ISO 16659-32026 核设施通风系统 固体吸附剂碘捕集器原位效率试验方法 第3部分环己烷气体泄漏率法标准立项发展报告

核设施通风系统固体吸附剂碘捕集器原位效率试验方法第3部分：环己烷气体泄漏率法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Ventilationsystemsfornuclearfacilities—In-situefficiencytestmethodsforiodinetrapswithsolidsorbent—Part3:Cyclohexanegasleakageratemethod摘要随着全球核能事业的持续发展，核设施运行安全与放射性物质排放控制日益受到国际社会的高度关注。碘捕集器作为核设施通风系统中最关键的放射性净化设备之一，其性能可靠性与原位检测有效性直接关系到核电站运行的安全屏障功能。本报告围绕国际标准化组织（ISO）于2026年6月4日正式发布的ISO16659-3:2026《核设施通风系统固体吸附剂碘捕集器原位效率试验方法第3部分：环己烷气体泄漏率法》展开系统论述。报告首先阐述了该标准立项的国际背景与工程需求，指出传统放射性甲基碘示踪法在工程应用中存在的局限性，进而引出环己烷气体泄漏率法的技术原理及其标准化必要性。随后，报告详细介绍了标准的编制原则、主要技术内容、试验装置构成、试验流程与结果判定准则，并重点剖析了该方法相较于传统方法在安全性与便捷性方面的突出优势。报告还对该标准的主要制定参与单位——法国原子能与替代能源委员会（CEA）的机构背景与专业技术贡献进行了介绍。最后，报告对该标准的国际应用前景及其对我国核领域标准化工作的启示进行了展望，认为该标准的发布将推动碘捕集器原位检测技术向更安全、更高效、更规范的方向持续发展。关键词：核设施；通风系统；碘捕集器；原位效率试验；环己烷气体泄漏率法；国际标准；ISO16659-3AbstractWiththecontinuousdevelopmentoftheglobalnuclearenergyindustry,theoperationalsafetyofnuclearfacilitiesandthecontrolofradioactivesubstanceemissionshaveattractedincreasinginternationalattention.Asoneofthemostcriticalradioactivepurificationdevicesinnuclearfacilityventilationsystems,thereliabilityofiodinetrapsandtheeffectivenessoftheirin-situtestingaredirectlyrelatedtothesafetybarrierfunctionofnuclearpowerplantoperations.ThisreportsystematicallydiscussesISO16659-3:2026,"Ventilationsystemsfornuclearfacilities—In-situefficiencytestmethodsforiodinetrapswithsolidsorbent—Part3:Cyclohexanegasleakageratemethod,"officiallyreleasedbytheInternationalOrganizationforStandardizationonJune4,2026.Thereportfirstelaboratesontheinternationalbackgroundandengineeringdemandsforthedevelopmentofthisstandard,pointingoutthelimitationsoftraditionalradioactivemethyliodidetracermethodsinengineeringapplications,andfurtherintroducingthetechnicalprinciplesofthecyclohexanegasleakageratemethodanditsnecessityforstandardization.Subsequently,thereportdetailsthestandard'scompilationprinciples,maintechnicalcontents,testapparatusconfiguration,testprocedures,andresultevaluationcriteria,withspecialemphasisontheprominentadvantagesofthismethodovertraditionalapproachesintermsofsafetyandconvenience.Thereportalsointroducesthebackgroundandprofessionalcontributionsofthemainparticipatingorganization—theFrenchAlternativeEnergiesandAtomicEnergyCommission(CEA).Finally,thereportlooksforwardtotheinternationalapplicationprospectsofthisstandardanditsimplicationsforChina'sstandardizationeffortsinthenuclearfield,concludingthatthereleaseofthisstandardwillpromotethecontinueddevelopmentofin-situtestingtechnologyforiodinetrapstowardsafer,moreefficient,andmorestandardizeddirections.Keywords:Nuclearfacilities;Ventilationsystems;Iodinetraps;In-situefficiencytest;Cyclohexanegasleakageratemethod;Internationalstandard;ISO16659-3一、引言1.1研究背景核设施通风系统是保障核电站安全运行的重要辅助系统，承担着控制放射性气溶胶和气体污染物向环境释放的关键功能。在核反应堆运行过程中，裂变产物中放射性碘同位素（尤其是¹³¹I）因其挥发性和高生物毒性，是核安全监管中重点关注的放射性核素之一。固体吸附剂碘捕集器（通常采用浸渍活性炭作为吸附介质）被广泛应用于核设施通风系统的放射性碘去除环节，其捕集效率的可靠性与稳定性直接关系到放射性排放是否满足法规限值要求。根据国际原子能机构（IAEA）的安全导则及各核电国家的监管要求，碘捕集器在安装调试后及运行期间必须进行定期性能验证，以确保其净化效率维持在可接受的水平。这一验证过程通常依赖于对碘捕集器开展原位效率试验——即在捕集器实际安装位置、实际运行工况条件下对其去除效率进行直接测定。1.2标准立项的必要性长期以来，碘捕集器原位效率试验主要采用放射性甲基碘（CH₃¹³¹I）示踪法，该方法尽管能够较为真实地反映捕集器对有机碘的去除性能，但在工程实践中存在以下突出局限：1.放射安全管控复杂：试验过程涉及放射性同位素的使用，需要严格的辐射防护措施、专用的投加与取样装置以及完备的放射性废物处理流程，试验成本和安全管控负担较重。2.试验周期长、效率低：由于涉及放射性物质的审批、运输、使用和后处理等环节，单次试验的组织和实施周期往往较长。3.示踪剂代表性存在争议：放射性甲基碘在管路传输过程中的壁面沉积损失较大，可能影响试验结果的准确性和可重复性。在此背景下，研发一种不使用放射性示踪剂、操作便捷、结果可靠的碘捕集器原位效率试验方法成为国际核工业界的共识需求。环己烷气体泄漏率法正是在此需求驱动下发展起来的一种非放射性替代测试技术。该方法基于环己烷气体与放射性甲基碘在吸附动力学特性上的相似性，通过向碘捕集器上游投入已知浓度的环己烷示踪气体，测定下游穿透浓度，从而定量评估捕集器本体的结构泄漏率（即未经吸附介质净化的旁通泄漏比例）。ISO国际标准的制定旨在为该方法的试验装置、试验条件、操作流程和结果评价提供统一的技术规范，确保不同国家、不同核设施之间试验结果的可比性和互认性。