核電站水池及壓力容器內(nèi)異物打撈技術(shù)分析與實(shí)踐

蔣磊 (遼寧紅沿河核電有限公司， 遼寧 大連， 116000)

根據(jù)國(guó)內(nèi)核電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組在檢修期間存在異物進(jìn)入反應(yīng)堆水池、構(gòu)件水池、乏燃料水池以及壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)。異物是指系統(tǒng)中本不應(yīng)該存在實(shí)際存在的影響系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量和安全的物質(zhì)，這些異物根據(jù)存在的位置可分為漂浮物、懸浮物、沉積物。

對(duì)于漂浮物的處理較為容易，一般用抄網(wǎng)即可完成打撈，另外系統(tǒng)內(nèi)有撇渣器也可進(jìn)行清理；懸浮物的處理，一般可利用水過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行清除，也可以外加系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行水過(guò)濾清理；對(duì)于沉積在水底的固體異物，一般利用專用工具進(jìn)行打撈，對(duì)于不影響運(yùn)行和核安全的異物，經(jīng)過(guò)保守評(píng)估后可不作處理。

本文針對(duì)懸浮物、沉積物兩類異物的打撈處理方法進(jìn)行分析，以期對(duì)我國(guó)核電站水池及壓力容器內(nèi)異物的打撈工作有所幫助。

1 異物打撈方法

國(guó)內(nèi)核電站處理水池以及壓力容器內(nèi)異物的打撈方式目前主要有：重錘粘取法、水凈化法[1-2]、真空吸取法[3]、氣動(dòng)夾鉗夾取法[4]等。此外還有水下機(jī)器人打撈，該方法不常見(jiàn)，本文不討論。

1.1 重錘粘取法

此方法的專用工具為不銹鋼重錘，約2 kg。使用時(shí)將無(wú)鹵膠帶反貼于重錘下面，做好固定，利用繩子將重錘放入水中，將異物定位后，用重錘壓住，利用膠帶的粘性將其粘住，然后取出；或在重錘上安裝磁鐵，利用磁鐵的吸力將具有磁性的金屬異物吸取，然后取出。

重錘粘取法主要特點(diǎn)：

(1) 操作特點(diǎn)：打撈工具組裝快速簡(jiǎn)單，約10 min完成組裝，1～2人約1 h可完成打撈。

(2) 定位要求：重錘對(duì)較小的異物在水池難于進(jìn)行定位粘取，利用磁性吸取定位要求相對(duì)于較低，該工具可通過(guò)不同形式的設(shè)計(jì)可到達(dá)各類空間進(jìn)行打撈，空間和環(huán)境要求較低。

(3) 打撈范圍：此方法打撈能力受限于膠帶的粘力或磁鐵的吸力。粘取法對(duì)于材質(zhì)沒(méi)有要求，范圍較廣，但是可打撈異物重量約<100 g；而磁力法僅能打撈磁性金屬異物，重量根據(jù)磁力而異，可達(dá)1 000 g。

(4) 異物落入風(fēng)險(xiǎn)：該方法工具簡(jiǎn)單，部件少且相對(duì)牢靠，引入異物風(fēng)險(xiǎn)低。但是由于膠帶粘性、磁鐵吸力在水中對(duì)異物粘力和吸力不穩(wěn)定，極易發(fā)生異物掉落的情況，在利用此法打撈時(shí)，應(yīng)提前加工相應(yīng)的異物收集籃，將異物和重錘一同放入籃中打撈出水。

1.2 水凈化法[1-2]

此方法使用的專用工具主要代表為UFV-260型水下過(guò)濾器。使用時(shí)利用行車(chē)將設(shè)備放入水中，設(shè)備將水進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾，除去水中雜質(zhì)。

水凈化法主要特點(diǎn)：

(1) 操作特點(diǎn)：以UFV-260為例，該專用工具主要由潛水泵和過(guò)濾器組成，設(shè)備重量約200 kg，安裝人員需經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)，過(guò)程較為復(fù)雜，從組裝到下水，至少1 h。根據(jù)水質(zhì)和其處理能力，凈化水中雜質(zhì)時(shí)間不能有效估算，至少在5小時(shí)以上，整個(gè)過(guò)程需要人力約7人。

