，提高其吸附有机碘化物的能力。典型的浸渍剂包括碘化物如碘化钾和三碘化物，胺类如三乙撑二胺（TEDA）以及它们的组合。3.2吸附质通过不同的物理或化学过程固定在物体表面，致其浓度增加的表面现象。3.3吸附质与吸附剂表面的浸渍剂通过表面化学反应生成化学键的吸附（3.2）。3.4物理吸附physicaladsorption吸附质和吸附剂间通过一种可逆的分子间作用力（范德华力）产生的吸附（3.2）。3.5任何能够将碘富集在其表面的固体物质。3.6核通风设施中用于捕集气载放射性碘的吸附器。3.7面速度frontalspeed气体通过吸附剂层（或吸附床）的截面速度。3.8气体在指定流量下存留在吸附床内并与吸附介质保持接触的理论时间。3.9泄漏率penetrationP给定气体流出碘吸附器的出口浓度与入口浓度的百分比。3.10净化系数scrubbingefficiencyE进入碘吸附器的放射性总活度（A）与穿过碘吸附器的放射性总活度（a）之比，其数学表达式如Aa3.11气体从不应有的通道通过或绕过碘吸附器的现象这种现象通常发生在密封部件存在缺陷时。3.12由吸附剂物理或化学性质变化（温度升高、压力降低等）引起的物理吸附（3.2）的逆向现象。33.13湿度和温度平衡hygrometric气流通过吸附剂层（或吸附床）时，当下游和上游湿度和温度接近相等时的状态。3.14完整性测试integritytest识别吸附器是否存在潜在的未经过滤的（包括由于安装、旁路等原因造成的）泄漏的试验过程。3.15同一化学元素的两个同位素在一个分子中的置换。例：气态CH3131I分子中的131I原子与浸渍在吸附剂表面KI分子中的稳定127I进行位置交换。3.16吸附剂厚度sorbentthickness吸附剂构成的吸附层的厚度。3.17装填在碘吸附器（3.6）中固体吸附剂的体积量。3.18吸附剂比表面积specificsurfaceareaofthesorbent吸附剂单位质量所具有的表面积，以m2/g表示。3.19示踪气体tracergas用于效率测试的已知特性的气体。4碘的捕集现象和影响因素4.1核设施中气态放射性碘的存在形式放射性碘能够以气体或气溶胶的形式存在，以气溶胶形式存在的放射性碘（粒子碘）可以通过高效过滤器（HEPA）过滤净化，本文件不涉及HEPA的测试方法。本文件重点关注对气态碘化合物（以分子碘［I2］和甲基碘化物［CH3I］为代表）的捕集。4.2捕集现象4.2.1碘吸附器的捕集现象对于现场效率测试至关重要。对于放射性碘的净化系数取决于吸附剂中不同捕集机制间的协同作用，主要包括物理、化学现象，以及同位素交换。因此，碘吸附器的效率测试须兼顾以上三种捕集作用。4.2.2影响净化系数的主要因素包括：a）与吸附剂相关的参数，即原材料的性质、浸渍剂的种类和含量、制备工艺、粒径以及床层厚b）与气流相关的参数：温度、相对湿度、气体流速、吸附质浓度等。其他影响净化系数的因素与测试方法，见GB/TXXXX.2～GB/TXXXX.4。4.2.3与放射性碘捕集相关的现象主要包括：4a）物理吸附b）化学吸附注：物理吸附和同位素交换是可逆现象，存在脱附的可能性。4.2.4放射性碘捕集现象在放射性碘吸附过程中的贡献取决于以下几个方面：a）待去除放射性碘的特性（有机形态、无机形态）；b）吸附剂的性质（例如活性炭、沸石）及其特性（吸附剂厚度、吸附剂体积、吸附剂比表面c）化学添加剂的性质（例如KI、TEDA）及其特性（浸渍量）；d）气流参数（例如温度、相对湿度、吸附质浓度等）。4.3多孔吸附材料的碘捕集机理4.3.1物理吸附物理吸附依靠极弱的分子间作用力（范德华力）实现吸附。