三門核電廢樹脂處理的若干問題和建議

靳海睿 祝茂綱

摘 要

本文簡要介紹了三門核電當(dāng)前的廢樹脂處理工藝過程，然后分析討論了當(dāng)前處理存在的一些問題，并提出了針對性的改進建議。

關(guān)鍵詞

三門核電;廢樹脂;處理;問題;建議

中圖分類號： TM623? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.006

0 引言

三門核電是國內(nèi)首家采用熱態(tài)超壓技術(shù)處理廢樹脂的核電廠。廢樹脂處理系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試、預(yù)運行和一段時間的實際運行后，積累了一定的運行經(jīng)驗，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。本文就三門核電廢樹脂處理過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行了分析討論，并提出了針對性的改進建議。

1 廢樹脂處理工藝過程

三門核電廢樹脂處理采用熱態(tài)超壓技術(shù)。廢樹脂在核島從化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（CVS）、乏燃料池冷卻系統(tǒng)（SFS）、放射性液體廢物處理系統(tǒng)（WLS）中卸載出來后暫存在兩個有效容積約為7m3的廢樹脂箱，暫存一段時間后（暫存時間根據(jù)箱體剩余儲存容量和CVS/SFS/WLS運行狀態(tài)決定）通過有效容積為1m3的屏蔽轉(zhuǎn)運容器從核島轉(zhuǎn)運至廠址廢物處理設(shè)施（SRTF），然后水力輸送至兩個有效容積為6m3的廢樹脂緩沖罐，再經(jīng)廢樹脂計量罐計量后打至錐形干燥器，在其中用160℃熱油進行真空（真空度-300～-60mbar）干燥。廢樹脂計量罐和錐形干燥器配套設(shè)置，三門核電目前只安裝了一套，另外預(yù)留了一套的安裝位置。

在干燥之前，需向廢樹脂投加粉末狀樹脂添加劑，以利于后期形成致密緊湊的壓縮餅并減小壓縮餅的回彈率，添加劑添加比例為22%～25%（重量），通過專設(shè)的開袋裝置和添加劑箱計量添加。在干燥處理的末期，樹脂混合物的最高溫度為120℃。樹脂混合物的干燥時間大約為250min，混合物最終干燥到剩余水分≦4%（重量）。

干燥完之后廢樹脂從錐形干燥器裝填至160L桶中，然后加蓋立刻送往超壓站進行超壓。超壓機壓力設(shè)定為680t，160L桶不鉆孔，活塞速度約15cm/min，保壓時間15min。超壓完成后壓縮餅選擇性裝入200L鋼桶中進行灌漿固定。

在干燥完成后的廢樹脂裝填入160L桶過程中，為了防止放射性物質(zhì)從錐形干燥器內(nèi)釋放到環(huán)境中，錐形干燥器內(nèi)壓力需保持在950mbar左右。此外，裝有熱態(tài)廢樹脂的160L桶頂部會有因空氣自然對流形成的廢樹脂氣溶膠，因此，在從錐形干燥器到超壓站的轉(zhuǎn)運輥道上方專設(shè)了一個通風(fēng)罩，將廢樹脂氣溶膠集中收集并送往SRTF工藝廢氣處理系統(tǒng)。

干燥廢樹脂的減容因子約為1.5（干燥前的脫水廢樹脂與干燥后的干廢樹脂/添加劑的混合物的比值），超壓的減容因子約為1.25，完成灌漿后的總減容因子約為1.41。

2 問題和建議

三門核電廢樹脂處理工藝過程當(dāng)前存在如下問題：

（1）核島廢樹脂箱和屏蔽轉(zhuǎn)運容器有效容積太小

根據(jù)設(shè)計，核島CVS/SFS/WLS每個換料周期廢樹脂預(yù)期產(chǎn)生量約為12.8m3，最大產(chǎn)生量約為23.3m3，如CVS/SFS / WLS樹脂床一次性全部更換（備用床除外），廢樹脂產(chǎn)生量約為8.9m3。廢樹脂由于需要水力輸送的原因，正常情況下在廢樹脂箱中和水以1：1的比例混合儲存，所以兩個有效容積為7m3的廢樹脂箱最多只能儲存7m3的廢樹脂。因此，如將單個廢樹脂箱的有效容積提高到9m3，則兩個廢樹脂箱可以接收CVS/SFS/WLS樹脂床一次性更換下來的全部廢樹脂。

