核電站放射性污染液壓扭力扳手的去污實(shí)踐

李玉鑫，賈建召

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116001)

核電站在日常生產(chǎn)及大修過程中，因放射性污染設(shè)備及場地檢修作業(yè)，會產(chǎn)生一定量的放射性污染檢修工具，尤其是污染液壓扭力扳手，污染類型主要為非固定放射性污染及固定放射性污染。因液壓扭力扳手為高價(jià)值專用工具，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且放射性熱點(diǎn)大多淤積在孔洞、接縫、嵌口、內(nèi)壁、齒輪嚙合及溝槽等死角位置，導(dǎo)致其放射性去污難度較大。經(jīng)查詢“中國知網(wǎng)”及“萬方數(shù)據(jù)”等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，暫未查詢到有關(guān)污染液壓扭力扳手深度放射性去污相關(guān)工藝方法的報(bào)道，國內(nèi)核電站大多將其作放射性固體廢物處理為主。

作為高價(jià)值專用工具，大量放射性污染液壓扭力扳手報(bào)廢給核電站成本管控、放射性廢物最小化管理和核電站輻射防護(hù)最優(yōu)化帶來了較大壓力和挑戰(zhàn)。為解決上述一系列技術(shù)及管理難題，開發(fā)污染扭力扳手的放射性去污關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)高價(jià)值污染報(bào)廢工器具再循環(huán)再利用，紅沿河核電站成立“放射性污染液壓扭力扳手深度去污課題小組”，經(jīng)過調(diào)研文獻(xiàn)資料并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[1-4]，于2019年3月—5月期間開展了多項(xiàng)污染液壓扭力扳手深度去污試驗(yàn)，采用化學(xué)去污、機(jī)械去污、化學(xué)-機(jī)械去污、泡沫去污、超聲波去污等多種組合工藝，去污手段從易到難，去污深度由淺至深，最終將多臺高度放射性污染液壓扭力扳手去污合格并現(xiàn)場復(fù)用，成功探索了一套合理可行的放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法。

本文結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)開展情況，對放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法及實(shí)踐進(jìn)行全面深入的總結(jié)和闡述，希望為同行提供參考。

1 去污試驗(yàn)材料及準(zhǔn)備

1.1 去污試劑

WD-40防銹潤滑劑，若干，生產(chǎn)廠家：武迪(上海)實(shí)業(yè)有限公司。

DEKONEUTRAL? 化學(xué)去污劑，若干，生產(chǎn)廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

DEKOPUR? FS 500化學(xué)去污劑，若干，生產(chǎn)廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

HAKUPUR? 化學(xué)去污劑，若干，生產(chǎn)廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

DEKOWET? 化學(xué)去污劑，若干，生產(chǎn)廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

ALCATUM化學(xué)去污劑，若干，生產(chǎn)廠家：FEVDI公司，法國。

1.2 去污輔助工器具及材料

紅外測溫儀，1臺，生產(chǎn)廠家：FLUKE公司；β放射性表面污染檢測儀表，2臺(MPR200+β探頭)，生產(chǎn)廠家：山西中輻核儀器有限責(zé)任公司；80 L塑料白桶，2個(gè)；平板小推車(載荷100 kg)，1臺；護(hù)目鏡，10個(gè)；去污布(棉質(zhì))，若干；鋼絲刷，若干；硬塑毛刷、試管刷，若干；一次性防護(hù)服，若干；乳膠手套，若干；塑料鞋套，若干；放射性污染防護(hù)門檻，若干；放射性污染粘塵墊等，若干。

1.3 去污設(shè)備及場所

模塊式超聲波清洗去污設(shè)備：為更好地提升去污試劑的化學(xué)去污效果，將化學(xué)試劑分子活性激發(fā)到最佳狀態(tài)，本試驗(yàn)選用具有加熱功能的模塊式超聲波清洗去污槽作為去污試驗(yàn)設(shè)備，模塊式超聲波清洗去污設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部溶液強(qiáng)迫循環(huán)， 設(shè)備裝配有自鎖功能的萬向腳輪，能夠按照位置需求靈活移動。設(shè)備參數(shù)如下：

