基于AP1000的低、中放廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)探討

艾明

摘要：AP1000核電低、中放廢物處理工藝對(duì)低、中放廢物暫存庫(kù)提出了更高的安全性、可操作性的要求，結(jié)合國(guó)家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和廢物庫(kù)多年的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出了基于AP1000核電技術(shù)的低、中放廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)的主要原則，包括了工藝方案、功能劃分、布置原則等方面的內(nèi)容以及所需的輔助系統(tǒng)，并將“格架設(shè)計(jì)”的理念引入到了貯存區(qū)的設(shè)計(jì)中，在完善廢物庫(kù)功能的同時(shí)，提高了廢物庫(kù)運(yùn)行的安全性、可操作性，為后續(xù)低、中放廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)工作提供了一定的技術(shù)支持和參考。

Abstract： Low and intermediate level radioactive waste disposal technic of AP1000 nuclear power plant puts forward request of higher security and operation to low and intermediate level radioactive solid waste interim storage. Combined with national and industry related standards and the design and operation experience of the waste repository， the main principles of low and intermediate level radioactive solid waste interim storage are put forward based on AP1000 nuclear power technology， which includes the content of process plan， function division， layout principles and other necessary auxiliary systems. And the concept of "frame design" is introduced into the design of storage area. At the same time， it can improve the function of the waste repository， improve the safety and operability of the operation of the waste repository， and provide some technical support and reference for the design of the low and intermediate level radioactive solid waste interim storage.

關(guān)鍵詞：AP1000；低、中放廢物；廢物暫存庫(kù)

Key words： AP 1000；low-intermediate level radioactive waste；interim storage

中圖分類號(hào)：TL94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0243-03

0 引言

核電廠在正常運(yùn)行和檢修期間各系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一些化學(xué)廢液、廢樹脂、過(guò)濾器濾芯、混合干廢物、以及其它一些低、中放射性廢物，這些廢物經(jīng)一定的處理工藝處理后，在統(tǒng)一規(guī)格的廢物包裝體內(nèi)進(jìn)行水泥固化或水泥灌漿固定，并被送入低、中放廢物暫存庫(kù)內(nèi)進(jìn)行暫存，當(dāng)達(dá)到一定暫存年限后被運(yùn)至廢物處置場(chǎng)進(jìn)行最終處置。

根據(jù)國(guó)家核能的中長(zhǎng)期規(guī)劃，在不久的將來(lái)國(guó)內(nèi)會(huì)有大量核電站投入運(yùn)行，隨之產(chǎn)生的低、中放廢物也將相應(yīng)的增加。目前在運(yùn)行的國(guó)家最終處置場(chǎng)僅有甘肅北山和廣東北龍兩個(gè)，國(guó)家最終處置場(chǎng)的規(guī)劃和建設(shè)嚴(yán)重滯后于核電站的建設(shè)，在役核電站廢物暫存庫(kù)的庫(kù)容已趨于飽和。因此，在役核電站廢物暫存庫(kù)的擴(kuò)建、以及新建核電廠址廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)的合理性必需加以關(guān)注和重視，同時(shí)也給設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。

廢物暫存庫(kù)作為廠址共用的子項(xiàng)，為全廠址經(jīng)處理后的低、中放廢物最終處置提供中間暫存，本文將根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合在役核電站廢物暫存庫(kù)的運(yùn)行情況以及多年的廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要概述低、中放廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)所關(guān)注的重點(diǎn)和要素，為廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)人員提供一定的技術(shù)支持和設(shè)計(jì)參考。

1 低、中放廢物暫存庫(kù)功能

為滿足AP1000核電技術(shù)對(duì)低、中放廢物處理的要求，不再采用單臺(tái)機(jī)組單獨(dú)處理的方式和工藝，而采用了更先進(jìn)的廠址集中處理方式和處理工藝——廠址廢物處理設(shè)施（簡(jiǎn)稱SRTF）。廢物暫存庫(kù)也不再作為廠址的獨(dú)立子項(xiàng)，而作為SRTF的一個(gè)組成部分。同時(shí)為方便低、中放廢物的管理和最終處置廠的規(guī)劃及運(yùn)行，廢物包裝體不再采用不同規(guī)格和形式，而采用統(tǒng)一的規(guī)格和形式。

低、中放廢物暫存庫(kù)主要用于貯存核電站運(yùn)行和檢修過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)核電站廠址廢物處理設(shè)施（簡(jiǎn)稱SRTF）處理、包裝后的低、中放射性廢物，貯存期滿后運(yùn)至最終處置場(chǎng)處置。

2 廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)遵循的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和原則