该作用力强弱取决于吸附剂与被吸附分子（即吸附质）之间的距离。发生物理吸附时，吸附质分子结构不会发生改变，且整个吸附过程完全可逆。仅需改变气体工况条件（升温、降压、通入惰性气体置换含碘气流等），即可实现脱附。除此之外，物理吸附效果主要取决于吸附质能否顺利抵达吸附位点（孔隙内部），而这由吸附质分子尺寸与吸附剂孔径分布的匹配关系决定。因此，物理吸附对碘类物质不存在吸附选择性。4.3.2化学吸附4.3.2.1化学吸附是吸附质与吸附剂通过发生化学反应并形成化学键所产生的吸附作用。因此，相较于物理吸附，其作用能量更强，相关反应过程可逆性较小甚至不可逆。化学吸附可以提高对放射性碘的特异性吸附。4.3.2.2在核工业领域，商用除碘吸附剂普遍利用化学吸附机理。可根据实际使用需求，添加不同化学改性组分，主流类型如下：：a）附银吸附剂银与碘具有较高的亲和力和反应性，能够形成稳定的AgI沉淀实现对放射性碘的不可逆捕集。a）TEDA浸渍活性炭核设施通风系统中通常采用TEDA浸渍的核级活性炭，通过SN2亲核取代反应对甲基碘进行不可逆5浸渍TEDA能够显著改善高湿条件下活性炭的甲基碘吸附性能。4.3.3同位素交换4.3.3.1同位素交换反应不改变化合物的基本成分，只是同位素之间发生置换。即气流中的放射性甲基碘被非放射性甲基碘所替代。4.3.3.2KI浸渍吸附剂通过同位素交换反应捕集放射性甲基碘（CHI）：K127I（吸附剂）+CH3131I气体↔K131I（吸附剂）+CH3127I气体4.3.4脱附4.3.4.1脱附现象与物理吸附和同位素交换相关联，通过浸渍剂的化学吸附能够有效降低脱附风险。4.3.4.2沸点越低，脱附现象越显著。对于甲基碘（CHI，沸点42.5℃),其脱附程度明显高于单质碘（I，沸点184℃)。4.4碘吸附器性能影响参数4.4.1初始状态与平衡条件4.4.1.1温度是碘吸附器测试的重要参数，其影响通常与相对湿度等其他参数相互关联。4.4.1.2相对湿度是影响碘组分截留效果的关键参数。当吸附剂孔隙被冷凝水填满后，碘分子将无法被孔隙吸附。需要说明的是，吸附介质的吸水量同时受温度与相对湿度共同影响，因此试验必须明确规定测试温度。4.4.1.3碘吸附器内部吸附介质，在安装投用前，孔隙结构中会残留生产过程产生的杂质、挥发性有机化合物（VOC）等物质。若需对比不同年份、不同通风系统所用过滤器的效率变化趋势，必须保证所有试验的吸附介质洁净度与水汽饱和状态保持一致。4.4.1.4因此，试验前需对碘吸附器开展初始预处理，使被测吸附介质与试验气流在温度、湿度方面达到完全平衡状态。4.4.2示踪气体浓度4.4.2.1示踪气体浓度是影响多孔介质吸附碘的重要参数，也是决定吸附剂孔隙层级吸附效果的核心指标之一。相关研究表明，极低浓度工况下的碘吸附效率，低于较高浓度工况下的吸附效率。因此，开展碘吸附器性能测试时，应考虑示踪剂浓度影响，保证被测试碘吸附器效率的真实有效。4.4.2.2示踪气体初始投放量应综合考虑可测量性与排放安全性，理想投放量应明显高于检测限，以确保测量准确，同时尽可能降低向环境的释放风险，该投放量应根据碘吸附器预期效率进行调整。此外，必须确保试验所用示踪剂的量不能导致吸附器性能的降级。4.4.2.3碘吸附测试的试验方案中，必须明确规定示踪气体的放射性活度与同位素比，且试验过程中需严格遵循既定参数要求。4.4.3气流相对湿度相对湿度对碘吸附器的净化性能起着决定性作用，直接决定过滤器的最终净化系数指标。试验中必须测量相对湿度，确保吸附器介质含水状态与空气湿度基本达到平衡。测试所得的净化系数对应特定的相对湿度工况，因此，试验期间的相对湿度平均值应予以记录明6注：依据吸附剂净化性能随相对湿度变化的曲线开展外推计算，仅能得到粗略估算结果。