廢樹脂處理計(jì)量工藝分析與改進(jìn)

辛克XIN Ke；白龍BAI Long

（①中國核電工程有限公司，北京100840；②中國核電工程有限公司華東分公司，嘉興314300）

0 引言

某核電廠采用AP1000 技術(shù)，每臺(tái)機(jī)組分別設(shè)置有獨(dú)立的放射性廢物處理系統(tǒng)。廠址廢物處理設(shè)施（SRTF），作為核島廢物處理系統(tǒng)的補(bǔ)充，處理核島產(chǎn)生但無法直接處理的廢樹脂等各類廢物[1]。廠址廢物處理設(shè)施主要包括廢樹脂處理系統(tǒng)、化學(xué)廢液處理系統(tǒng)等，其中廢樹脂處理系統(tǒng)主要用于從核島接收放射性廢樹脂，并對其進(jìn)行計(jì)量、干燥等工藝處理。該系統(tǒng)在國內(nèi)為首次使用，現(xiàn)場試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)部分工藝并不可靠。本文結(jié)合核島向屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器的轉(zhuǎn)運(yùn)工藝，對比分析了該系統(tǒng)計(jì)量工藝無法使用的原因，結(jié)合調(diào)試試驗(yàn)對現(xiàn)有工藝進(jìn)行了優(yōu)化改造，使計(jì)量工藝可用。為后續(xù)電廠類似工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行等提供借鑒和參考。

1 系統(tǒng)簡介

廢樹脂的轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)量工藝主要設(shè)備包括：廢樹脂緩沖罐、廢樹脂計(jì)量罐、廢樹脂沖排水罐、樹脂計(jì)量泵、沖排水泵等。

廢樹脂緩沖罐的有效容積為6m3，可從核島接收7-8批次的廢樹脂。廢樹脂首先由核島轉(zhuǎn)運(yùn)至廢樹脂緩沖罐，而后由廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵轉(zhuǎn)運(yùn)至計(jì)量罐，計(jì)量罐有效容積約為0.6m3，經(jīng)計(jì)量后的廢樹脂排放至錐形干燥器中進(jìn)行真空干燥，而后將干燥后的廢樹脂排放至160L 壓縮桶內(nèi)，對其進(jìn)行壓縮、儲(chǔ)存?？紤]到一定的裕量，計(jì)量罐每次計(jì)量約140L（1 桶）或280L（2 桶），經(jīng)干燥后排放至160L 的壓縮桶內(nèi)。

廢樹脂處理系統(tǒng)流程簡圖如圖1 所示。

圖1 廢樹脂處理系統(tǒng)簡圖

圖中，MT-1100 為廢樹脂緩沖罐，主要用于儲(chǔ)存核島產(chǎn)生的放射性廢樹脂；MT-1300 為廢樹脂計(jì)量罐，主要用于對廢樹脂進(jìn)行精確計(jì)量；MT-1400 為沖排水箱，貯存介質(zhì)為水[2]，主要為各項(xiàng)轉(zhuǎn)運(yùn)工藝提供除鹽水；沖排水泵MP-1480 主要用于為向各箱體供水提供動(dòng)力；離心泵MP-1200 主要用于為廢樹脂在緩沖罐及計(jì)量罐之間的轉(zhuǎn)運(yùn)提供動(dòng)力。

2 廢樹脂的計(jì)量工藝分析

2.1 廢樹脂的轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)量工藝流程

在廢樹脂被排放至廢樹脂緩沖罐后，由廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵提供壓力將緩沖罐中的樹脂“壓出”至計(jì)量罐中，由于空氣易壓縮，在樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)前應(yīng)先將管道及箱體內(nèi)的空氣排空。

啟動(dòng)沖排水泵MP-1480 向廢樹脂計(jì)量罐中加水，計(jì)量罐中的水位達(dá)到90%時(shí)，停止沖排水泵（如圖2：流程1），啟動(dòng)廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵MP-1200 向廢樹脂緩沖罐MT-1100 中注滿水，當(dāng)計(jì)量罐中的水位降低至低液位時(shí)，該流程停止（如圖2：流程2），然后重新依次啟動(dòng)流程1 與流程2，繼續(xù)向緩沖罐及計(jì)量罐及相關(guān)管道中注水，直到緩沖罐液位達(dá)到99%且計(jì)量罐液位達(dá)到90%時(shí)，系統(tǒng)停止。