2.1 設(shè)計(jì)遵循的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

《核電廠低、中放射性水平固體廢物暫存庫(kù)貯存技術(shù)規(guī)定》GB 14589；

《電離輻射防護(hù)與輻射源安全標(biāo)準(zhǔn)》GB 18871；

《低、中水平放射性固體廢物包裝安全標(biāo)準(zhǔn)》GB 12711；

《放射性廢物的分類》GB 9133；

《低中水平放射性固體廢物的淺地層處置規(guī)定》GB 9132；

《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)定》GB 11806；

《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》GB 18871。

2.2 設(shè)計(jì)原則

①?gòu)U物暫存庫(kù)的設(shè)計(jì)需保證廢物包裝體在暫存期間的完整性和可回取性，并且符合GB 9132《低中水平放射性固體廢物的淺地層處置規(guī)定》和《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)定》GB 11806的有關(guān)要求；

②保證工作人員和公眾所受到的輻照劑量不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的限值，并遵循合理可行盡量低（ALARA）原則。

廢物暫存庫(kù)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各暫存單元的功能及其放射性水平進(jìn)行合理規(guī)劃，相關(guān)聯(lián)的工藝集中配置，根據(jù)功能需求進(jìn)行合理的布置以達(dá)到節(jié)省空間、劑量分區(qū)、界限清晰的目的。

3 低、中放廢物來(lái)源及包裝體特性

低、中放廢物主要來(lái)自于核電站正常運(yùn)行和檢修期間所產(chǎn)生的廢樹脂、化學(xué)廢液、水過(guò)濾器濾芯、HVAC過(guò)濾器濾芯和其它一些混合廢物等。上述廢物經(jīng)SRTF相關(guān)處理工藝處理后采用統(tǒng)一的包裝體進(jìn)行包裝固定或固化，并送入廢物暫存庫(kù)貯存。表1列出了三代電站AP1000的廢物來(lái)源，廢物統(tǒng)一采用200L金屬桶作為廢物包裝體（Φ560X900mm），包裝體必須滿足GB 12711中的相關(guān)規(guī)定。

4 低、中放廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)

4.1 工藝設(shè)計(jì)

4.1.1 庫(kù)容設(shè)計(jì)

根據(jù)GB 14589-1993的要求：廢物暫存庫(kù)的設(shè)計(jì)貯存容量不應(yīng)少于核電廠三個(gè)月所產(chǎn)生的廢物量，并且不超過(guò)核電廠五年所產(chǎn)生的廢物量。

參考國(guó)內(nèi)在役核電站和在核建電站，以及目前國(guó)內(nèi)最終處置場(chǎng)的情況，基本庫(kù)容按照五年的廢物產(chǎn)量考慮，同時(shí)考慮核電站工藝系統(tǒng)特殊運(yùn)行工況下的廢物產(chǎn)量，最終庫(kù)容需在基本庫(kù)容的基礎(chǔ)上增加上10%～20%的設(shè)計(jì)裕量。

由于AP1000采用了目前國(guó)際上應(yīng)用廣泛技術(shù)成熟的廢物處理工藝，尤其對(duì)于廢樹脂廢物包裝體大大減少，這樣更利于廢物庫(kù)的設(shè)計(jì)和建造。

廢物包裝體數(shù)量計(jì)算如下：

①?gòu)U過(guò)濾器濾芯

①功能劃分。

廢物暫存庫(kù)由貯存區(qū)、低中放暫存間、轉(zhuǎn)運(yùn)功能單元、通風(fēng)系統(tǒng)功能單元、設(shè)備維修功能單元和人員活動(dòng)和輔助功能單元等。各功能單元的具體設(shè)置如下。

1） 貯存區(qū)。

根據(jù)廢物包裝體的表面劑量率采用分區(qū)貯存，貯存區(qū)分為低放和中放貯存區(qū)。低放貯存區(qū)用于貯存表面劑量率≤2mSv/h的廢物包裝體，中放貯存區(qū)用于貯存表面劑量率>2mSv/h的廢物包裝體。

根據(jù)屏蔽計(jì)算結(jié)果，確定低、中放貯存區(qū)四周的墻厚和中放貯存區(qū)上空屏蔽樓板，以滿足輻射防護(hù)的要求。廢物包裝體在貯存區(qū)內(nèi)均采用垂直堆疊。

低放貯存區(qū)采用了剛性格架貯存模式垂直堆疊，較傳統(tǒng)的寶塔式堆疊增加了廢物暫存庫(kù)的利用率；較傳統(tǒng)廢物暫存庫(kù)空曠區(qū)域垂直堆疊貯存，能較好的防止廢物包裝體的傾倒和跌落，增強(qiáng)了廢物包裝體堆疊的穩(wěn)定性和安全性，為廢物暫存庫(kù)安全運(yùn)行提供了有力保障。