(2) 定位要求：該設(shè)備主要用于凈化水中雜質(zhì)，并不針對(duì)特定異物進(jìn)行打撈，故對(duì)異物定位要求低。由于該設(shè)備體積較大，適用于位置較為開(kāi)闊的空間。

(3) 打撈范圍：該設(shè)備利用水泵和過(guò)濾器進(jìn)行水過(guò)濾，適用于水中較小的懸浮物，泥沙類的沉積物有一定的清理作用。

(4) 異物落入風(fēng)險(xiǎn)：設(shè)備部件較多，引入異物的風(fēng)險(xiǎn)較大，在設(shè)備入水前需對(duì)設(shè)備松動(dòng)部件進(jìn)行全面檢查并做好記錄。對(duì)于吸入的異物重新落入的風(fēng)險(xiǎn)不大，可不考慮。

1.3 真空吸取法[3]

此方法使用的專用工具代表為輕型水下真空系統(tǒng)(LUVS)。將異物定位后，利用LUVS真空泵產(chǎn)生吸力將異物吸取住，然后通過(guò)異物收集籃取出異物。

真空吸取法主要特點(diǎn)：

(1) 操作特點(diǎn)：該專用工具操作人員需具備操作技能，整個(gè)設(shè)備重量約11.5 kg，組裝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，半小時(shí)即可完成設(shè)備組裝，打撈過(guò)程需至少5人，整個(gè)過(guò)程一般<3 h。

(2) 定位要求：對(duì)于不同位置的異物定位要求不同，肉眼不可見(jiàn)的情況下需要水下攝像機(jī)配合定位，其設(shè)備直徑約19 cm，小于乏燃料池格柵間距，核電內(nèi)一般區(qū)域均可達(dá)，對(duì)于難以達(dá)到區(qū)域可設(shè)計(jì)專用吸嘴進(jìn)行異物打撈。

(3) 打撈范圍：根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)，能吸取2 g～2 kg的物體，打撈異物的范圍較廣。

(4) 異物落入風(fēng)險(xiǎn)：該設(shè)備的組裝過(guò)程中需要使用插銷(xiāo)等松動(dòng)部件，引入異物的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，入水前需對(duì)設(shè)備松動(dòng)部件進(jìn)行檢查，并登記。該設(shè)備僅適用于水下操作，需在水下將吸取的異物放入收集籃中或與收集籃一同出水。

1.4 氣動(dòng)夾鉗夾取法[4]

此方法利用延長(zhǎng)桿連接的氣動(dòng)夾鉗將異物夾住，從而將異物取出。

氣動(dòng)夾鉗夾取法主要特點(diǎn)：

(1) 操作特點(diǎn)：該專用工具操作簡(jiǎn)單，連接延長(zhǎng)桿后整個(gè)設(shè)備重量約10 kg，組裝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，半小時(shí)即可完成設(shè)備組裝，打撈過(guò)程需至少5人，整個(gè)過(guò)程一般<3 h。

(2) 定位要求：使用與人眼可見(jiàn)范圍內(nèi)的打撈，配合水下攝像頭亦可完成打撈，對(duì)于距離較遠(yuǎn)，異物較小的情況，操作相對(duì)困難。

(3) 打撈范圍：受制于夾鉗的開(kāi)度和氣源壓力，適用于長(zhǎng)條形異物，重量約0.5 kg以下。

(4) 異物落入風(fēng)險(xiǎn)：該設(shè)備仍是組裝而成，引入異物的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，入水前需對(duì)設(shè)備松動(dòng)部件進(jìn)行檢查，并登記。該設(shè)備不僅適用于水下操作，在無(wú)水條件下亦可工作。

2 異物打撈技術(shù)分析

核電內(nèi)水池及壓力容器的異物打撈工作需根據(jù)異物尺寸、異物位置、異物形態(tài)以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素選擇相應(yīng)的專用工具。核電中異物打撈工作主要發(fā)生在構(gòu)件水池、反應(yīng)堆水池、乏燃料水池和壓力容器中。

