使用不同包裝容器對技術(shù)廢物固定的減容效果對比

王 鵬 余達(dá)萬 周辰昊

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

方家山生產(chǎn)單元共有兩臺100萬千瓦運(yùn)行機(jī)組，配套有廢物處理系統(tǒng)（超壓、固定、固化）和廢物暫存庫（QT），經(jīng)過廢物處理系統(tǒng)處理的放射性廢物暫存在廢物暫存庫。根據(jù)國家核安全局發(fā)布的核安全導(dǎo)則《核設(shè)施放射性廢物最小化》（HAD401/08-2016）（以下簡稱導(dǎo)則），要求通過切實(shí)可行的設(shè)計(jì)和管理措施，使得核設(shè)施放射性固體廢物的年產(chǎn)生量達(dá)到盡量低。為了實(shí)施放射性廢物最小化，降低放射性廢物的處置費(fèi)用，有必要針對各類放射性廢物開展最小化技術(shù)研究工作。本文通過研究使用400L金屬桶、320L金屬桶以及FA-IV型鋼箱對超級壓實(shí)的200L壓實(shí)桶餅進(jìn)行固定，得出使用不同包裝容器對技術(shù)廢物進(jìn)行固定的減容效果對比，以及各種容器對庫存容量的影響。

1 固體廢物超級壓實(shí)工藝

1.1 TES壓實(shí)打包設(shè)備（QS）

TES壓實(shí)打包設(shè)備（QS）主要處理雜項(xiàng)干廢物，處理方法如下：浸濕的可壓實(shí)干廢物先進(jìn)行烘干，然后作為可壓實(shí)干廢物處理；可壓實(shí)干廢物先經(jīng)初級壓實(shí)后裝入200L壓實(shí)桶，再經(jīng)超級壓實(shí)后形成金屬餅，將金屬餅放入400L金屬桶中后用水泥固定；表面劑量率≤2mSv/h的廢水濾芯裝入200L壓實(shí)桶后，送到QS廠房進(jìn)行烘干、超級壓實(shí)和水泥固定；可直接超級壓實(shí)廢物先裝入200L壓實(shí)桶，經(jīng)超級壓實(shí)后形成金屬餅，將金屬餅放入400L金屬桶中后水泥固定；不可壓實(shí)廢物裝入400L金屬桶進(jìn)行水泥固定處理。

1.2 放射性固體廢物暫存庫（QT）

放射性固體廢物暫存庫（QT）廠房內(nèi)，廢物桶貯存區(qū)用于貯存表面劑量率≤2mSv/h的400L金屬桶，具有屏蔽功能的貯存室用于貯存表面劑量率＞2mSv/h的400L金屬桶。另外暫存庫內(nèi)還暫存APG廢樹脂、可解控雜項(xiàng)干廢物、大尺寸廢物和廢通風(fēng)過濾器芯等（如圖1所示）。

圖1 放射性固體廢物暫存庫

1.3 包裝容器

包裝容器尺寸詳見表1。

表1 包裝容器尺寸

（1）200L壓實(shí)桶：方家山200L鋼桶其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要參考EJ1042—2014，將≤2mSv/h的可壓實(shí)干廢物裝入200L壓實(shí)桶通過初級壓實(shí)機(jī)先進(jìn)行初級壓實(shí)，再經(jīng)2000t超級壓實(shí)后形成金屬餅。

（2）400L金屬桶：目前方家山使用400L金屬桶作為暫存容器，主要是將被壓實(shí)成桶餅經(jīng)過優(yōu)選后裝入400L金屬桶進(jìn)行灌漿固定，形成最終廢物貨包。

（3）320L金屬桶：由于目前方家山使用的400L金屬桶存在灌漿后增容較大的問題，為降低整容比，考慮到目前國內(nèi)已有200L壓實(shí)桶超壓后裝入320L金屬桶進(jìn)行灌漿的實(shí)際工程應(yīng)用，這里引入320L金屬桶進(jìn)行對比。

（4）FA-IV型鋼箱：同樣是考慮到400L金屬桶灌漿后增容的問題，借鑒國內(nèi)已有的200L壓實(shí)桶裝入鋼箱灌漿固定的工程應(yīng)用（如圖2所示），引入FA-IV型鋼箱進(jìn)行對比。

圖2 鋼箱固定桶餅示意圖

2 增容效果對比

目前，方家山壓實(shí)打包系統(tǒng)處理表面劑量率≤2mSv/h的各類技術(shù)廢物、廢水過濾器、拆解的通風(fēng)過濾材料等。裝入200L壓實(shí)桶后經(jīng)初級壓實(shí)、超級壓實(shí)后形成桶餅，裝入400L金屬桶灌漿固定后暫存QS。