電源：AC 380 V/50 Hz；整機(jī)功率：不低于12 kW；設(shè)備有效容積1 200 mm×800 mm×500 mm。

超聲波振盒及加熱器布置要求：去污槽四壁中下位置至少各布置1個(gè)超聲波振盒和1組加熱器； 底壁位置至少均勻布置2個(gè)超聲波振盒和2組加熱器；單個(gè)超聲波振盒功率不低于3.5 kW、頻率不低于26 kHz；單組加熱器加熱功率不低于4 kW，總體加熱溫度不超過100 ℃。

本工作深度去污試驗(yàn)在核電站放射性熱機(jī)修廠房放射性去污車間(AC210)實(shí)施開展。

2 去污方法思路及評價(jià)指標(biāo)

2.1 去污試驗(yàn)方法

放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法采用去污手段從易到難，去污深度由淺至深，逐步深入的思路。先用表面活性劑去污液去除松散污染，然后用高效酸性表面去污液去除無機(jī)鹽、氧化物類附著污染物，再用堿性去污劑去除硫酸鹽、硅膠鹽類污染物，全程用超聲波震動加熱加強(qiáng)去污效果。各步驟可重復(fù)循環(huán)使用，直到去污后去污對象污染水平達(dá)標(biāo)為止。具體試驗(yàn)方法如下:

(1)對放射性污染液壓扭力扳手進(jìn)行放射性污染測量,然后對扭力扳手解體、分類標(biāo)記及脫油脫脂處理。

(2)第一階段去污：化學(xué)去污(中性)+超聲波去污。使用DEKONEUTRAL?中性表面去污劑結(jié)合超聲波對各部件進(jìn)行初步清潔清洗，如去污驗(yàn)收未達(dá)標(biāo)執(zhí)行下一階段深度去污方案。

(3)第二階段深度去污：化學(xué)去污(酸性)+超聲波去污：使用DEKOPUR? FS 500高效磷酸基去污劑結(jié)合超聲波對部件進(jìn)行深度去污，如去污驗(yàn)收未達(dá)標(biāo)執(zhí)行下一階段深度去污方案。

(4) 第三階段深度去污：化學(xué)去污(堿性)+超聲波去污：使用HAKUPUR?高效堿性速溶表面去污劑結(jié)合超聲波對部件進(jìn)行深度去污，如去污驗(yàn)收未達(dá)標(biāo)執(zhí)行下一階段深度去污方案。

(5) 第四階段深度去污：化學(xué)去污(酸性)+超聲波去污：使用DEKOWET?高效酸性表面去污劑結(jié)合超聲波對部件進(jìn)行深度去污，如去污驗(yàn)收未達(dá)標(biāo)執(zhí)行第五階段深度去污方案。

(6) 第五階段深度去污：泡沫去污；使用ALCATUM堿性去污劑對待去污部件進(jìn)行泡沫去污。

在實(shí)際去污過程中，第四階段的DEKOWET?高效酸性表面去污劑為超聲波清洗用高效酸性去污劑，結(jié)合超聲波去污效果更好，但前期去污實(shí)踐發(fā)現(xiàn)DEKOWET?高效酸性表面去污劑對不銹鋼材質(zhì)部件腐蝕深度較大。為將去污腐蝕風(fēng)險(xiǎn)控制到最小，將其作為第四階段深度去污首選化學(xué)試劑。如果前面步驟已經(jīng)去污達(dá)標(biāo)，即可以免去此步驟以及后續(xù)步驟。同樣，第五階段泡沫去污首選化學(xué)試劑ALCATUM為堿性去污劑，堿性較強(qiáng)，為將去污腐蝕風(fēng)險(xiǎn)控制到最小，也將此步驟作為必要時(shí)備用。

2.2 去污效果評價(jià)指標(biāo)