同理，有效容積為1m3的屏蔽轉(zhuǎn)運容器，每次最多只能裝載0.5m3廢樹脂，如此將核島一個廢樹脂箱的樹脂清空至少需要轉(zhuǎn)運7次。如果將屏蔽轉(zhuǎn)運容器的有效容積從1m3提高到2m3（考慮有效容積增加后屏蔽轉(zhuǎn)運容器整體的重量和存放空間），則可將廢樹脂轉(zhuǎn)運次數(shù)減半。

綜上，增大核島廢樹脂箱和屏蔽轉(zhuǎn)運容器的有效容積，對電站來說，運行負(fù)擔(dān)和廢樹脂轉(zhuǎn)運、處理壓力都會減小很多。

（2）核島廢樹脂轉(zhuǎn)運管道容易堵塞

三門目前設(shè)計的核島廢樹脂轉(zhuǎn)運方式是批次裝載轉(zhuǎn)運，裝載方式也是非連續(xù)的批次裝載。轉(zhuǎn)運路徑大致是廢樹脂箱→固定管道1→廢樹脂輸送泵→固定管道2→快速接頭→專用軟管→屏蔽轉(zhuǎn)運容器。其中固定管道1的部分在轉(zhuǎn)運期間很容易發(fā)生堵塞，原因是廢樹脂裝載時不是邊裝載邊脫水，而是先裝載后脫水然后再裝載再脫水，直到屏蔽轉(zhuǎn)運容器高物位觸發(fā)。在此過程中每次停止裝載會有不少廢樹脂沉積到部分的固定管道1，尤其是當(dāng)其中含有沸石（WLS深床過濾器介質(zhì)）時。發(fā)生堵塞后每次只能通過反復(fù)反沖洗解決，處理效果差、效率低。如將廢樹脂裝載方式變更為邊裝載邊脫水，則只需在每次裝載完成后對轉(zhuǎn)運路徑上的管道進行沖洗/反沖洗，可大幅降低裝載過程中管道發(fā)生堵塞的頻率，提高裝載效率。

（3）SRTF側(cè)廢樹脂轉(zhuǎn)運接口太過復(fù)雜

三門目前設(shè)計的SRTF側(cè)廢樹脂轉(zhuǎn)運接口是整裝裝料接頭形式，每次對接只需將屏蔽轉(zhuǎn)運容器停到指定位置，后續(xù)對接均在SRTF主控室遠程操作完成。如在裝料接頭各功能模塊運行正常情況下，此接口是利于SRTF運行操作的。但如果裝料接頭某個功能模塊發(fā)生故障，維修復(fù)雜，費時費力，還有可能需要將整個裝料接頭解體。根據(jù)運行經(jīng)驗，裝料接頭故障時有發(fā)生。如果將其變更為與核島一樣的快速接口，則不會存在這樣的問題。且根據(jù)運行經(jīng)驗，變更為與核島一樣的快速接口后，對接人員完成對接工作造成的集體劑量很低。

（4）粉末狀樹脂添加劑的添加必要性有待進一步論證確定

根據(jù)漢莎相關(guān)設(shè)計文件，廢樹脂干燥時添加粉末狀樹脂的目的是利于后期形成致密緊湊的壓縮餅并減小壓縮餅的回彈率。在實際干燥時，廢樹脂在錐形干燥器中不間斷攪拌，根據(jù)三門的運行經(jīng)驗，干燥結(jié)束后會形成不少粉末狀樹脂。此外，比利時Tihange核電廠成功地測試了通過減小超壓力而不添加添加劑的廢樹脂熱態(tài)超壓處理方法[1]。因此，建議進一步論證分析不添加粉末狀樹脂的廢樹脂熱態(tài)超壓處理方式的可行性，如確定可行，可根據(jù)最終減容比確定是否添加粉末狀樹脂添加劑。

