海陽(yáng)核電廠(chǎng)AP1000放射性固體廢物處理系統(tǒng)介紹

段黎明

（山東核電有限公司，山東 海陽(yáng)265116）

0 前言

海陽(yáng)核電廠(chǎng)位于山東省煙臺(tái)市海陽(yáng)市，為首批國(guó)家第三代核電技術(shù)的自主化依托項(xiàng)目，采用AP1000 核電技術(shù)路線(xiàn)。AP1000 技術(shù)以其特有的非能動(dòng)安全系統(tǒng)和模塊化設(shè)計(jì)成為目前世界上安全性高、先進(jìn)的核電技術(shù)。放射性固體廢物處理系統(tǒng)（WSS）位于輔助廠(chǎng)房和放射性廠(chǎng)房，用于收集廢樹(shù)脂、廢過(guò)濾器芯子、干放射性廢物以及混合廢物。核島側(cè)產(chǎn)生的廢樹(shù)脂通過(guò)水力輸送至WSS 廢樹(shù)脂暫存罐，廢過(guò)濾器芯子通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)容器轉(zhuǎn)運(yùn)至放射性廢物廠(chǎng)房貯存。

廠(chǎng)址廢物處理設(shè)施（SRTF）是核島三廢處理系統(tǒng)的補(bǔ)充，主要包括核島側(cè)的移動(dòng)式廢液處理系統(tǒng)和廢樹(shù)脂脫水系統(tǒng)(SEDS)及高整體性容器(HIC)，SRTF 建筑物內(nèi)的干濕固體廢物處理、洗衣房、暫存庫(kù)和其他輔助系統(tǒng)。設(shè)計(jì)和建造的SRTF 能在初期處理6 臺(tái)AP1000 核反應(yīng)堆機(jī)組同時(shí)運(yùn)行產(chǎn)生的廢物，并且具有擴(kuò)展處理8 臺(tái)AP1000 機(jī)組的能力。WSS 系統(tǒng)和SRTF 是海陽(yáng)核電廠(chǎng)非常重要的固體廢物處理系統(tǒng)或設(shè)施，以下從廢樹(shù)脂和廢過(guò)濾器芯子的處理工藝流程對(duì)其進(jìn)行介紹，并分析了目前存在的問(wèn)題。

1 固體廢物處理工藝

廢樹(shù)脂和廢過(guò)濾器芯子處理主要涉及WSS 和SRTF。WSS 是核島側(cè)固體廢物處理系統(tǒng)，其工藝流程見(jiàn)圖1 其主要功能收集和貯存來(lái)自廢液處理系統(tǒng)（WLS）、化學(xué)和容積系統(tǒng)（CVS）和乏燃料池冷卻系統(tǒng)（SFS）的廢樹(shù)脂和廢過(guò)濾器芯子，并對(duì)廢樹(shù)脂進(jìn)行混合、取樣等。廢樹(shù)脂和廢過(guò)濾器芯子分別通過(guò)樹(shù)脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵和轉(zhuǎn)運(yùn)容器轉(zhuǎn)運(yùn)至（HIC）。裝有廢樹(shù)脂或廢過(guò)濾器芯子的HIC 通過(guò)廢物運(yùn)輸車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至SRTF 進(jìn)行暫存。

1.1 WSS 系統(tǒng)主要設(shè)備描述

WSS 系統(tǒng)主要設(shè)備位于放射性廠(chǎng)房，按核島抗震I 類(lèi)設(shè)計(jì)，其主要功能描述如下：

1）廢樹(shù)脂箱(MV-01A/B)

廢樹(shù)脂箱共2 個(gè)，互為備用，主要功能是接收和貯存廢樹(shù)脂。

2）樹(shù)脂混合泵(MP-02)

樹(shù)脂混合泵共1 臺(tái)，主要功能是攪拌混合樹(shù)脂箱內(nèi)廢樹(shù)脂，并將廢樹(shù)脂從一個(gè)廢樹(shù)脂箱轉(zhuǎn)運(yùn)至另一個(gè)廢樹(shù)脂箱；同時(shí)，將廢樹(shù)脂箱中過(guò)量的水排放到WLS。