此外，现场实测净化系数会涵盖系统各类泄漏带来的影响，因此多数情况下该外推方法的误差较大；仅在泄漏率较低时，方可酌情4.4.4接触时间（气流比速）4.4.5应确保吸附剂和待净化气流之间有足够的接触时间，明确量化最小接触时间，该参数可通过已知的系统风量和吸附层厚度进行计算。鉴于该参数较为敏感，应评估其不确定度，并在试验报告中明确测量结果及其不确定度。4.4.6碘吸附器的老化由于老化效应，活性炭的性能会随使用时间逐渐降低。老化的类型主要有两种：a）静态老化可能由氧化造成。通过适当的储存条件（如密封包装）可减缓静态老化过程。b）动态老化影响碘吸附器的持续或间歇运行性能。动态老化通常是因活性炭吸附空气中存在的杂质气体（有机气体、SOX、NOX等）中毒而引起的：——油漆作业或更换保温层等操作应予以重点关注；——活性炭长期暴露于潮湿空气会导致其吸附性能降低。对于持续产生放射性碘的核设施（如乏燃料后处理设施工艺系统），碘吸附器中吸附材料的老化程度可以通过放射性碘的捕集量判断。4.4.7粒度和密度的影响4.4.8吸附剂颗粒的粒径范围（颗粒状或粉末状）及堆密度是影响捕集性能的重要参数。粒径越小，捕集效率越高，但吸附器的压降也越大。5碘吸附器测试方法主要原理5.1方法原理5.1.1碘吸附器的试验方法通常是在其上游通风管道中注入气体示踪剂，然后在通风管道中取样测量（收集或直接测量）碘吸附器上游和下游的示踪剂浓度（见图2）。根据上游和下游气流中示踪剂的活度浓度/浓度计算碘吸附器的净化系数/泄漏率，并与预设评价指标进行比较，以评估碘吸附器的相关指标是否符合要求。净化系数E按公式（2）计算：E=A/a泄漏率P按公式（3）计算：P=(C下游/C上游)×100A和a分别是上游和下游取样盒的活度（通常碘吸附器效率试验过程中上游和下游取样流量相C上游和C下游分别是碘吸附器上游和下游气流中示踪剂的浓度。7图2测试方法的通用原则1被测试碘吸附器2通风管道3气流方向4示踪剂气体的产生5示踪剂气体的注入6上游：直接测量管道中的示踪剂或对收集在取样器上的示踪剂进行测量7下游：直接测量管道中的示踪剂或对收集在取样器上的示踪剂进行测量5.1.2采样管线应能够有效捕获与待测试过滤器预期性能相匹配的气体示踪剂。5.1.3测试方法应能够现场实施。5.1.4本文件不规定净化系数和泄漏率的最低限值，该值应由核设施运营单位结合本系列其他标准中所规定的方法予以确定。5.1.5高效空气过滤器（HEPA）通常设置于碘吸附器的上游或下游。高效过滤器的安装位置不应影响碘吸附器上游和下游取样的代表性和有效性。5.1.6GB/TXXXX.2～GB/TXXXX.4中均应明确所采用方法的适用范围（例如：净化系数或泄漏5.2主要考虑因素5.2.1为确保测试的有效实施，应从以下几个方面确保在注入与采样位置气流的均匀性：a）合理选择示踪剂气体注入点，以确保在碘吸附器上游的管道中能够进行代表性采样或直接测b）合理选择上下游直接测量位置或采样管线布设位置，以确保气流均匀性。注：在实施ISO2889：2021标准时，与气溶胶粒子相关的要求不适用于本文件。5.2.2根据方法对结果可能产生的影响，可在GB/TXXXX.2～GB/TXXXX.4中增加具体的附加判定准5.2.3应采取适当措施，保障试验实施人员、设施内其他工作人员、公众及环境的安全，相关内容见GB/TXXXX.2～GB/TXXXX.4。5.3选取示踪气体和方法5.3.1应根据效率测试目的（例如，用于安全评价，或结果对比，或依据用户标准验证结果）选取方法。为实现测试结果的可比性，应确保所选方法具备良好的重现性。