2.1 構(gòu)件水池

構(gòu)件池充水情況下一般存放有上/下部堆內(nèi)構(gòu)件，燃料傳輸小車(chē)也位于構(gòu)建池。若構(gòu)建池內(nèi)存在的異物，在其不影響水池內(nèi)工作開(kāi)展以及水池內(nèi)工作開(kāi)展不影響其存在的情況下，可不對(duì)構(gòu)件水池的異物進(jìn)行打撈。水中懸浮物由PTR過(guò)濾器中除去，底部異物可以在排完水后進(jìn)行處理。故在構(gòu)件池內(nèi)的異物在非必要的情況下不處理。

如果進(jìn)行異物打撈，一般情況可直接根據(jù)異物的大小、材質(zhì)選擇重錘法和真空吸取法。如果異物處于構(gòu)件池設(shè)備上，需考慮打撈時(shí)異物重新掉落的情況，通過(guò)制作專用工具，如圍欄、網(wǎng)兜、收集籃等，限制其移動(dòng)范圍，增加打撈的可靠性。

2.2 乏燃料水池

乏燃料水池內(nèi)存放有乏燃料、燃料組件、控制棒組件、新燃料等。若其中存在異物，因?yàn)槠浯嬖诟駯乓约胺θ剂系?，大大增加了異物處理的難度，另外乏燃料可能將異物活化，大大增加了輻射風(fēng)險(xiǎn)，從而使后續(xù)處理的難度加大。若固體異物在格柵底部，打撈的難度將更大。

異物打撈需根據(jù)ALARA原則進(jìn)行必要性分析。如果異物的存在不影響乏池的功能和系統(tǒng)的運(yùn)行，不建議進(jìn)行異物打撈。如涉及打撈工作，需燃料專業(yè)人員和運(yùn)行經(jīng)理對(duì)打撈的必要性進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果提出打撈需求，打撈專業(yè)需要根據(jù)打撈工作的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷是否可以進(jìn)行打撈，這些風(fēng)險(xiǎn)包括輻射、沾污、引入異物、跌落等，然后多方商討根據(jù)ALARA原則決定。

乏燃料水池的異物打撈工作，打撈工具的選擇極為重要。重錘，作為最為簡(jiǎn)易的工具，在此并不能很好的發(fā)揮其作用，異物若在格柵上，一旦定位不準(zhǔn)，很可能將異物碰落到格柵底部，若在格柵底部，定位不準(zhǔn)，膠帶脫落，碰傷格柵，異物脫落，這些風(fēng)險(xiǎn)極高，另外其打撈的能力范圍有限，故不建議使用此工具；對(duì)于水凈化類型的工具如UFV-260型水下過(guò)濾器，工具極為笨重，處理乏池中懸浮的微小雜質(zhì)可行，但是對(duì)于沉于水底的異物則束手無(wú)策；LUVS處理此類異物則較為方便，它的體積較小，并且可利用乏吊和水下攝像頭進(jìn)行精確定位，整個(gè)設(shè)備可完全進(jìn)入格柵內(nèi)，利用泵產(chǎn)生的真空可將異物吸入，格柵上的異物也不必?fù)?dān)心掉落，將設(shè)備提取放入異物收集籃中，可確保停泵后異物不重新掉落進(jìn)入乏池；氣動(dòng)夾鉗在處理乏池中異物的方面也有一定的適用范圍，如螺栓、螺釘、膠帶等這類可夾取的異物具有操作的便利性。

在乏燃料水池中進(jìn)行異物打撈，由于高輻射風(fēng)險(xiǎn)極高，為避免引起KRT探頭誤報(bào)警，故需對(duì)燃料廠房20 m的KRT探頭進(jìn)行閉鎖。在整個(gè)打撈過(guò)程中輻射防護(hù)專業(yè)人員需對(duì)異物進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，并對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，避免造成人員誤照射。在打撈前，需準(zhǔn)備一屏蔽容器放置在現(xiàn)場(chǎng)，若異物劑量率≥2 mSv/h，則在其出水后，立即轉(zhuǎn)運(yùn)至屏蔽容器中，隨后異物按放射性固廢處理。

2.3 反應(yīng)堆水池

反應(yīng)堆水池位于壓力容器正上方，此處若存在異物，異物將有可能進(jìn)入壓力容器中，同樣需要根據(jù)ALARA的原則進(jìn)行分析后決定是否打撈。

