泡沫去污技術(shù)在反應(yīng)堆水池去污中的應(yīng)用

管海洋 陳健菠 王小平 陽文軍 魏 磊 （福建寧德核電有限公司 ，福建寧德，352000）

0 引言

壓水堆（PWR）核電站換料水池去污是大修期間的去污關(guān)鍵點和難點之一。一方面，裝卸料期間，一些活化及腐蝕產(chǎn)物隨燃料轉(zhuǎn)運脫落堆積至池底 ，且堆池與一回路水質(zhì)接觸 ，劑量率及表面污染水平較高 ；另一方面，堆池內(nèi)螺栓檢查、打壓試驗等工作 ，需保證檢修人員的輻射安全 ，減少集體劑量。因此，迫切需要開發(fā)新型的高效去污技術(shù)。

1960 年 ，美國 Ayres［1］將化學(xué)泡沫應(yīng)用于放射性去污研究，迄今泡沫去污技術(shù)經(jīng)過近60年的開發(fā)和研究 ，在工程上的應(yīng)用已日漸成熟 ，當(dāng)今最具代表性的是英法聯(lián)合研制兩步法泡沫去污裝置。我國的泡沫去污技術(shù)研究起步于1990年代，目前已基本完成了泡沫性能研究、去污裝置的設(shè)計加工和去污廢液的處理研究［2］。泡沫去污技術(shù)是針對大體積空腔設(shè)備的有效去污方法［3］，適用于目前的壓水堆核電站換料水池去污。

泡沫去污技術(shù)應(yīng)用于某壓水堆核電站的換料水池進行實踐，本文總結(jié)近3年的換料大修現(xiàn)場去污應(yīng)用數(shù)據(jù)，并從去污效率、工期、廢物量等方面與傳統(tǒng)的高壓水射流技術(shù)［4］進行對比。

1 設(shè)備試劑

1.1 試劑

泡沫去污劑（ALCATUM），法國原子能委員會（CEA）發(fā)明生產(chǎn) ，其化學(xué)成分 ：乙醇胺 ，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜ 5% ；1－甲氧基－2－丙醇 ，質(zhì)量分?jǐn)?shù) ＜ 5% 。

1.2 設(shè)備

泡沫發(fā)生裝置：主體是 75 L的不銹鋼（0Cr18Ni9）罐體 ，配有1個氣體調(diào)節(jié)閥 ，2個去污液調(diào)節(jié)閥、2個泡沫輸出調(diào)節(jié)閥，1個進液口與1個廢液排放口，附帶一套噴槍和進氣管道。除噴管與氣管外，其他均為不銹鋼材質(zhì)。連接壓縮空氣后，通過調(diào)節(jié)氣體及出液閥門，持續(xù)產(chǎn)生泡沫。設(shè)備工作壓力0.1～1．0 MPa，噴射能力3 L/min，噴管長度30 m，噴槍長度1 m，射程1 m，人員可直立進行操作 ，噴射期間噴槍與待去污表面呈45°角 ，便于泡沫噴涂。

設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作部分性能穩(wěn)定，外觀平滑 ，如發(fā)生沾污后容易去污。

1.3 輻射儀表

多功能劑量率儀 ，型號6150AD5，Automess公司生產(chǎn) ，測量范圍為 1 μSv/h ～ 1 Sv/h ；α、β 輻射探頭 ，型號6150AD17，Automess公司生產(chǎn) ，測量范圍0.1～10 000 Bq/cm2。寧德核電AM實驗室自檢，均在使用有效期內(nèi)。

2 清洗去污方案設(shè)計

2.1 去污原理

核電廠換料水池均為不銹鋼材料，僅在水池有水的情況下才能接觸到放射性物質(zhì)，其表面污染多為松散污染物，使用泡沫發(fā)生裝置將泡沫輻射去污劑以泡沫的形式形成，以泡沫載帶去污劑覆蓋在水池表面 ，待其充分反應(yīng)后，沖洗去污。

2.2 清洗去污

2.2.1 前期準(zhǔn)備

將泡沫發(fā)生裝置內(nèi)裝入足量的去污劑，安裝好氣管及噴管，調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥至合適位置 ，充氣檢查設(shè)備狀態(tài)，確保無泄漏。

2.2.2 測量

為避免人員受到意外照射、制定合理的優(yōu)化去污方案 ，了解去污效果 ，對換料水池預(yù)設(shè)了采樣點 ，示于圖1（圖1中帶數(shù)字部分為取樣點，其它則代表換料水池內(nèi)設(shè)備）。

圖1 換料水池采樣點

去污開始前，輻射防護人員按取樣圖對水池底部的環(huán)境劑量率及表面污染水平進行測量，重點關(guān)注熱點劑量率分布情況 ，告知沖洗人員 ，避免造成意外照射；沖洗結(jié)束后輻射防護人員對底部進行劑量率測量（沖洗后水池地面仍有少量積水，不利于表面污染取樣，故未做此項測量）；擦拭去污結(jié)束后，輻射防護人員再次對換料水池底部進行劑量率及表面污染水平測量，以驗證泡沫發(fā)生裝置的去污效果。

2.2.3 清洗去污

首先對換料水池池底、池底以上2 m以下區(qū)域（簡稱“2 m以下”）進行泡沫噴涂 ，沖洗去污 ，然后對換料水池進行人工擦拭去污，并清理現(xiàn)場。

（1）換料水池底部及2 m以下池壁泡沫噴涂及沖洗去污

3名核清潔人員：1名核清潔人員攜帶噴槍對池底及2 m以下池壁進行順時針方向噴涂；1名核清潔人員操作泡沫發(fā)生裝置并確保設(shè)備安全狀態(tài)；1名核清潔人員確保供氣管路暢通。保證池底被泡沫完全覆蓋。

在泡沫噴涂的過程中，工作負責(zé)人時刻關(guān)注泡沫成型情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)備的出氣及出液閥 ，保證泡沫效果。

泡沫噴涂10 min后，1人攜帶水槍系安全帶，站在池邊對池壁進行沖洗。沖洗完成后穿氣衣到水池底部進行沖洗去污；1人攜帶刮水板將沖洗的廢水收集至排水槽。

（2）換料水池底部及2 m以下池壁擦拭去污

4名核清潔人員：1人攜帶6150AD5，對池底環(huán)境劑量率進行測量 ，根據(jù)測量結(jié)果 ，迅速對熱點區(qū)域進行處理，擦拭后的廢物及時吊出水池 ，以降低池底的環(huán)境劑量率水平。熱點清除后，4名清潔人員分成2組，按順序?qū)λ氐撞窟M行擦拭去污，去污完成后及時將廢物進行轉(zhuǎn)運并分類收集。去污過程防止交叉污染。

2.2.4 清理現(xiàn)場

待水池去污后 ，監(jiān)測人員進行測量驗收 ，驗收合格之后，輻射防護人員謹(jǐn)慎將泡沫裝置及氣源裝置的污染和非污染區(qū)域分開，避免交叉污染。清理臨時污染場地，去污驗收并將廢物轉(zhuǎn)運至指定地點。

3 去污結(jié)果

反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池在裝料后的去污結(jié)果列于表1和表2。

需要說明的是，表2中的第2列指去污過程中產(chǎn)生的放射性廢物數(shù)量；ORFO濾芯用于在沖洗階段過濾沖洗水的 ，單個水池去污僅產(chǎn)生1個。

由表1可知 ，換料水池底部污染嚴(yán)重 ，表面污染水平超過測量儀表的極限值（9 999 Bq/cm2）。經(jīng)過10 min的泡沫去污后，表面松散污染比活度最高為18.56 Bq/cm2，去污系數(shù)為83 ～5 493 ，符合核電站去污比活度限值50 Bq/cm2的要求。