二、标准编制原则与依据2.1编制原则ISO16659-3:2026在编制过程中遵循了以下基本原则：（一）安全性原则。以非放射性示踪剂替代放射性示踪剂，从源头上消除试验过程中的辐射照射风险与放射性废物产生，保障试验人员健康与周边环境安全。（二）科学性原则。基于环己烷气体在活性炭吸附介质上的穿透特性与甲基碘的吸附动力学相似性机理，确保试验结果能够有效反映碘捕集器的结构完整性状态。标准编制过程中充分参考了国际核工程领域关于气体吸附理论、过滤介质穿透模型以及通风系统气溶胶动力学的研究成果。（三）可操作性原则。在保证试验结果可靠性的前提下，尽量简化试验装置与操作流程，降低试验实施的技术门槛，便于不同技术水平的核设施运行单位组织实施。（四）协调一致性原则。在技术指标体系、术语定义、试验条件规定等方面与本标准其他部分（ISO16659-1、ISO16659-2）以及相关国际标准保持协调一致，构建完整的碘捕集器原位试验标准体系。2.2编制依据本标准的编制主要依据以下技术文件和研究基础：-ISO16659-1《核设施通风系统固体吸附剂碘捕集器原位效率试验方法第1部分：总则》-ISO16659-2《核设施通风系统固体吸附剂碘捕集器原位效率试验方法第2部分：放射性甲基碘法》-国际原子能机构（IAEA）相关安全导则中关于放射性气载废物控制的技术要求-法国、德国、美国等核电发达国家在碘捕集器在役检测方面的工程实践经验与研究数据-活性炭吸附动力学、气体示踪扩散理论等基础学科的研究成果2.3标准适用范围与定位ISO16659-3:2026适用于核电站、核燃料循环设施、放射性废物处理设施等核设施通风系统中固体吸附剂碘捕集器的原位效率试验。该标准规定的环己烷气体泄漏率法，主要用于定期在役检查中快速评估碘捕集器的结构泄漏状态，能够有效识别因吸附介质劣化、密封失效、床层塌陷等原因造成的效率下降。值得注意的是，该方法并不替代放射性甲基碘法对捕集器总去除效率的标定功能，而是作为与之互补的检测手段——在两次放射性示踪试验之间，可利用环己烷法进行更频繁的日常检查。三、标准主要技术内容3.1方法原理环己烷气体泄漏率法的核心原理基于以下技术逻辑：在碘捕集器正常运行条件下，含放射性碘的气流应全部通过固体吸附剂床层，吸附剂对气流中的碘成分进行高效捕集。碘捕集器的整体去除效率由两部分共同决定——吸附剂本身的吸附容量与动力学性能，以及捕集器结构的密封完整性。当捕集器结构存在缺陷（如密封垫老化、吸附剂床层出现沟流或短路）时，部分气流将未经吸附床层而直接旁通流出，形成“结构泄漏”，通俗而言即“漏风”。环己烷气体泄漏率法的技术思路在于：选择一种在浸渍活性炭上具有较强吸附能力但又不至于完全被吸附的非放射性有机气体——环己烷作为示踪剂，以恒定浓度和流量注入碘捕集器上游管道，在捕集器下游测定环己烷的穿透浓度。由于清洁的浸渍活性炭对环己烷具有接近完全的吸附效率，因此下游检出的环己烷主要来源于旁通泄漏的那部分气流。据此计算出的“泄漏率”即为气流未经吸附介质而直接穿透捕集器的体积流量占上游总气流量的比例。该方法选择环己烷作为示踪剂的原因是：环己烷（C₆H₁₂）的分子动力学直径约为0.6nm，与甲基碘（CH₃I）的分子尺寸相近，在活性炭微孔中的扩散行为具有较好的相似性；同时环己烷在室温下为液态，饱和蒸气压适中（约13kPa@25°C），便于精确控制其蒸发投加量；更重要的是，环己烷无毒、无放射性，操作安全性远优于放射性甲基碘示踪剂。3.2试验装置与仪器标准规定的试验装置主要包括以下组成部分：（1）示踪剂发生装置：由精密注射泵或恒温蒸发器、载气控制系统组成，用于产生浓度稳定、流量可控的环己烷气体。注射泵推动环己烷液体以恒定速率注入加热蒸发室使其完全气化，由干燥洁净的压缩空气或氮气作为载气携带进入通风管道。标准要求示踪剂发生装置在试验期间（通常为15~30分钟）内浓度波动不超过设定值的±5%。（2）气体混合与注入系统：包括注入探针、均流混合装置等，确保示踪气体在主管道截面上充分混合均匀。注入点应设置在距离捕集器上游弯头或变径管足够远处，以保证示踪剂浓度分布的均匀性。（3）采样系统：包括上游采样点和下游采样点两套独立的等速采样装置，分别在碘捕集器的上游与下游位置定量采集气流样本。采样探头采用多点布设或线采样方式以获取截面平均浓度。