85.3.2示踪气体的选择应能为试验方法提供充分的性能评估信息，同时兼顾设施布置条件及人员安全要求。示踪气体的选用应基于特定测试方法中关键的捕集现象，并符合相关国家法规的规定。5.3.3为确保碘吸附器过滤效率测试的准确性，选取的示踪气体应具有充足的放射性碘代表性（例如，采用CHI）。5.3.4示踪气体浓度应高于测试房间或通风系统的本底水平，以便实现有效测量与定量分析。6被试碘吸附器通用要求6.1总则6.1.1本文件中的碘吸附器填充有固体吸附剂（如活性炭、硅胶等），该吸附剂通常采用特定工艺进行处理，浸渍有特定化合物（如碘化钾KI、三乙撑二胺TEDA等）。6.1.2吸附剂被装填于与通风系统管道相连的净化装置内。6.1.3应在实际工况下对碘吸附器的性能进行评估，评估内容包括：a）碘吸附器核心基材（例如浸渍活性炭或沸石）的自身特性与吸附机理和各种影响因素之间的b）碘吸附器实验室效率，以往的性能测试数据；c）需要满足的安全指标或使用限值。6.1.4应参考配套通风系统和碘吸附器的技术参数等信息，在可获取的情况下，应优先采用吸附器供应商提供的技术参数。6.2碘吸附剂特性6.2.1现场使用的碘吸附介质需依据EJ/T20056标准完成鉴定试验，实验室测试的装在样杯中的吸附介质样品应能代表碘吸附器的实际运行特性。6.2.2碘吸附器的吸附容量须高于核设施在最严重事故情况下潜在的放射性碘释放总量。6.2.3碘吸附器内吸附介质的填充应确保不会产生影响整体过滤效率的任何旁路或泄漏。6.2.4通常采用KI（用于同位素交换）和TEDA（用于化学吸附）等浸渍剂改善碘吸附剂的性能。6.2.5活性炭等吸附介质应具有良好的机械性能，确保其在使用过程中阻力与吸附效率不会出现衰减6.3碘吸附器安装特性碘吸附器在安装和使用过程中，应确保不存在影响碘吸附器整体净化系数的旁通或泄漏，特别是要保证箱体的气密性以及活性炭的装填密实程度。7碘吸附器测试相关设施通用要求7.1概述7.1.1核设施通风系统配置的碘吸附器均具备专属使用功能，可适配系统正常运行与事故工况两种场景，拥有多种运行模式。通风系统还可根据需求加装加热器等辅助设备。7.1.2上述设施会对碘吸附器的过滤效率产生影响，同时也决定了测试方法的选用与实施。7.1.3试验方法应最大限度地减少对设施安全功能、工作人员安全及运行限制的不利影响。97.1.4测试过程中，需保证设施工况稳定，确保试验结果可复现。测试应在最贴合实际事故工况的条件下开展，并对既定测试方法中的各类关键影响参数进行精准控制。7.1.5碘吸附系统的一般布局示例如附录A所示。7.2基本要求开展示踪剂注入作业前，需确认通风回路已切换至测试工况，杜绝试验引发各类安全风险，同时确保试验涉及的放射性活度符合许可的排放限值要求。7.3相对湿度7.3.1空气相对湿度是影响碘吸附器过滤效率的核心因素，因此测试前需对通风系统进行调湿处理，使碘吸附器内部达到湿度平衡状态。若仅开展泄漏测试，无需进行湿度平衡调节；若需测试吸附器效率性能，可结合试验目的和测试方法，灵活确定是否需要湿度达到平衡，通风系统的湿度调节方式也7.3.2通风系统的空气相对湿度分为可控与不可控两类。可控湿度系统一般通过温控设备，将空气相对湿度控制在规定限值以下。无论采用何种湿度控制模式，在注入示踪气体前，都需将被测通风回路（重点为加热设备）按照额定工况稳定运行足够时长，以确保系统状态稳定。a）在相对湿度可控的系统中，碘吸附器的吸附剂应与进入气流湿度达到平衡状态，且该湿度值应低于设定阈值。b）在相对湿度不可控的系统中，若试验期间相对湿度不再发生明显变化，则表明碘吸附器的吸附剂与通过气流达到湿度平衡状态。