中放貯存區(qū)采用了井式支架的貯存模式，支架上方的屏蔽樓板留洞，采用混凝土屏蔽塞蓋實(shí)、屏蔽，支架頂部與樓板留洞之間設(shè)置了導(dǎo)向板，方便廢物包裝體的吊運(yùn)操作。與傳統(tǒng)暫存庫(kù)的混凝土井式通道貯存工藝相比，采用井式支架模式的中放貯存區(qū)減少了施工量和施工偏差，增加了廢物包裝體存、取操作的靈活性；貯存區(qū)下部整體空間增強(qiáng)了通風(fēng)系統(tǒng)的作用，減少了放射性氣溶膠局部累積和由于衰變熱產(chǎn)生的局部溫度升高的可能性。

2） 低、中放暫存間。

低、中放暫存間的主要功能是用于對(duì)廢物包裝體灌漿后進(jìn)行存放養(yǎng)護(hù)，暫存間四周墻體的厚度根據(jù)屏蔽計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行設(shè)置以滿足人員輻射防護(hù)的要求。

3） 轉(zhuǎn)運(yùn)功能單元。

廢物包裝體在滿足一定的暫存時(shí)間后，需轉(zhuǎn)運(yùn)至廢物處置場(chǎng)進(jìn)行最終處置。為便于廢物包裝體的外運(yùn)，減少轉(zhuǎn)運(yùn)期間對(duì)廠區(qū)和周圍環(huán)境的影響，在廢物暫存庫(kù)內(nèi)設(shè)置了廢物包特性檢測(cè)間、廢物包裝體轉(zhuǎn)運(yùn)間和轉(zhuǎn)運(yùn)大廳。整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)準(zhǔn)備工作將在上述幾個(gè)房間內(nèi)完成。

4） 通風(fēng)系統(tǒng)功能單元。

該單元主要由進(jìn)風(fēng)機(jī)房、排風(fēng)機(jī)房組成。

5） 設(shè)備維修功能單元。

設(shè)置了設(shè)備維修區(qū)和檢修平臺(tái)，保證了設(shè)備的正常保養(yǎng)和檢修要求。

6） 人員活動(dòng)和輔助功能單元。

設(shè)置了工藝值班室、吊車控制室、工具間和空桶存放間。保證了廢物暫存庫(kù)的正常運(yùn)行和安全運(yùn)行的需求。

②總體布置原則。

1）除通風(fēng)系統(tǒng)功能單元和設(shè)備維修功能單元外，其它各功能單元應(yīng)集中布置，利于節(jié)省空間、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。

2）應(yīng)充分考慮各功能單元間和功能單元內(nèi)部各房間的劑量水平，按照劑量水平由低至高依次布置；人員活動(dòng)區(qū)與物流通道應(yīng)做到實(shí)體隔離，避免人物交叉，導(dǎo)致沾污。

3）進(jìn)風(fēng)機(jī)房應(yīng)盡量布置在劑量水平較低的一側(cè)，排風(fēng)機(jī)房與進(jìn)風(fēng)機(jī)房應(yīng)異側(cè)布置。通過(guò)單一路徑進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)，避免交叉污染。

4）維修區(qū)、設(shè)備檢修平臺(tái)應(yīng)采用就近布置的方案，便于設(shè)備的日常保養(yǎng)和檢修。

4.1.3 輻射分區(qū)

為確保工作人員在廢物暫存庫(kù)中受到的輻照低于GB18871中規(guī)定的限值，并滿足ALARA的要求；并根據(jù)AP1000核電的分區(qū)方式和原則，結(jié)合屏蔽計(jì)算的相關(guān)結(jié)果，對(duì)廢物暫存庫(kù)進(jìn)行了合理的輻射分區(qū)，見表2。

4.1.4 主要工藝設(shè)備及功能

廢物暫存庫(kù)內(nèi)配置了橋式起重機(jī)和廢物包裝體專用吊具，以實(shí)現(xiàn)廢物包裝體的暫存和轉(zhuǎn)運(yùn)。起重機(jī)采用自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種運(yùn)行模式，且定位精度要求控制在±5mm之內(nèi)，起升機(jī)構(gòu)采用伸縮套筒來(lái)增加廢物包裝體吊運(yùn)過(guò)程的穩(wěn)定性。起重機(jī)上配置了攝像頭，工作人員可在吊車控制室內(nèi)觀察吊運(yùn)過(guò)程以及庫(kù)內(nèi)廢物桶的堆疊情況。