根據(jù)異物存在不同形式，可選擇不同的工具。如果肉眼在水池上可以觀察到異物，預(yù)估異物重量約10～50 g，此種情況下，選擇利用重錘進(jìn)行異物打撈；如果異物是水中的懸浮物，影響水質(zhì)，可以利用UFV-260型水下過(guò)濾器進(jìn)行凈化，由于一回路有系統(tǒng)過(guò)濾器，此舉略顯多余；其他類型處于堆池的異物，確認(rèn)需要打撈，可以使用LUVS，通過(guò)水下攝像頭配合；處理微小異物，亦可人工定位處理肉眼可見(jiàn)異物，包括沉于水底的和懸浮的異物；對(duì)于可以?shī)A取的異物，亦可適用氣動(dòng)夾鉗。

同樣輻射防護(hù)人員需在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)異物在出水前后劑量率進(jìn)行測(cè)量，如果異物劑量率≥2 mSv，放入屏蔽容器中，按放射性固廢處理。

2.4 壓力容器

壓力容器是核電機(jī)組的心臟。若壓力容器存在異物，尤其是金屬異物，關(guān)系核安全，打撈是必行之舉。

壓力容器中發(fā)現(xiàn)異物最有可能是在卸料后的壓力容器檢查，此階段，壓力容器中沒(méi)有任何阻擋，如存在異物，可以通過(guò)水下攝像頭發(fā)現(xiàn)。

對(duì)于工具的選擇類似于堆池，但是對(duì)高輻射風(fēng)險(xiǎn)的控制則需按照乏池的模式進(jìn)行，鑒于此處位置較遠(yuǎn)，可優(yōu)先選擇LUVS進(jìn)行打撈，氣動(dòng)夾鉗次之。

3 異物打撈實(shí)踐

國(guó)內(nèi)核電站在水池和壓力容器進(jìn)行異物打撈的事例較多，但見(jiàn)諸于報(bào)道并不多見(jiàn)。根據(jù)事件的代表性，例舉一壓力容器中異物打撈工作，據(jù)此對(duì)異物打撈實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。

由于在壓力容器檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)存在異物，異物尺寸約2 cm。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)條件為：①法蘭面以上水位； ②RCD模式； ③壓力容器已開(kāi)蓋； ④異物位置已確定。

異物較小，重錘定位困難，LUVS可利用攝像頭粗略定位后，在其附近將其吸入，據(jù)此選擇LUVS進(jìn)行打撈。

3.1 準(zhǔn)備工作

工作開(kāi)始前，組織工作組成員及輻射防護(hù)人員召開(kāi)預(yù)工前會(huì)，分析現(xiàn)場(chǎng)存在的風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施，對(duì)工作組成員的準(zhǔn)備工作進(jìn)行分工，包括文件、物資、工具、現(xiàn)場(chǎng)布置的準(zhǔn)備工作，并對(duì)相應(yīng)工具進(jìn)行確認(rèn)可用。

?文件：準(zhǔn)備相應(yīng)的工作包，申請(qǐng)?jiān)S可證(PI/PX)，根據(jù)輻射防護(hù)的要求辦理相應(yīng)的輻射許可證。

?工具：輕型水下真空系統(tǒng)(LUVS)、延長(zhǎng)桿、屏蔽容器、異物收集籃、水下攝像頭、安全帶、輻射防護(hù)劑量檢測(cè)儀表。

?物資：紙衣、塑料鞋套、口罩、面罩、吸水紙、細(xì)繩。

工作場(chǎng)所需布置場(chǎng)地，包括輔橋(換料機(jī))、上下通道、屏蔽容器以及其他可能污染的場(chǎng)所，并將輔橋移動(dòng)至壓力容器正上方。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

打撈工作中存在的風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施見(jiàn)表1所列。

表1 核電站壓力容器內(nèi)異物打撈工作中存在的風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施