圖2 廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)量工藝簡圖

將管道及緩沖罐計(jì)量罐等注滿水后，啟動(dòng)樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)流程，廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵MP-1200 啟動(dòng)，從計(jì)量罐取水（取水處安裝有濾網(wǎng)用于阻止樹脂通過）將緩沖罐中的樹脂壓至計(jì)量罐中（如圖2：流程3）。在計(jì)量罐中安裝有兩臺(tái)物位開關(guān)分別用于計(jì)量140L 樹脂及280L 樹脂，操作員可選擇其中的一種計(jì)量體積，當(dāng)物位開關(guān)觸發(fā)時(shí)，計(jì)量結(jié)束。然后開啟相應(yīng)閥門，通過重力及壓空對計(jì)量罐進(jìn)行脫水，將水排放回至沖排水罐中。

2.2 樹脂計(jì)量工藝缺陷

在調(diào)試期間，經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，計(jì)量工藝不能實(shí)現(xiàn)廢樹脂的精確計(jì)量，計(jì)量罐中的物位開關(guān)無法識別箱體內(nèi)部的樹脂量，當(dāng)樹脂量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，物位開關(guān)無法觸發(fā)，導(dǎo)致計(jì)量失敗。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

從表1 中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)模式下140L 物位開關(guān)在樹脂達(dá)到500L 以上時(shí)，方有可能觸發(fā)，測量誤差極大，計(jì)量工藝無法滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 工藝改進(jìn)前的廢樹脂計(jì)量試驗(yàn)記錄

2.3 對目前計(jì)量過程工藝的檢查分析

按照設(shè)計(jì)方設(shè)想，樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)至計(jì)量罐時(shí)，樹脂應(yīng)當(dāng)是沉積在計(jì)量罐下方，樹脂物位應(yīng)當(dāng)緩慢穩(wěn)定上升，直至樹脂高度到達(dá)140L/280L 高度時(shí)，觸發(fā)物位開關(guān)，計(jì)量工藝停止。在試驗(yàn)期間，由于物位開關(guān)無法正確觸發(fā)，導(dǎo)致樹脂計(jì)量工藝無法使用。為確認(rèn)物位開關(guān)的可靠性，試驗(yàn)人員將物位開關(guān)拆除，對其進(jìn)行了檢查驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其功能無異常。而后試驗(yàn)人員使用窺鏡對箱體內(nèi)部進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)期間，廢樹脂與水的混合物被噴入箱體，大量樹脂顆粒懸浮在水中，與水形成了較為均勻的混合態(tài)樹脂漿，樹脂未沉積在箱體底部，致使物位開關(guān)無法監(jiān)測到樹脂精確的物位，進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)量工藝無法正常使用。

2.4 轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)量工藝與其他轉(zhuǎn)運(yùn)方式的對比分析

目前，該核電廠的廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)使用了多種不同的工藝。在核島放射性固體廢物處理系統(tǒng)向廠址廢物處理設(shè)施廠房的屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器轉(zhuǎn)運(yùn)廢樹脂的過程中，同樣采用了樹脂物位開關(guān)來監(jiān)測廢樹脂物位，且在其廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)過程中并未遇到相似問題，因此選取兩個(gè)子系統(tǒng)的樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)試驗(yàn)進(jìn)行了對比分析。

在調(diào)試試驗(yàn)期間，由臨時(shí)箱體模擬核島放射性固體廢物處理系統(tǒng)廢樹脂儲(chǔ)存罐向屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器進(jìn)行了樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)運(yùn)試驗(yàn)流程簡圖見圖3。