（5）粉末狀樹脂添加劑添加管道容易堵塞

三門目前設(shè)計的粉末狀樹脂添加方式是在開袋裝置處手動添加，然后氣動運送至添加劑箱，批次計量添加。開袋裝置末端設(shè)置了添加劑混合裝置，運送過程中會啟動，以防止開袋裝置中添加劑結(jié)塊。開袋裝置在SRTF三層，添加劑箱在二層。容易發(fā)生堵塞的位置是開袋裝置到添加劑箱的部分管道。堵塞原因初步分析一是樹脂粉容易受潮發(fā)生板結(jié)，二是添加劑混合裝置的作用十分有限，如果樹脂粉發(fā)生板結(jié)，添加劑混合裝置破塊的效果不明顯。建議更改添加劑混合裝置的選型，或增加加藥口，直接采用手動稱重通過加藥口添加樹脂粉至添加劑箱的方式。

（6）廢樹脂干燥后裝填的160L桶自動加蓋成功率需進一步提高

三門目前設(shè)計的廢樹脂干燥后裝填的160L桶加蓋方式為自動加蓋。160L桶先通過輥道運送到指定位置，然后加蓋裝置自動下壓加蓋。因160L桶桶蓋內(nèi)徑（511mm）只比桶外徑（505mm）大6mm，因此自動加蓋裝置對160L桶停泊位置精度要求很高。根據(jù)運行經(jīng)驗，經(jīng)常發(fā)生因160L桶停泊位置超出允許范圍導(dǎo)致自動加蓋失敗。建議通過適當(dāng)增大160L桶桶蓋內(nèi)徑來提高160L桶自動加蓋成功率，或直接采用手動加蓋。

（7）廢樹脂超壓力、活塞移動速度、保壓時間和壓縮餅高度、反彈率之間的量化關(guān)系待確定

三門目前設(shè)計的廢樹脂干燥后超壓力是680t，活塞移動速度約15cm/min，保壓時間15min。實際執(zhí)行超壓時可根據(jù)需要自行設(shè)定超壓力、活塞移動速度和保壓時間。三門目前正在嘗試建立超壓力、活塞移動速度、保壓時間和壓縮餅高度、反彈率之間的量化關(guān)系。待此量化關(guān)系確定后，可找出最優(yōu)解，即在壓縮餅高度和反彈率合計最小時的超壓力、活塞移動速度和保壓時間。

3 結(jié)束語

三門核電的廢樹脂熱態(tài)超壓處理雖然存在上述不少問題，但與M310機組的水泥固化和山東海陽的脫水裝HIC桶處理方式相比，仍具有明顯優(yōu)勢，水泥固化和脫水裝HIC桶處理減容比小于1，而熱態(tài)超壓處理減容比大于1。但是因三門核電是國內(nèi)首家采用熱態(tài)超壓技術(shù)處理廢樹脂的核電廠，欠缺足夠的系統(tǒng)運行經(jīng)驗，運行人員也未能參與到設(shè)計審查環(huán)節(jié)，因此，上述問題未能在系統(tǒng)設(shè)計固化前及時提出，考慮到成本和代價，上述部分建議三門核電當(dāng)前也很有可能實施不了。所以，希望后續(xù)計劃采用熱態(tài)超壓技術(shù)處理廢樹脂的核電廠，能從本論文中汲取有用建議。

參考文獻

[1]Henning Fehrmann，Mannheim：Hot Resin Supercompaction the development through the years：Germany：Waste Technology， 2014.59（4）：228-234.