3）樹(shù)脂碎片過(guò)濾器

樹(shù)脂碎片過(guò)濾器共1 個(gè)，主要功能是系統(tǒng)中廢液（包括管道沖洗水）輸送至WLS 時(shí)過(guò)濾廢樹(shù)脂碎片。

4）樹(shù)脂傳輸泵(MP-01)

樹(shù)脂傳輸泵共一臺(tái)，主要功能是為廢樹(shù)脂在廢樹(shù)脂箱內(nèi)的循環(huán)、混合以及取樣和輸送至HIC 提供動(dòng)力。

5）樹(shù)脂取樣設(shè)施

在廢樹(shù)脂輸運(yùn)管線(xiàn)上設(shè)有取樣設(shè)施，用于廢樹(shù)脂取樣。

圖1 WSS 系統(tǒng)

1.2 廢樹(shù)脂處理操作

WSS 系統(tǒng)廢樹(shù)脂處理操作采用水力輸送工藝，通過(guò)帶壓除鹽水將廢樹(shù)脂從樹(shù)脂床卸載至廢樹(shù)脂箱。在傳輸前，需要確認(rèn)選擇的廢樹(shù)脂箱已在線(xiàn)好并有足夠的接受能力；需要確認(rèn)樹(shù)脂混合泵在線(xiàn)好能將多余的傳輸水通過(guò)過(guò)濾器排放到WLS。在傳輸運(yùn)行中，監(jiān)視廢樹(shù)脂箱液位和樹(shù)脂混合泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確保廢樹(shù)脂箱中的水位保持在廢樹(shù)脂物位之上。當(dāng)沖洗水已清澈干凈，停止傳輸，即完成廢樹(shù)脂卸載。樹(shù)脂床傳輸后，將樹(shù)脂箱中多余通過(guò)行樹(shù)脂混合泵排放至WLS。其物位由超聲液位計(jì)監(jiān)測(cè)。固態(tài)層可以用壓縮空氣或樹(shù)脂混合泵在任何時(shí)候進(jìn)行攪拌和混合。在樹(shù)脂混合模式下，水通過(guò)樹(shù)脂持流篩從廢樹(shù)脂箱中排出，再通過(guò)箱內(nèi)的混合噴射器回流，由于噴射器的攪混作用使樹(shù)脂流在箱內(nèi)的再循環(huán)流量相當(dāng)于的循環(huán)樹(shù)脂混合泵流量的4 倍。因此，樹(shù)脂混合模式下箱體內(nèi)固體床局部處于流體狀態(tài)。在裝入廢物處置容器前，樹(shù)脂混合模式使樹(shù)脂箱內(nèi)的樹(shù)脂充分混合。然后樹(shù)脂傳輸泵啟動(dòng)進(jìn)入循環(huán)模式。樹(shù)脂流從廢樹(shù)脂箱中抽取并回到同一個(gè)箱子?？梢酝ㄟ^(guò)取樣裝置對(duì)循環(huán)或者容器充裝前的樹(shù)脂進(jìn)行取樣?？梢苿?dòng)容器充注閥打開(kāi)開(kāi)始充注操作。樹(shù)脂脫水泵啟動(dòng)對(duì)容器中累積的樹(shù)脂進(jìn)行脫水并使水流回廢樹(shù)脂箱，因此保持了WSS 系統(tǒng)中的水裝量，并截流WSS 系統(tǒng)中的廢樹(shù)脂，去除其中的污垢顆粒。在裝填過(guò)程中，可以隨時(shí)關(guān)閉樹(shù)脂混合泵。當(dāng)物位傳感器探測(cè)到或電視攝像機(jī)觀(guān)察到廢樹(shù)脂物位接近廢物傳輸容器頂部時(shí)，關(guān)閉充注閥。當(dāng)高水位或廢物樹(shù)脂過(guò)高時(shí)填充閥自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)充注完成后，可移動(dòng)的脫水系統(tǒng)脫水泵定期運(yùn)行直到泵出口壓力指示器或音響指示器顯示無(wú)脫水流。