圖3 轉(zhuǎn)運(yùn)試驗(yàn)流程簡圖

如圖所示，在臨時(shí)樹脂箱MT-01 中加入定量的廢樹脂，啟動(dòng)臨時(shí)氣動(dòng)雙隔膜泵MP-01 將廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)至屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)裝置STT 中，當(dāng)屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器物位開關(guān)觸發(fā)時(shí)，屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器入口的閥門V01 將自動(dòng)關(guān)閉，轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)束。通過測量臨時(shí)樹脂箱MT-01 內(nèi)樹脂量的變化，計(jì)算出該次試驗(yàn)樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)量約為0.9m3，與屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器箱體內(nèi)物位開關(guān)觸發(fā)位置所代表的廢樹脂體積相同，即此種轉(zhuǎn)運(yùn)工藝方式可以實(shí)現(xiàn)廢樹脂的正常轉(zhuǎn)運(yùn)。由此推斷廢樹脂在向屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，樹脂物位為由底部穩(wěn)定上升，樹脂并未出現(xiàn)大量的攪混狀態(tài)。

將兩次試驗(yàn)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對比分析：

①樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵流量對比，用于向屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器轉(zhuǎn)運(yùn)樹脂的臨時(shí)泵流量為10m3/h，為氣動(dòng)雙隔膜泵。用于樹脂計(jì)量工藝的轉(zhuǎn)運(yùn)泵，流量為12m3/h[3]，雖然計(jì)量工藝采用的轉(zhuǎn)運(yùn)泵流量較大，容易造成樹脂的懸浮，但由于該轉(zhuǎn)運(yùn)泵為離心泵，其出口流量波動(dòng)較為穩(wěn)定，對比氣動(dòng)雙隔膜泵，由于該試驗(yàn)裝置為臨時(shí)裝置，氣動(dòng)雙隔膜泵出口未安裝阻尼器，使泵出口壓力“振幅”較大，出口流量波動(dòng)不如離心泵穩(wěn)定，因此計(jì)量工藝采用的轉(zhuǎn)運(yùn)泵并非導(dǎo)致樹脂攪混的主要原因。

②對比屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器及計(jì)量罐，樹脂向屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，其樹脂入口管道伸至屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器最底部，與容器底板僅有15mm 距離。樹脂進(jìn)入屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器后，從底部逐漸向上堆積，樹脂沉積較快，未發(fā)生大規(guī)模攪混現(xiàn)象。在計(jì)量罐的樹脂入口管道則僅連接至計(jì)量罐頂部，樹脂進(jìn)入箱體后，迅速擴(kuò)散。對比兩個(gè)箱體可知，樹脂入口管道的位置是導(dǎo)致兩者試驗(yàn)結(jié)果不同的原因之一。屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器樹脂入口管道如圖4 所示。

圖4 屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器底部簡圖

③采用臨時(shí)箱體向屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器轉(zhuǎn)運(yùn)樹脂時(shí)，屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)部在轉(zhuǎn)運(yùn)前已排空，內(nèi)部為空氣，氣動(dòng)雙隔膜泵抽取臨時(shí)箱體內(nèi)的樹脂將其轉(zhuǎn)運(yùn)至屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器中，屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器的出口管線為排氣管線，設(shè)置在箱體上部，即在箱體底部介質(zhì)中，僅在樹脂管道入口處的壓力導(dǎo)致樹脂產(chǎn)生了一定的波動(dòng)，且隨著樹脂的逐漸增多，對波動(dòng)將產(chǎn)生一定的緩沖作用，進(jìn)一步使樹脂層較為平穩(wěn)的上漲，為物位開關(guān)的在線觸發(fā)提供了條件。

在由緩沖罐向計(jì)量罐轉(zhuǎn)運(yùn)樹脂時(shí)，計(jì)量罐與緩沖罐均需注滿水，轉(zhuǎn)運(yùn)泵的吸入口管線在計(jì)量罐內(nèi)部。轉(zhuǎn)運(yùn)泵的出口管線安裝在緩沖罐中，通過轉(zhuǎn)運(yùn)泵的出口壓力將緩沖罐的樹脂壓出，排至計(jì)量罐中。由此，計(jì)量罐下部的的轉(zhuǎn)運(yùn)泵入口管道及頂部的樹脂填充管道附近均將產(chǎn)生較大的壓力波動(dòng)，使箱體內(nèi)部的樹脂攪混程度進(jìn)一步加深。

