一體化工具去污裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳健菠,陳南水,馬永輝,宋建國(guó),王小平,管海洋,陽(yáng)文軍,王升榕,柯建端,嚴(yán)榮偉

(福建寧德核電有限公司，福建 福鼎，355200)

核電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的放射性物質(zhì)會(huì)隨著冷卻劑運(yùn)動(dòng)，附著在設(shè)備表面，導(dǎo)致核電站運(yùn)維工具常被污染。雖然核電站采取了一系列的管控措施，但每年被污染的工具依然數(shù)量大、種類多。用常規(guī)方法去污后，仍有大部分工具因殘存污染水平高且無(wú)法計(jì)量，而被迫報(bào)廢[1-2]；扳手、螺絲刀等工具雖無(wú)需計(jì)量，但去污后松散污染水平仍高于GB 18871—2002[3]的表面污染控制標(biāo)準(zhǔn)，也將報(bào)廢。運(yùn)行多年來(lái)，核電站已報(bào)廢了一大批工具，不僅需要采購(gòu)大量新工具，還需處理因報(bào)廢而產(chǎn)生的大量放射性廢物，增加了核電站運(yùn)營(yíng)成本。因此需要將這些污染的工具進(jìn)行有效去污后復(fù)用，減少?gòu)U物產(chǎn)生量。

目前，核電站常采用擦拭法對(duì)沾污工具去污，該去污法雖然操作簡(jiǎn)單但局限性強(qiáng)：對(duì)于表面平整無(wú)縫隙、僅有松散污染的工具去污效果好，但大部分工具因結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致去污效果差；單次處理的數(shù)量少，效率低；人員近距離接觸污染工具，外照射和沾污風(fēng)險(xiǎn)高；二次廢物量大。

核電站現(xiàn)用的超聲波去污設(shè)施去污系數(shù)和效率有所提高，但每個(gè)工序結(jié)束后需要取出工件移入另一個(gè)水槽中繼續(xù)處理，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中殘液滴落易造成污染擴(kuò)散，且不能得到干燥的工具。

1 一體化工具去污裝置的設(shè)計(jì)與組成

1.1 設(shè)計(jì)思路

一體化工具去污裝置(下簡(jiǎn)稱“裝置”)要求集多個(gè)模塊于一體，具有配藥、加熱、去污、漂洗、烘干等功能。能克服常用方法之不足、達(dá)到工具復(fù)用的目的，具體應(yīng)滿足如下需求：

(1)適用于多種工具；

(2)利用成熟技術(shù)進(jìn)行組合，優(yōu)選超聲波+去污劑這種“物理+化學(xué)”去污方式，去污效率高；

(3)具有去污、漂洗、干燥的一體化功能，批量工件一次完成從去污到烘干的全過(guò)程作業(yè)，無(wú)需中途取出，輻射風(fēng)險(xiǎn)低、二次廢物量小。

1.2 裝置的設(shè)計(jì)

該裝置的結(jié)構(gòu)參見圖1，主要由配藥、加熱、去污、漂洗、烘干、控制六個(gè)模塊組成：“配藥模塊”由配藥儲(chǔ)罐、超聲波液位計(jì)、循環(huán)輸送泵、過(guò)濾器及加藥口組成；“加熱模塊”由去污液加熱單元、漂洗液加熱單元組成；“去污模塊”由去污槽、超聲波振子盒、頂蓋、工件籃、升降桿、噴淋管、熱風(fēng)管和排風(fēng)管組成；“漂洗模塊”由漂洗液儲(chǔ)罐、超聲波液位計(jì)、超聲波振子盒、循環(huán)輸送泵、過(guò)濾器組成；“烘干模塊”由送風(fēng)機(jī)、加熱管及排風(fēng)機(jī)組成；“控制模塊”由電氣控制箱和顯示操作單元組成。其工作原理是利用超聲的“空化效應(yīng)”沖擊工件不同部位[4]，并結(jié)合去污劑的化學(xué)作用在適當(dāng)溫度下高效地將附著于工件上的污染物清除，一次性完成全部工序。