用去污因子DF和去污率E評價(jià)去污的效果：DF為去污前污染物表面放射性活度(A前)與去污后放射性活度(A后)之比，即DF=A前/A后。DF越大，說明去污效果越好。去污率E為經(jīng)過去污后去除的放射性活度占原來總活度的比例，E=(A前-A后)/A前=1-A后/A前。去污率越接近1越好。

3 去污試驗(yàn)具體步驟

3.1 液壓扭力扳手表面污染測量

首先對16臺污染的液壓扭力扳手(M系列和A系列，生產(chǎn)廠家：HYTORC)使用MPR200+β探頭進(jìn)行表面污染測量，測量數(shù)據(jù)列于表1。

表1 去污前液壓扭力扳手的表面污染水平

3.2 液壓扭力扳手解體及分類標(biāo)記及脫油脫脂處理

紅沿河核電站使用的液壓扭力扳手(M系列和A系列)，外殼均為TITAL399鋁鈦合金，內(nèi)部轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)為高強(qiáng)度合金材質(zhì)，結(jié)構(gòu)圖示于圖1。 兩個(gè)系列液壓扭力扳手主子部件編號概述列于表2。

表2 兩種扳手的部位編號

測量完成后，對污染液壓扭力扳手進(jìn)行解體處理：取下反作用力臂3，取下保持帽11，取下驅(qū)動軸5，拆除防塵罩31，取下驅(qū)動銷19，拆開驅(qū)動板4，取下棘輪6，取下棘爪63及其他部件，拆下旋轉(zhuǎn)接頭12，旋轉(zhuǎn)拆下油缸底座3，取出油缸2。

解體完成后，對所有主子部件進(jìn)行分類整備、標(biāo)記，解體后各組件照片示于圖2。

對各子部件分類標(biāo)記完成后，使用WD-40防銹潤滑劑對標(biāo)記測量后的主子部件逐一進(jìn)行脫油脫脂處理，再執(zhí)行后續(xù)各階段深度去污，去除油污的原因如下：

1)油污進(jìn)入會導(dǎo)致去污溶液渾濁，不易觀察待去污件表面去污狀態(tài)。

2)油污中含有放射性松散物質(zhì)，進(jìn)入去污溶液，會造成二次污染及污染擴(kuò)散。

3)油污附著在待去污件表面，會形成一層油隔離膜，會間接影響后續(xù)各階段化學(xué)試劑對待去污件表面去污效果。

4) 深度去污產(chǎn)生的放射性廢液會排入放射性廢水回收處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)現(xiàn)無法處理含油廢液。

綜上所述，開展深度去污前，盡量將待去污件表面附著的油脂清除干凈。

3.3 第一階段去污試驗(yàn)

將脫油脫脂處理后的待去污部件依次擺放至模塊式超聲波清洗去污設(shè)備內(nèi)部，彼此間隔不小于4 cm。將調(diào)好配比的去污溶液注入模塊式超聲波清洗去污設(shè)備內(nèi)部，開啟模塊式超聲波清洗去污設(shè)備電源、加熱器、超聲波振盒、強(qiáng)迫循環(huán)。待去污溶液溫度達(dá)到80 ℃后，試驗(yàn)正式開始并記錄數(shù)據(jù)。具體試驗(yàn)方法及參數(shù)列于表3。

去污試驗(yàn)結(jié)束后，將待去污部件取出并用清水沖洗干凈，焙干后使用MPR200+β探頭對所有部件逐一進(jìn)行表面污染測量，并做好記錄。如去污驗(yàn)收結(jié)果>0.4 Bq/cm2(非放射性物質(zhì)輻射控制β表面污染限值)，則繼續(xù)執(zhí)行下一階段深度去污試驗(yàn)。