根據(jù)400L金屬桶相關(guān)資料，400L金屬桶內(nèi)壓實(shí)餅的理論最大裝填高度為890mm，壓實(shí)餅直徑為610mm，因此400L廢物包裝鋼桶內(nèi)實(shí)際裝填的最大壓實(shí)餅體積為260L。壓實(shí)餅裝入400L廢物包裝鋼桶進(jìn)行灌漿后最終體積為400L，即壓實(shí)餅灌漿操作的增容比為1.54。

考慮到方家山目前200L壓實(shí)桶裝入400L金屬桶內(nèi)進(jìn)行灌漿的增容較大，可通過將400L金屬桶優(yōu)化為320L金屬桶，提高鋼桶的實(shí)際裝填率，降低增容比，從而減少最終廢物包裝體體積。目前國內(nèi)已有200L壓實(shí)桶超壓后裝入320L包裝桶進(jìn)行灌漿的實(shí)際工程應(yīng)用。根據(jù)EJ1186—2005，灌漿固定體四周需要2~3cm的灌漿固定層。因此將320L金屬桶內(nèi)徑確定為660mm，可保證周圍有2.5cm的灌漿層，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。綜合設(shè)計(jì)后，320L金屬桶外形尺寸約為?724mm×1002mm，內(nèi)徑修為660mm，內(nèi)部凈高度為935mm，包裝桶內(nèi)部壓實(shí)餅保持架將根據(jù)320L金屬桶的尺寸做適應(yīng)性調(diào)整，其壓實(shí)餅裝填高度可達(dá)850mm。壓實(shí)餅最大裝填體積為248L。因此灌漿增容比可從1.54降低至1.29。

考慮到國內(nèi)已有的200L壓實(shí)桶裝入FA-IV型鋼箱灌漿固定的工程應(yīng)用，將200L壓實(shí)桶餅裝入鋼箱，鋼箱的內(nèi)部尺寸為1345×1345×1123，其壓實(shí)餅裝填高度可達(dá)960mm，可以填裝4列桶餅，壓實(shí)餅最大裝填體積為1120L，因此灌漿增容比為1.79。

根據(jù)上述分析，使用不同包裝容器對技術(shù)廢物進(jìn)行固定，存在不同的廢物處理的增容比。以方家山單機(jī)組初壓后廢物產(chǎn)生量50m為例，則方家山雙機(jī)組產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益見表2。

表2 不同包裝容器對比的經(jīng)濟(jì)效益表

3 庫房（QT）暫存的影響

目前方家山經(jīng)過壓實(shí)打包的廢物，經(jīng)灌漿固定養(yǎng)護(hù)后，會統(tǒng)一送至放射性固體廢物暫存庫（QT）進(jìn)行核素檢測后暫存，等待最終處置。

一般固定后的技術(shù)廢物會存放在QT庫房的廢物貯存區(qū)暫存，如圖3所示。

圖3 QT廠房平面圖

按照設(shè)計(jì)QT庫房貯存區(qū)長25米，寬21米，能夠存放3456桶400L廢物桶（32行、27列、4層疊放）。

如果存放320L桶，經(jīng)測算，最多可以存放34行、29列、4層疊放，共計(jì)3944桶。

如果存放FA-IV型鋼箱，經(jīng)測算，最多可以存放15行、13列，3層疊放，可以存放195個(gè)；4層疊放，可以存放260個(gè)，詳見表3。

表3 QT廠房各類容器廢物處理量

4 結(jié)語

通過使用不同型號的包裝容器，對技術(shù)廢物進(jìn)行固定，使得已經(jīng)經(jīng)過超壓減容的廢物貨包存在不同程度增容現(xiàn)象。經(jīng)過對比使用320L金屬桶對技術(shù)廢物固定得到的最終形態(tài)增容比最小，達(dá)到1.29。而使用400L金屬桶和FA-IV型鋼箱進(jìn)行廢物固定的貨包增容比高達(dá)1.54和1.79。

從經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，相同數(shù)量原生技術(shù)廢物，使用320L金屬桶進(jìn)行固定并最終處置比400L金屬桶節(jié)約處置成本16.23%，比FA-IV型鋼箱節(jié)約處置成本27.94%。

從生產(chǎn)單元庫存量的角度考慮，以QT庫房貯存區(qū)為例，使用320L金屬桶最多可以存放3944桶，處理原生廢物量978.36m；使用400L金屬桶最多可以存放3456桶，處理原生廢物量897.66m；使用FAIV型鋼箱，最多疊放4層，最多可以存放260個(gè)，處理原生廢物量476.42m。

綜上所述，320L金屬桶作為廢物固定的最終處置容器，從增容比、處置成本和生產(chǎn)單元庫存量三個(gè)角度考慮，與400L金屬桶和FA-IV型鋼箱進(jìn)行對比，無論哪一方面都有著巨大的優(yōu)勢。