1—配藥模塊；11—配藥儲(chǔ)罐；12—超聲波液位計(jì)；13—去污液循環(huán)輸送泵；14—去污液過(guò)濾器；15—加藥口；101—去污液過(guò)濾器進(jìn)口氣動(dòng)閥；2—加熱模塊；21—去污液加熱單元；22—漂洗液加熱單元；201—去污液加熱單元進(jìn)口氣動(dòng)閥；202—去污液加熱單元出口氣動(dòng)閥；203—漂洗液加熱單元進(jìn)口氣動(dòng)閥；204—漂洗液加熱單元出口氣動(dòng)閥；3—去污模塊；31—去污槽；32—超聲波振子盒；33—頂蓋；34—工件籃；35—升降桿；36—噴淋管；37—熱風(fēng)管；38—排風(fēng)管；301—去污槽去污液排放氣動(dòng)閥；302—去污槽漂洗液排放氣動(dòng)閥；4—漂洗模塊；41—漂洗液儲(chǔ)罐；42—超聲波液位計(jì)；43—漂洗液循環(huán)輸送泵；44—漂洗液過(guò)濾器；45—超聲波振子盒；401—漂洗液過(guò)濾器進(jìn)口氣動(dòng)閥；5—烘干模塊；51—送風(fēng)機(jī)；52—空氣加熱管；53—排風(fēng)機(jī)；6—控制模塊；61—電氣控制箱；62—顯示操作單元。圖1 一體化工具去污裝置結(jié)構(gòu)圖

2 工藝實(shí)施

2.1 工作流程

使用該裝置執(zhí)行去污工作主要分為8個(gè)步驟，工作流程簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 去污工作流程簡(jiǎn)圖

2.2 去污工藝流程

2.2.1去污準(zhǔn)備

(1)確認(rèn)設(shè)備可用，接通水(除鹽水，壓力≥0.3 MPa)、電(380 V、50 Hz)、氣(壓力≥0.6 MPa)，開機(jī)；

(2)根據(jù)需求選擇運(yùn)行方式：“去污-漂洗-烘干”、“漂洗-烘干”或“烘干”。

2.2.2制備試劑

(1)制備去污液：注入除鹽水至需求液位，從加藥口據(jù)需注入適量去污劑?；凇肮ぞ呷ノ酆髲?fù)用”的目的，一般選擇中性或者堿性去污劑，參考核設(shè)施放射性去污的良好實(shí)踐，推薦使用DEKONEUTRAL?中性表面去污劑、HAKUPUR?高效堿性速溶表面去污劑，根據(jù)工具初始污染狀態(tài)可將濃度控制在5%～10%范圍[5]。需要注意的是，因工具需要復(fù)用，不宜使用對(duì)金屬腐蝕性大的酸性去污劑；因起泡劑在超聲波的作用下會(huì)產(chǎn)生大量泡沫溢出設(shè)備，故不能使用起泡去污劑。

(2)制備漂洗液：注入除鹽水至需求液位。

2.2.3裝入工件

將待去污件分類、分批裝入工件籃并推入裝置內(nèi)，關(guān)蓋。

2.2.4自動(dòng)去污

(1)設(shè)備啟動(dòng)，去污液被加熱到預(yù)定溫度后傳輸?shù)饺ノ鄄蹆?nèi)。去污溫度可根據(jù)選用的去污劑、物件污染水平等綜合選擇，一般控制在60～80 ℃范圍；

(2)超聲裝置啟動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行去污。根據(jù)核設(shè)施放射性去污的良好實(shí)踐，本裝置的超聲波選用了28 kHz、60 kHz兩種頻率，據(jù)需選擇，28 kHz用于粗洗，60 kHz用于精洗；

(3)達(dá)到預(yù)定去污時(shí)間，超聲裝置停運(yùn)，去污液排放閥打開，待去污液全部排到配藥儲(chǔ)罐后關(guān)閉。

2.2.5自動(dòng)漂洗

(1)漂洗液加熱到預(yù)定溫度(可與去污液同溫)后被輸送到去污槽內(nèi)，達(dá)到需求液位后將漂洗液輸送泵調(diào)至低頻運(yùn)行，保持去污槽漂洗液持續(xù)循環(huán)；