7.3.3通过比较碘吸附器上下游的露点温度测量值（或可用于推算露点温度的温度数据），可以判断系统是否达到湿度平衡状态。7.3.4核设施中的碘吸附器有三种运行模式：a）碘吸附器长期在额定流量下持续运行，配套加热器持续投运；b）正常工况下碘吸附器不运行，仅少量加热气流持续通过碘吸附器，事故工况下碘吸附器接入c）正常工况下碘吸附器处于隔离状态（设置于旁路管线中），事故工况下接入通风系统。三种运行模式对应的系统湿度调节时长逐级递增，连续运行模式所需湿度调节时间最短，常开小流量模式次之，旁通隔离模式所需时间最长。对于正常工况下处于旁通隔离状态的碘吸附器，需根据试验目的和测试方法专项评估湿度调节时长。7.3.5碘吸附器上游的气流相对湿度测点应尽量贴近吸附器；若系统配备加热装置，测点需设置在加7.3.6湿度测量设备的精度不得低于±5%，对于泄漏率测试，可适当放宽测量精度要求。7.3.7吸附器与入口气流达到湿度平衡状态的判定标准为：吸附器上游和下游气流露点温度差值不大7.4空气流量7.4.1气流在吸附介质内的停留时间和气流流速同样会影响碘吸附器的过滤效率，这两项参数均由测试时的通风风量决定。7.4.2需根据管道实际风速选用适配的测量方法，所有测量数据经修正后，相对误差不得超过20%。同时，需结合试验目的与测试方法，对净化系数的测量不确定度进行量化评估。7.4.3通过对比压差计读取的压降值和制造商提供的技术参数，可以对通过吸附器的流量进行近似验证，并可用于判断通风系统配置是否正常（对于正常运行时处于旁路状态的碘吸附器尤为重要）。7.5取样代表性气流均匀性是保障测量数据准确、可复现的必要条件。过滤器上下游采样管路的选型与布设，应依据本文5.2章节相关原则，以确保采样位置的气流均匀稳定。8工作人员和公众安全的通用要求8.1工作人员安全主要规定8.1.1工作人员（员工和承包商）可能面临来自设施本身或所采用测试方法带来的风险。会面临设施本身及测试作业带来的双重安全风险。若碘过滤器所在区域为控制区，需制定专项防护措施，规避设施本身所带来的固有安全风险，现场需严格执行现行通用人员安全作业规定。对于进入设施区域、可能接触示踪气体的作业人员，需依据GB/TXXXX.2～GB/TXXXX.4系列标准相关章节的专项要求，落实安全防护措施，最大限度保障人员安全。8.1.2应充分评估拟用于碘吸附器测试的方法，确保最大限度地降低对设施内工作人员的风险。在进行气体注入前，应对碘吸附器箱体密封性以及正压管道系统进行目视检查，特别应检查箱体是否存在可识别的泄漏点。8.1.3应特别关注设置有碘吸附器的送风系统，如主控室通风系统的送风系统，需重点落实安全管控8.2公众和环境安全主要规定8.2.1公众和环境可能面临来自设施本身或所采用测试方法带来的风险。8.2.2应制定专项措施，限制碘吸附器测试过程中可能对公众和环境造成的影响。应开展相关评估，防止测试过程中对核设施安全功能（如动态屏蔽功能）造成干扰，确保设施处于安全状态。8.2.3若测试方法存在额外特殊风险（如放射性释放、有毒及致癌物质泄漏等），需在该测试方法的对应专属章节中，细化明确专项安全防控要求。9质量保证和质量控制9.1碘吸附器的去除效率是核设施安全论证的重要依据，可根据试验涉及的安全、环境及安保风险等级，合理匹配对应的质量管控等级。9.2测试方法的开展试验应由具备相关条件及资质的机构执行，并出具完整测试报告。报告需明确列明被测设施、所用测试设备、试验工况、为开展测试对系统布置做出的调整（含相关作业程序）、全部测量数据与计算结果。9.3所有测试报告应经过审核及质保核查。9.4此外，每种方法应详细说明并记录对界定、分析碘吸附器效率结果的具有重要意义的特定参数。9.