3.4 第二至第五階段深度去污試驗(yàn)方法

將上一階段深度去污試驗(yàn)后驗(yàn)收不合格的待去污部件依次擺放至模塊式超聲波清洗去污設(shè)備內(nèi)部，彼此間隔不小于4 cm。將調(diào)好配比的去污溶液注入模塊式超聲波清洗去污設(shè)備內(nèi)部，開啟模塊式超聲波清洗去污設(shè)備電源、加熱器、超聲波振盒、強(qiáng)迫循環(huán)。待去污溶液溫度達(dá)到80 ℃后，試驗(yàn)正式開始并記錄數(shù)據(jù)。其中，加熱器布置參數(shù)，超聲波振盒布置及參數(shù)，強(qiáng)迫循環(huán)流量，去污驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)步驟均與第一階段相同(見表3)， 第二至第四階段深度去污的具體試驗(yàn)方法，所用試劑配比ρ及試驗(yàn)參數(shù)列于表4(與第一階段相同部分省略)。

圖1 M系列和A系列兩種扳手的結(jié)構(gòu)及部件編號

圖2 扭力扳手解體部件

去污試驗(yàn)結(jié)束后，將待去污部件取出并用清水沖洗干凈，焙干后使用MPR200+β探頭對所有部件逐一進(jìn)行表面污染測量，并做好記錄。

表3 第一階段去污試驗(yàn)的條件參數(shù)

表4 第二至第四階段去污試驗(yàn)的試劑配比及不同的條件參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)中，由于第四階段深度去污試驗(yàn)后所有主、子部件已經(jīng)去污合格，第五階段深度去污試驗(yàn)不需再執(zhí)行。如去污不合格，可繼續(xù)執(zhí)行第五階段深度去污試驗(yàn)。

第五階段深度去污試驗(yàn)方法及參數(shù)擬定如下：

首先執(zhí)行泡沫去污：選用ALCATUM泡沫去污試劑進(jìn)行去污(pH：11.5，無需注水稀釋)，泡沫去污時(shí)間為20 min。泡沫去污完成后，執(zhí)行超聲波去污：將待去污部件用清水沖洗干凈，依次擺放至模塊式超聲波清洗去污設(shè)備內(nèi)部，彼此間隔不小于4 cm。將SED除鹽水注入模塊式超聲波清洗去污設(shè)備內(nèi)部，開啟模塊式超聲波清洗去污設(shè)備電源、加熱器、超聲波振盒、強(qiáng)迫循環(huán)等操作參數(shù)同第二至第四階段相應(yīng)內(nèi)容。超聲波去污時(shí)間3 h。

3.5 去污后液壓扭力扳手組裝及功能再鑒定

所有液壓扭力扳手主子部件，經(jīng)去污合格后方可進(jìn)行組裝，組裝工序與解體工序相反。組裝完成后的液壓扭力扳手必須進(jìn)行功能再鑒定及計(jì)量檢定，確保去污后的扳手在額定壓力范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、無滲漏、輸出扭矩精度符合作業(yè)要求。功能再鑒定合格后方可投入現(xiàn)場使用。

4 去污試驗(yàn)結(jié)果和討論

4.1 各階段去污實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果

經(jīng)過第一至四階段深度去污試驗(yàn)，16個(gè)扭力扳手去污前后表面污染水平記錄列于表5。

由于第四階段深度去污試驗(yàn)后所有主、子部件已經(jīng)去污合格，第五階段深度去污試驗(yàn)沒有繼續(xù)執(zhí)行。

表5 扭力扳手各階段去污前后表面污染水平

4.2 去污效果評價(jià)

根據(jù)各階段去污后測量的表面污染水平，計(jì)算了各去污階段后達(dá)到的去污因子DF，結(jié)果列于表6。

表6 各階段去污后累積達(dá)到的去污因子

由表6可知，第一階段深度去污因子一般為2左右，第二階段完成后可達(dá)到8左右，第三階段結(jié)束后可以達(dá)到100～200，第四階段結(jié)束后一般可以達(dá)到1 000左右。16個(gè)扳手經(jīng)過四個(gè)階段深度去污后，總的去污因子DF平均值為1130(1.13×103)，達(dá)到103數(shù)量級。

對于第一至第四階段深度去污試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性廢液(質(zhì)量約為0.48 t)，分別取樣送核電站的放化分析實(shí)驗(yàn)室(RC)進(jìn)行了分析。