(2)超聲裝置啟動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行漂洗；

(3)達(dá)到預(yù)定漂洗時(shí)間，超聲裝置和漂洗液輸送泵停運(yùn)，漂洗液排放閥打開，待漂洗液全部排向漂洗液儲(chǔ)槽后關(guān)閉。

2.2.6自動(dòng)烘干

(1)啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)，打開加熱器加熱空氣，將去污槽內(nèi)溫度升至預(yù)定溫度(40 ℃左右為宜，慢速干燥)；

(2)通過(guò)排風(fēng)機(jī)將抽出的熱空氣送入漂洗儲(chǔ)槽內(nèi)的液下布?xì)夤埽盟礈炜諝庵锌赡芎械姆派湫晕镔|(zhì)；

(3)達(dá)到預(yù)定干燥時(shí)間，加熱器關(guān)閉；空冷工件至室溫后，送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)關(guān)閉。

2.2.7工件取出與驗(yàn)收

取出并檢測(cè)工件的松散污染水平，若不滿足需求，可再次去污。建議采用“間接測(cè)量法”檢測(cè)，取樣后，在低本底點(diǎn)距離探頭2～3 cm處測(cè)量[6]。

2.2.8工作收尾

(1)斷開水、電、氣，檢查裝置表面污染狀況(必要時(shí)去污)，整機(jī)移至存放點(diǎn)；

(2)去污液可復(fù)用，濃度不足時(shí)據(jù)需添加；可根據(jù)工藝要求或去污液的臟污程度來(lái)決定是否更換，去污液排到電站廢液處理系統(tǒng)，排空后清理槽內(nèi)污垢。漂洗液同理；

(3)當(dāng)流量減至初始流量的一半時(shí)，可更換濾芯。廢濾芯按放射性廢物處理。

3 應(yīng)用實(shí)踐

使用該裝置對(duì)某濱海核電站的批量污染工具進(jìn)行去污，去污前后的數(shù)據(jù)列于表1。

表1 污染工具去污數(shù)據(jù)

通過(guò)工程實(shí)踐，表明該裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)該裝置有三種執(zhí)行程序，可據(jù)需選擇；

(2)該裝置的超聲波設(shè)有兩種頻率、三種組合。在去污、漂洗過(guò)程中均使用超聲波，提升去污、漂洗效果；

(3)去污劑可反復(fù)利用，減少?gòu)U液產(chǎn)量；

(4)該裝置具有去污、漂洗、干燥的一體化功能，工件放入后無(wú)需中途取出，一次完成從去污到烘干的全過(guò)程作業(yè)，可降低作業(yè)班組的集體劑量；

(5)該裝置的加熱器模塊設(shè)計(jì)為集約管式雙側(cè)電加熱器，由2個(gè)獨(dú)立加熱單元組成，分別加熱去污液和漂洗液，既避免兩種液體混合，又可節(jié)省加熱模塊空間和減少熱量損失；

(6)該裝置的去污槽頂蓋為升降式，并與工件籃固定，便于取放去污件；

(7)頂蓋在烘干結(jié)束冷卻到室溫后氣動(dòng)開啟，避免熱蒸汽外泄；

(8)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單，占用空間小，移動(dòng)方便。

4 結(jié)束語(yǔ)

該裝置是基于“工具復(fù)用”的理念設(shè)計(jì)的，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工具的有效去污，同時(shí)不破壞工具、不影響其性能，可多次去污。實(shí)踐表明，該裝置對(duì)常見工具去污效果好，去污后工具可復(fù)用，減少了報(bào)廢量；與傳統(tǒng)方法相比，使用該裝置對(duì)污染工具去污，風(fēng)險(xiǎn)低、集體劑量低、二次廢物少、作業(yè)效率高、能得到干燥的工具，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

因電站放射性廢液處理系統(tǒng)不能處理含油廢水，因此暫不能直接處理油污重的工具，這將是下一步研究方向。