1.3 WSS 與SRTF 接口

SRTF 與WSS 接口設(shè)備主要包括自動(dòng)脫水系統(tǒng)（SEDS）（如圖2）和HIC（如圖3）。SEDS 的主要由脫水泵機(jī)架、加料頭組件、控制臺(tái)和廢液控制閥組成?？刂婆_(tái)采用可編程邏輯控制器（PLC）的控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制加料頭的接合和取下，監(jiān)測(cè)閥位、液位和溫度?？刂婆_(tái)有一個(gè)安裝在加料頭組件上的可遠(yuǎn)程觀(guān)看的攝像機(jī)和高分辨率顯示器。當(dāng)SEDS 的組件和HIC 準(zhǔn)確就位，加料頭自動(dòng)與HIC 開(kāi)口對(duì)正，加料頭組件一側(cè)連接V024 廢樹(shù)脂入口軟管，另一側(cè)連接廢樹(shù)脂系統(tǒng)出口軟管V026。加料頭組件放置在HIC 開(kāi)口處，。廢樹(shù)脂通過(guò)加料頭組件輸送到HIC。在輸送過(guò)程中，脫水泵將過(guò)濾后的水返回WSS 系統(tǒng)。兩個(gè)液位探針監(jiān)測(cè)的介質(zhì)液位，當(dāng)HIC 中液位到達(dá)預(yù)定設(shè)置點(diǎn)時(shí)，控制臺(tái)將發(fā)出聲光報(bào)警，連鎖關(guān)閉進(jìn)廢液控制閥，以防止HIC 滿(mǎn)溢，脫水泵將繼續(xù)運(yùn)行，以降低容器中的水位，直到容器內(nèi)廢液量少于百分之一。脫水操作完成后通過(guò)遠(yuǎn)程控制拆卸加料頭。

圖2 脫水系統(tǒng)組件SEDS

圖3 樹(shù)脂和顆?；钚蕴际褂玫母哒w性容器HIC

2 目前面臨的問(wèn)題

2.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題

從以上系統(tǒng)介紹可知當(dāng)WSS 系統(tǒng)運(yùn)行樹(shù)脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵MP-01 轉(zhuǎn)運(yùn)樹(shù)脂到HIC 中進(jìn)行樹(shù)脂裝填脫水處理時(shí)，雖然用于監(jiān)測(cè)HIC 中的液位探測(cè)器監(jiān)測(cè)到液位達(dá)到預(yù)定設(shè)置點(diǎn)會(huì)在控制臺(tái)報(bào)警并會(huì)連鎖廢液控制閥關(guān)閉，防止HIC 滿(mǎn)溢。但目前設(shè)計(jì)該液位信號(hào)或閥門(mén)關(guān)閉信號(hào)并未送至核島控制系統(tǒng)（PLS）參與WSS 系統(tǒng)樹(shù)脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵MP-01 的聯(lián)鎖，如無(wú)人工干預(yù)，MP-01 將持續(xù)運(yùn)行。這將增加操作人員的工作協(xié)調(diào)難度，因SRTF 側(cè)的樹(shù)脂裝填脫水系統(tǒng)操作界面是獨(dú)立的控制系統(tǒng)，有專(zhuān)人操作，這就有可能發(fā)生SRTF 操作人員由于與主控室或就地控制室操作人員溝通不及時(shí)而造成泵持續(xù)運(yùn)行而損壞。即該設(shè)計(jì)不符合儀控設(shè)計(jì)原則：儀控應(yīng)能有效得監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程，確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

鑒于以上分析、 業(yè)主方正在與設(shè)計(jì)方聯(lián)系，探討修改PLS 參與WSS 樹(shù)脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵的聯(lián)鎖的必要性。建議可將HIC 液位信號(hào)送至PLS參與聯(lián)鎖停泵，亦可將廢液控制閥關(guān)閉信號(hào)送至PLS 參與聯(lián)鎖停泵。具體采用哪一種方案，下一步根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況再做決定。