（4）浓度分析仪器：配备火焰离子化检测器（FID）的气相色谱仪（GC）是标准的浓度检测设备，FID对环己烷具有高灵敏度和良好的线性响应范围。仪器应定期用标准气体进行校准，保证测量准确性。检测限要求不高于捕集器上游环己烷浓度设定值的0.01%，以确保能够准确检测出低至0.05%的泄漏率。（5）流量测量装置：实时测量通风管道内的气流流量，用于计算环己烷投加量与泄漏率的关联关系。流量测量误差应不超过实际流量的±3%。（6）数据记录与处理系统：自动采集和记录各测量参数，并根据预设公式实时计算泄漏率与去除效率。3.3试验条件与操作流程标准对试验条件提出了明确规定：-通风系统应在正常运行工况下工作，管道内气流流量应稳定在设计流量的±10%范围内；-温度宜控制在10°C~40°C之间（与捕集器设计运行温度一致），相对湿度不超过85%，避免水蒸气对活性炭吸附性能产生显著影响（高湿度会显著降低活性炭对有机气体的吸附容量，因此试验应在通风系统除湿正常投入的状态下进行）；-捕集器前后压差应在正常运行范围内，以反映实际运行状态。试验操作流程主要包括以下步骤：1.试验准备：检查通风系统运行状态，确认捕集器上下游检测孔完好，仪器设备校准合格。2.本底测定：在未投加示踪剂的情况下，测定下游采样点的本底响应值，确保系统无干扰。3.示踪剂投加：启动示踪剂发生装置，以设定速率向管道内注入环己烷气体。4.浓度稳定与采样：待上游浓度稳定后（一般需3~5分钟），同步采集上下游气体样本。5.数据记录与计算：记录上下游浓度值、流量等参数，按标准给出的公式计算泄漏率。6.系统恢复与清洁：停止示踪剂投加，通风系统继续运行至下游示踪剂浓度降至检出限以下，确认系统恢复正常。结果计算按照以下核心公式进行：泄漏率=(下游环己烷浓度×下游流量)/(上游环己烷浓度×上游流量)×100%同时，标准规定了试验结果的有效性判定条件，并对试验报告的格式与内容提出了明确要求，包括试验条件记录、仪器信息、校准数据、原始数据、计算结果及结论等。3.4结果判定指标与可靠性准则碘捕集器结构泄漏率的接受准则由使用方根据核安全监管要求和具体工程安全分析结果确定。一般来说，对于高可靠性要求的碘捕集器，泄漏率不应超过1%——即至少99%的气流应通过吸附介质床层。当泄漏率超过规定限值时，应判定捕集器结构完整性存在问题，需要进一步排查原因并采取修复或更换措施。为确保试验结果的统计可靠性，标准要求试验应至少重复三次，各次结果的相对偏差不超过±10%。当三次独立重复试验的结果一致性良好时，取平均值作为最终泄漏率报告值。此外，标准对环己烷的投加浓度范围作了规定，要求投加浓度应足够高以保证下游检测信号的信噪比，但又不宜过高以避免对吸附介质造成不可逆影响（试验浓度一般为捕集器进口空气中环己烷体积分数为50~200ppmv，该浓度水平在15~30分钟试验时间内不会对活性炭的长期碘吸附性能产生明显劣化影响）。四、标准的创新性与技术优势4.1安全性优势环己烷气体泄漏率法最突出的优势在于其非放射性特征。传统的放射性甲基碘法需要使用数毫居里至数十毫居里级别的放射性示踪剂（¹³¹I标记的CH₃I），涉及放射性物质的运输、存储、操作以及放射性废物的处理与处置等一系列复杂的辐射防护问题。而环己烷作为一种常见的有机溶剂，无毒、无致癌性、无放射性，操作过程中不产生放射性废物，从根本上消除了试验过程中的辐射风险，显著降低了对试验人员的健康风险。4.2便捷性与经济效益由于不需要放射性示踪剂的使用审批、运输和废物处理流程，环己烷法的试验准备时间大幅缩短，试验效率显著提高。单次试验的成本远低于放射性甲基碘法，同时减少了对核设施运行计划的影响和辐射剂量管理负担。这一优势使得核设施运行单位可以以更高的频次开展碘捕集器的日常检测，有助于更及时地发现捕集器性能劣化趋势，提高安全管理的精细化水平。4.3量化与可比性提升环己烷法能够提供明确的定量泄漏率结果，便于不同时期、不同捕集器之间的性能对比和趋势分析。与传统方法中定性判断和半定量评价为主的情况相比，环己烷法的结果更加客观和精确，有利于建立更加科学的碘捕集器寿命管理策略。五、主要起草单位——法国原子能与替代能源委员会（CEA）5.1机构概况ISO16659-3:2026的主要起草单位之一为法国原子能与替代能源委员会（Commissariatàl'énergieatomiqueetaux