根據(jù)放化分析的測量結(jié)果，去污液中主要含有核素為54Mn、58Co、60Co和95Mb,對各階段去污廢液中幾種核素的放射性活度進(jìn)行測量并計(jì)算各自的總的活度，然后總體估算了去污流程的總?cè)ノ垡蜃雍腿ノ勐?。?jì)算方法和結(jié)果如下。

考慮各液壓扭力扳手已基本去污干凈，去污完成后總γ≈0，扭力扳手本體攜帶的放射性污染核素已基本轉(zhuǎn)移至各階段深度去污試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性廢液之中。因此，液壓扭力扳手在各階段去污前、后的放射性活度(A前、A后)參考各階段試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性廢液的放射性活度進(jìn)行估算。

A前=ΣAi，Ai為第i次液壓扭力扳手深度去污后去污廢液中放射性活度估算值；其中按照測量結(jié)果和廢液體積計(jì)算得出A1=0.177 6 MBq；A2=0.192 MBq；A3=0.225 6 MBq；考慮第四次深度去污后總γ<0.04 MBq/t且總γ≈0，為更加精確估算去污因子，參考放化分析方法的本底值，第四階段深度去污后總γ取值約為0.001 MBq/t，所以估算的A4≈0.001 MBq/t×0.48 t=0.00048(MBq)。那么

A前=ΣAi=A1+A2+A3+A4=0.1776+0.192+0.2256+0.00048=0.59568(MBq)；

A后≈A4=0.00048 MBq；

所以，方法的總 去污因子DF=A前/A后≈1 240；

去污率E=(A前-A后)/A前=(0.59568-0.00048)/0.59568=0.9991

由此可知，根據(jù)廢液活度估算的本次放射性污染液壓扭力扳手深度去污試驗(yàn)去污因子約為1 240，和前面用表面污染測量結(jié)果計(jì)算的結(jié)果1 130符合較好，總?cè)ノ垡蜃舆_(dá)到103以上,去污率約為0.9991。經(jīng)過四個(gè)階段深度去污后，全部16臺扭力扳手均實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)復(fù)用，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，效果良好。

4.3 去污試驗(yàn)代價(jià)利益分析

使用本去污方法成功將16臺高度放射性污染擬報(bào)廢的液壓扭力扳手實(shí)現(xiàn)去污復(fù)用，減少放射性金屬固體廢物約3 m3，創(chuàng)造廢物再利用價(jià)值及減少放射性廢物處置成本超300萬元(RMB)。

本次去污實(shí)踐共產(chǎn)生放射性液體廢物約1.92 t，排入核電站放射性廢水回收系統(tǒng)，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮處理后，采用水泥固化工藝處理，處置便捷，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)。

本次去污實(shí)踐共產(chǎn)生其他放射性廢物約0.6 m3，經(jīng)預(yù)壓、超壓處理后，采用水泥固定工藝處理，處置便捷，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，本次去污實(shí)踐取得的利益成果明顯，代價(jià)較低，去污實(shí)踐合理、正當(dāng)，方法可行、有效。

5 結(jié)語

本次“放射性污染液壓扭力扳手深度去污試驗(yàn)”成功實(shí)踐、探索了一套“放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法”， 總?cè)ノ垡蜃舆_(dá)到103量級，去污后全部扭力扳手達(dá)標(biāo)復(fù)用，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，效果良好。說明去污試驗(yàn)效果評價(jià)指標(biāo)良好，本方法實(shí)用、有效。

建議對去污工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行深度探索：后續(xù)試驗(yàn)可嘗試探索“泡沫去污”+“超聲波去污”及其它去污工藝的深度去污效果。另外根據(jù)液壓扭力扳手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主子部件較多，且熱點(diǎn)多淤積在死角位置，其放射性去污難度較大等特點(diǎn)，建議在現(xiàn)場對扭力扳手使用過程中，加強(qiáng)污染防護(hù)的源頭管控措施及其技術(shù)研究，盡量減少污染。后續(xù)將探索“可剝離膜污染防護(hù)”等源頭管控技術(shù)的可行性及具體措施。