2.2 調(diào)試面臨的問(wèn)題

WSS 系統(tǒng)由美國(guó)西屋公司設(shè)計(jì)，核島總包方是國(guó)家核電技術(shù)公司，SRTF 是中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“遠(yuǎn)達(dá)公司”）總承包，與美國(guó)ES 公司聯(lián)合設(shè)計(jì)。在調(diào)試分工中，核島調(diào)試由山東核電聯(lián)合調(diào)試隊(duì)負(fù)責(zé)，SRTF 調(diào)試由山東核電保健物理部統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，由遠(yuǎn)達(dá)公司、ES 公司具體負(fù)責(zé)。WSS 與SRTF 存在接口較多，需要協(xié)調(diào)各單位各專(zhuān)業(yè)，管理相對(duì)比較復(fù)雜。根據(jù)合同分工，西屋方編寫(xiě)WSS系統(tǒng)的調(diào)試試驗(yàn)程序，遠(yuǎn)達(dá)公司和ES 公司負(fù)責(zé)編寫(xiě)SRTF 相關(guān)系統(tǒng)的試驗(yàn)程序。廢樹(shù)脂裝填、脫水等試驗(yàn)，必須將WSS 和SRTF 聯(lián)合進(jìn)行試驗(yàn)，這就須將兩份試驗(yàn)程序整合，形成一份綜合調(diào)試程序，明確總的試驗(yàn)負(fù)責(zé)人，試驗(yàn)前做好充分的試驗(yàn)準(zhǔn)備，方案的編制，試驗(yàn)先決條件的檢查，需要組織協(xié)調(diào)人員，明確各單位的職責(zé)及分工。由試驗(yàn)負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮，幾家單位相互配合，共同完成聯(lián)合試驗(yàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

海陽(yáng)AP1000 核電機(jī)組相比國(guó)內(nèi)二代機(jī)組有許多先進(jìn)的地方：采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)；由灰棒（AP1000 反應(yīng)堆控制棒一種）來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤，取消了國(guó)內(nèi)二代技術(shù)的硼回收系統(tǒng)；采用能對(duì)多臺(tái)機(jī)組的放射性廢物集中處理的廠(chǎng)址廢物處理設(shè)施（SRTF）等。這些先進(jìn)的理念和設(shè)計(jì)使海陽(yáng)核電廠(chǎng)相比國(guó)內(nèi)二代技術(shù)減少了大量設(shè)備管道，減少了人員維修維護(hù)量、減少了廢樹(shù)脂和廢過(guò)濾器的產(chǎn)量，即減少了放射性固體廢物的產(chǎn)量。而人員的維修維護(hù)工作量的減少和遠(yuǎn)距離的樹(shù)脂裝填處理使放射性照射和污染達(dá)到盡可能低的水平?？傮w上來(lái)看，WSS、SRTF 系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊合理，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)安全可靠，理念和技術(shù)先進(jìn)。但是，由于兩個(gè)系統(tǒng)是由不同的公司設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的銜接上亦存在需要改進(jìn)之處，如可將自動(dòng)脫水系統(tǒng)SEDS 的控制面板與WSS就地控制室整合成一體，即SEDS 由就地控制室統(tǒng)一控制。目前暴露的問(wèn)題，可以在今后類(lèi)似工程加以完善，如二期工程（3，4 號(hào)機(jī)組）工程。

［1］海陽(yáng)核電站AP1000?Solid Radwaste System-System Specification Document，re vision 3 AP1000 固體廢物系統(tǒng)處理規(guī)格書(shū).第三版[S].

［2］林誠(chéng)格主編.非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠(chǎng)AP1000[M].原子能出版社.

［3］WSS Component Control Requirements，revision 3 WSS 設(shè)備控制要求[S].

［4］SRTF Technical Description.SRTF 技術(shù)描述[S].