3.3 實(shí)施過(guò)程

根據(jù)準(zhǔn)備情況，確認(rèn)開(kāi)工條件。在現(xiàn)場(chǎng)召開(kāi)工前會(huì)，對(duì)工作組成員進(jìn)行分工：水下攝像頭操作1人，現(xiàn)場(chǎng)指揮1人，設(shè)備牽繩子2人，組裝設(shè)備2人，操作異物收集籃2人，轉(zhuǎn)移廢物1人，劑量檢測(cè)1人，輔橋(換料小車(chē))移動(dòng)2人。現(xiàn)場(chǎng)所有指令由現(xiàn)場(chǎng)指揮1人發(fā)出，所有工作成員按照指令開(kāi)展工作。

第1步：確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備情況。工具可用，物資充足，場(chǎng)地布置完整，現(xiàn)場(chǎng)電源可用，取得工作許可證(PI/PX票)和相應(yīng)的輻射許可證(紅區(qū)/橙區(qū)許可證)。

第2步：下放水下攝像頭至壓力容器中，確定異物位置，同時(shí)將打撈LUVS進(jìn)行連接。在確認(rèn)異物位置后，將連接好的設(shè)備運(yùn)至輔橋(換料小車(chē))上，組裝設(shè)備人員開(kāi)始連接延遲桿，設(shè)備上系有兩根細(xì)繩，由2人手持，保證設(shè)備不下落，4人配合逐漸下放設(shè)備至壓力容器底部高度約1 m，然后逐漸下放至約10 cm，利用水下攝像頭進(jìn)行監(jiān)視。

第3步：?jiǎn)?dòng)設(shè)備，確認(rèn)設(shè)備下水下運(yùn)轉(zhuǎn)，手持的延長(zhǎng)桿會(huì)明顯感覺(jué)到設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)的扭力，攝像頭可以看到水流在吸嘴和出口流動(dòng)。隨后可停止設(shè)備或低檔(1檔)運(yùn)轉(zhuǎn)。利用攝像頭對(duì)異物進(jìn)行定位，移動(dòng)設(shè)備至異物上方，設(shè)備操作人員在此期間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)指揮的要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行左右前后上下的移動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)指揮觀察攝像頭，并逐漸升檔，將異物吸入。

2人牽繩子將異物收集籃放入水中，距離水面約2 m，設(shè)備保持運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸提升，操作人員卸掉多余的延長(zhǎng)桿，將設(shè)備吸嘴與異物收集籃對(duì)接。此時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷，若異物較小，重量輕，則停止設(shè)備；如異物體積較大并且較重，可使用反沖將異物吐入收集籃中，停運(yùn)設(shè)備。此后，吸嘴和異物收集籃保持對(duì)接并逐漸提升。

此時(shí)，輻射防護(hù)人員利用測(cè)量探頭對(duì)異物進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果決定是否提出水面，在提出水面后也需要進(jìn)行測(cè)量。若水下劑量≥500 mSv/h，現(xiàn)場(chǎng)20 m平臺(tái)則需要清場(chǎng)，然后提出水面后，人員則需要穿著鉛衣，遠(yuǎn)程操作將異物轉(zhuǎn)入屏蔽，并卸載設(shè)備濾芯，一同放入屏蔽容器中；如劑量較低，則提升設(shè)備至操作平臺(tái)(輔橋/換料小車(chē))上，并迅速拆卸濾芯，和異物一并放入塑料袋中，轉(zhuǎn)運(yùn)至20 m平臺(tái)的高放廢物屏蔽容器中。

第4步：拆卸設(shè)備，并將設(shè)備工具簡(jiǎn)單擦拭去污，裝入黃色塑料袋中轉(zhuǎn)運(yùn)至待去污點(diǎn)。清理現(xiàn)場(chǎng)。打撈工作結(jié)束。

4 結(jié)語(yǔ)

核電站異物打撈工作是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)極高的工作，工作前一定要分析是否有必要開(kāi)展。在確定任務(wù)后，須做好風(fēng)險(xiǎn)分析(重點(diǎn)注意：打撈過(guò)程中防異物措施必須做到位，避免引入新的異物；高輻射風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施)；異物的后續(xù)處理在準(zhǔn)備工作時(shí)就要考慮到，它的處理方式取決于異物的輻射水平。打撈過(guò)程中，異物定位是打撈的關(guān)鍵，現(xiàn)場(chǎng)指令的發(fā)出必須統(tǒng)一，并對(duì)可能發(fā)生的情況做好預(yù)案。