基于上述試驗(yàn)對比，確認(rèn)了轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)量工藝的問題，為使廢樹脂沉積在箱體底部、樹脂物位穩(wěn)定上漲，試驗(yàn)人員更改了轉(zhuǎn)運(yùn)工藝。當(dāng)樹脂向計(jì)量罐轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，使轉(zhuǎn)運(yùn)泵間斷運(yùn)行，即每運(yùn)行一定時(shí)間，則使該系統(tǒng)樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵暫停離線3 分鐘，以使樹脂可以逐漸沉積在計(jì)量罐底部，進(jìn)而使樹脂物位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，及時(shí)觸發(fā)物位開關(guān)。

同時(shí)在操作界面，增加了計(jì)量工藝、泵首次啟動(dòng)時(shí)間及后續(xù)間隔時(shí)間等參數(shù)設(shè)置，使操作員可以按照實(shí)際情況對參數(shù)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)現(xiàn)場多次驗(yàn)證，綜合計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性及系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)效率，各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定如下：在計(jì)量140L 樹脂時(shí)，使泵首次連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)30s，而后每次使轉(zhuǎn)運(yùn)泵暫停3 分鐘后，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6s，直到140L廢樹脂物位開關(guān)觸發(fā)；計(jì)量280L 樹脂時(shí)，使泵首次連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)40s，而后每次使轉(zhuǎn)運(yùn)泵暫停3 分鐘后，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6s，直到280L 廢樹脂物位開關(guān)觸發(fā)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 工藝改進(jìn)后的樹脂計(jì)量數(shù)據(jù)記錄

從表2 的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：將樹脂物位開關(guān)設(shè)置為“離線”觸發(fā)模式后，樹脂計(jì)量準(zhǔn)確，誤差較小。工藝改進(jìn)有效。

3 結(jié)論

該核電廠的廠址廢物處理設(shè)施的廢樹脂處理系統(tǒng)為國內(nèi)首次使用，其廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)量的工藝設(shè)計(jì)并不完善，通過一系列試驗(yàn)及分析結(jié)論如下：

①在計(jì)量罐的管道布置上應(yīng)當(dāng)考慮使樹脂避免出現(xiàn)攪混狀態(tài)，不應(yīng)當(dāng)將樹脂入口管道直接連在箱體的最高位置。

②雖然目前廢樹脂處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)樹脂的計(jì)量工藝，但其仍然存在一定的誤差，由于有精確計(jì)量要求，轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備應(yīng)盡量選擇計(jì)量泵，并將計(jì)量泵的沖程次數(shù)作為計(jì)量設(shè)定值，這樣能更好的實(shí)現(xiàn)計(jì)量功能。由于每次轉(zhuǎn)運(yùn)均需多次啟停廢樹脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵，對離心泵及其電機(jī)壽命均造成了一定影響。在后續(xù)項(xiàng)目時(shí)，需考慮更換泵的種類。

③計(jì)量工藝改進(jìn)對樹脂處理工藝效率的影響。

經(jīng)改進(jìn)計(jì)量工藝后，由于在計(jì)量期間，增加了靜置時(shí)間，導(dǎo)致計(jì)量工藝時(shí)間大幅增長，降低了廢樹脂緩沖、計(jì)量子系統(tǒng)的效率。但綜合考慮整個(gè)廢樹脂處理系統(tǒng)，其計(jì)量后的干燥工藝需要每批次需要耗費(fèi)約5 小時(shí)以上，在正常運(yùn)行期間，當(dāng)執(zhí)行廢樹脂干燥工藝時(shí)，可以同時(shí)向計(jì)量罐轉(zhuǎn)運(yùn)下一批次的樹脂，通過工序優(yōu)化，縮短廢樹脂處理周期，通過工藝改進(jìn)提高廢樹脂計(jì)量準(zhǔn)確性，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。