中放貯存區(qū)內(nèi)設(shè)置了井式支架，低放貯存區(qū)內(nèi)設(shè)置了剛性格架，以保證廢物桶堆疊的穩(wěn)定性、安全性、吊運(yùn)操作的靈活性，避免了廢物桶的傾倒。

4.2 輔助系統(tǒng)設(shè)施

廢物庫(kù)內(nèi)設(shè)置了通風(fēng)、通信、輻射監(jiān)測(cè)等輔助系統(tǒng)，保證其運(yùn)行的安全性。

4.2.1 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是要保證整個(gè)廢物庫(kù)工作時(shí)的正常換氣，收集并凈化廢物庫(kù)內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體的氣溶膠，保證廢物庫(kù)控制區(qū)的負(fù)壓，避免有害氣溶膠向周圍環(huán)境擴(kuò)散。氣流組織由放射性水平低的區(qū)域流向放射性水平高的區(qū)域，排風(fēng)系統(tǒng)增設(shè)了高效過(guò)濾器，氣體最終通過(guò)專門設(shè)置的煙囪監(jiān)測(cè)排放。

4.2.2 跟蹤系統(tǒng)

廢物暫存庫(kù)內(nèi)設(shè)置了跟蹤系統(tǒng)，以接收廢物包裝體在前段工藝所產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，并記錄廢物包裝體入庫(kù)、出庫(kù)時(shí)間，碼放位置和出庫(kù)時(shí)廢物包裝體特性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將上述數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)跟蹤系統(tǒng)整合一體存檔，并附載廢物包裝體送至最終處置場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)了廢物源至最終處置數(shù)據(jù)的完整性，為最終處置帶來(lái)了便利。

4.2.3 通信系統(tǒng)

此部分包括了通信系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)和火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)。

①通信系統(tǒng)包含了正常的自動(dòng)電話、調(diào)度電話和廣播系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)廢物庫(kù)正常及事故工況下工作人員之間的通訊。

②閉路電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于觀察廢物庫(kù)內(nèi)廢物包裝體的吊運(yùn)過(guò)程和廢物庫(kù)內(nèi)廢物包裝體堆疊情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

③火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)進(jìn)行迅速、有效的探測(cè)，在火災(zāi)的初期即能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，確定著火點(diǎn)，并通知相關(guān)人員。使得火災(zāi)在初期階段就被撲滅，減小火災(zāi)的影響和損失，將火災(zāi)時(shí)對(duì)電廠安全重要功能的影響降至最低，為廢物暫存庫(kù)的安全可靠運(yùn)行提供有力的保障。

4.2.4 輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

①連續(xù)監(jiān)測(cè)廢物暫存庫(kù)內(nèi)可能存在的γ輻射場(chǎng)；

②配置了排風(fēng)取樣回路組合裝置，對(duì)廢物暫存庫(kù)排風(fēng)系統(tǒng)中的放射性物質(zhì)進(jìn)行連續(xù)取樣；

③配置電子式個(gè)人劑量計(jì)和熱釋光劑量計(jì)，以測(cè)量和記錄工作人員所受的χ、γ輻射的劑量和劑量率；

④配置便攜式空氣取樣器，在廢物暫存庫(kù)內(nèi)進(jìn)行氣載放射性濃度的定期取樣；

⑤配置便攜式α/β表面污染監(jiān)測(cè)儀，巡回監(jiān)測(cè)廠房?jī)?nèi)可能存在的輻射場(chǎng)，也可對(duì)準(zhǔn)備離開暫存庫(kù)的設(shè)備表面進(jìn)行放射性污染測(cè)量。

4.2.5 消防系統(tǒng)

消防系統(tǒng)的設(shè)置提供了廢物暫存庫(kù)的滅火手段，保護(hù)工作人員，減少火災(zāi)損失，防止由于火災(zāi)所產(chǎn)生放射性污染。

廢物暫存庫(kù)設(shè)計(jì)為戊類廠房，耐火等級(jí)二級(jí)，故不設(shè)置室內(nèi)消火栓，但根據(jù)可燃物的性質(zhì)和數(shù)量在廢物暫存庫(kù)的相關(guān)房間和區(qū)域配置一定數(shù)量的移動(dòng)式滅火器，為工作人員提供火災(zāi)初期的滅火手段。

5 總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了針對(duì)AP1000核電技術(shù)低、中放廢物暫存庫(kù)庫(kù)容設(shè)計(jì)、暫存庫(kù)功能劃分和總體布置設(shè)計(jì)考慮的主要因素和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并簡(jiǎn)述了輻射分區(qū)、工藝設(shè)備和通風(fēng)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素。為后續(xù)核電站低、中放廢物暫存庫(kù)的設(shè)計(jì)人員提供了一定的參考和技術(shù)支持。

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