泡沫去污沖洗結(jié)束后，換料水池底部環(huán)境劑量率下降明顯（參考某電站大修數(shù)據(jù)），最高為0.62 mSv/h（熱點對環(huán)境有影響，數(shù)據(jù)不納入統(tǒng)計），比擦拭去污后環(huán)境劑量率水平略高；擦拭去污后環(huán)境劑量率最高為0.37 mSv/h，去污系數(shù)大于5，可滿足電站人員的安全的工作環(huán)境要求。

由表2可知，采用泡沫去污技術(shù)后 ，產(chǎn)生的技術(shù)廢物的接觸劑量率平均水平明顯低于傳統(tǒng)的高壓水射流技術(shù)所產(chǎn)生的，且產(chǎn)生的＞2 mSv/h放射性廢物數(shù)量降低至原來的55.6%（由9袋降至5袋）；下游可移動過濾裝置（簡稱“ORFO”，用于過濾水池沖洗階段的廢水）濾芯接觸劑量率升高約20 mSv/h（由 35.85 mSv/h 增至 54.68 mSv/h ，由39.28 mSv/h 增至60.32 mSv/h） ，說明采用泡沫去污工藝進行前期預(yù)處理，更多的放射性物質(zhì)被剝離 ，泡沫去污是有效的。

表1 裝料后反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池的劑量、污染水平及去污系數(shù)

1）表示熱點所在位置 ；構(gòu)件水池的熱點為地漏、換料小車、地溝位置 ；地漏濾網(wǎng)孔徑為5 μ，用于收集過濾殘渣 ，不去污 ，故劑量較高 ，不作為本文的參考依據(jù)。

表2 裝料后反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池放射性廢物與ORFO劑量對比

4 結(jié)語

綜上所述，從換料水池裝料后實際去污效果可以看出，采用泡沫去污工藝的方案是合理可行的，可將該方案用于今后的水池去污。泡沫去污工藝有如下優(yōu)點：

（1）降低放射性廢物產(chǎn)生量

采用泡沫去污沖洗后，水池底部劑量率與污染水平明顯降低，經(jīng)過簡單的擦拭去污后即可達到電站要求。單次換料水池去污，放射性廢物產(chǎn)量從原有的21袋減少到14袋，降低至原來的66.7% ；＞2 mSv/h放射性廢物數(shù)量從原有的9袋減少到5袋 ，降低至原來的55.6% 。

（2）經(jīng)濟效益可觀

采用泡沫去污工藝，反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池單次去污時間均可縮短2 h（由原來的5 h縮減到3 h，特別是池底工作時間縮短至1.5 h），縮短大修工期 ；廢物量特別是高放廢物量減少 ，降低后續(xù)廢物處理費用。

（3）降低了工作人員的輻射劑量

采用泡沫去污工藝技術(shù) ，一方面泡沫沖洗后，池底環(huán)境劑量率明顯降低；另一方面由于泡沫去污效果佳 ，去污難度降低 ，縮短池底工作時間。從而降低水池去污工作人員的集體劑量。

（4） 去污效率高

使用泡沫去污工藝，泡沫去污劑與待去污表面直接接觸反應(yīng)約10 min（如表1），更容易剝離放射性污染物，去污系數(shù)高達83，遠高于傳統(tǒng)的高壓水去污的去污系數(shù)30，可推薦用于水池去污。

［1］Ayesr J A ，Demmitt T F ，Larrick A P ，et al．Decontamioation Studies for HAPO Water－Cooled Reactor Systems［R］ ．USA EC HW －67937 ，1960 ．

［2］鄔強 ，任憲文 ，謝建勛 ．酸性泡沫對放射性模擬污染樣的去污研究［J］ ．輻射防護通訊 ，2000 ，20（3） ：15－18．

［3］ Ganchon J P ，SAA S A ．Decontam intion of a large volume nuclear component using foams［R］ ．CEA France ，A EA－UK ，Third Progress Report，1992 ．

［4］鄔強．高壓水射流技術(shù)在反應(yīng)堆水池去污中的應(yīng)用［J］ ．輻射防護通訊 ，2004 ，24（5） ：32 －34 ．