劉宇昊

摘 要：國內(nèi)老舊核設施產(chǎn)生的廢樹脂大都暫存于容器中，這些容器在設計時只考慮了廢樹脂如何進去，沒有考慮廢樹脂如何取出，導致這些核設施在放射性廢樹脂接收、轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)存在接口功能不匹配、板結樹脂難回取、轉(zhuǎn)運工藝缺陷等一系列問題。針對這些問題，制定一系列的技術改進措施，包括設施接口條件適應性改造，增加廢樹脂松動措施，廢樹脂轉(zhuǎn)運設備、管道及動力和其他措施的技術改進等。通過相應的技術改進設計，可以使這些問題得到有效解決。

關鍵詞：廢樹脂 接收 轉(zhuǎn)運 改進設計

中圖分類號：TL94 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0069-05

Abstract： Most of the domestic old nuclear facilities to produce the spent resin temporary in containers， these containers in the design only consider the spent resin how to enter， not considered spent resin to remove. The nuclear facilities in radioactive spent resin receiving and transferring links exist function interface does not match， resin harden， and difficult to take， transport process defects， such as a series of problems. To solve these problems， we develop a series of technical improvement measures， including adaptation of facilities interface conditions， increasing loose measures for spent resin， technical improvement of waste resin transfer equipment， pipeline and power and other measures. Through the corresponding technical improvement design， these problems can be effectively solved.

Key Words： Spent resin； Receiving； Transferring； Improved design

自20世紀50、60年代以來，隨著我國核事業(yè)的發(fā)展，相繼建成、運行了諸多核設施，這些核設施運行期間產(chǎn)生了較多的放射性廢物[1]，廢樹脂是其中的一類重要廢物，主要來源于反應堆堆水凈化處理和放射性廢液處理等系統(tǒng)，這些廢樹脂的放射性水平可達107 Bq/kg，甚至更高。當前，國內(nèi)主要采取水泥固化的方法處理廢樹脂，但這種方法存在廢物增容較大、核素浸出率高、未進行無機化處理等缺陷[2]。因此，國內(nèi)也正在開發(fā)與引進焚燒、熱態(tài)超壓、高性能整體容器貯存、濕法氧化分解、蒸汽重整等新技術，但這些技術都為尚未得到大規(guī)模應用。

由于之前一直缺乏對廢樹脂進行妥善處理的良好方法和裝置，以前的老舊設施在設計、建造中對產(chǎn)生的廢樹脂大多采取暫存于容器中的方式，這些容器在設計時只考慮了廢樹脂如何進去，并沒有考慮廢樹脂如何取出，設備本身也缺少攪拌、液位與樹脂界面等可靠的測量措施，并且長期存放后廢樹脂已板結，難以取出。想對設備進行增加攪拌、加水和廢樹脂出口管道等改造，也因廢樹脂的放射性活度濃度高和現(xiàn)場條件等因素使改造實施非常困難。因此，需要從工藝和設備兩個方面研究開發(fā)與老舊設施接口的適宜技術，取出廢樹脂并轉(zhuǎn)運到廢樹脂處理設施去處理。

對于新建設施，在廢樹脂產(chǎn)生地和處理設施之間的廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運也是其中的關鍵環(huán)節(jié)，即針對各類核設施的不同接口關系和現(xiàn)場使用條件與要求，利用不同工藝方法和設備完成廢樹脂的收集和轉(zhuǎn)運輸送。

1 國內(nèi)各單位廢樹脂接收、轉(zhuǎn)運現(xiàn)狀

1.1 核動力院的現(xiàn)狀

中國核動力院在20世紀70、80年代建設的493堆、岷江堆均設置有反應堆堆水離子交換凈化處理設施，由于缺乏對廢樹脂進行處理的良好方法和裝置，兩堆運行產(chǎn)生的廢樹脂均采取一次性容器暫存于493排風塔的臨時處理方式。

在20世紀90年代末建設的水泥固化車間中，廢樹脂接收、輸送系統(tǒng)僅設計了一個壁龕，內(nèi)設一個法蘭連接的管口作為外來廢樹脂的入口，缺乏專用設備廢樹脂轉(zhuǎn)運罐，也沒有實施廢樹脂排出的設置有壓空攪拌、補水和排水等相關配套條件的場地。致使現(xiàn)存放于493排風塔下的廢樹脂容器和目前493堆運行產(chǎn)生的廢樹脂運輸容器內(nèi)的廢樹脂無法與水泥固化車間廢樹脂接收、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)連接，廢樹脂不能轉(zhuǎn)入系統(tǒng)。

1.2 原子能院的現(xiàn)狀

原子能院自20世紀50年代以來建設了較多的反應堆和三廢處理設施。在這些核設施運行期間，積累了較多的放射性廢樹脂，這些廢樹脂采取容器、貯槽臨時貯存的方式存放，長期存放后廢樹脂已板結，難以取出。

同時，原子能院新堆、快堆及其他近幾年投入運行的新工號產(chǎn)生的廢樹脂，設置了廢樹脂臨時貯存槽和向外轉(zhuǎn)運的排放專用接口和場地，但接口配置并不一致，并且由于一直以來缺乏對廢樹脂進行處理的良好方法和裝置，原子能院在20世紀90年代建設，2005年左右投入運行的水泥固化車間沒有設置廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運、處理的系統(tǒng)設施，也沒有設計建造廣泛適用于原子能院的廢樹脂屏蔽轉(zhuǎn)運容器和專用場地。

1.3 核電站的現(xiàn)狀

在秦山核電一期建設的三廢處理系統(tǒng)中，由于一直以來缺乏對廢樹脂進行處理的良好方法和裝置，反應堆堆水凈化處理和放射性廢液處理離子交換系統(tǒng)產(chǎn)生的廢樹脂用大量水反沖后排入廢樹脂貯槽存放，不銹鋼貯槽考慮了較大容積滿足長期貯存反應堆排放廢樹脂的需求，考慮廢樹脂如何進去和廢液的過濾與轉(zhuǎn)運，但沒有考慮廢樹脂如何取出，貯槽本身也缺少攪拌措施，長期存放后廢樹脂已板結，難以取出，也沒有預留與后期建設的水泥固化系統(tǒng)連接的接口。

在田灣核電，秦山核電等電站隨后建設的三廢處理系統(tǒng)中，與廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運相關的分系統(tǒng)，在工藝系統(tǒng)上都存在管道管徑和材料、閥門類型、泵的類型和功率等方面選擇上的失誤，在設備、管道、閥門的布置上存在不合理，走向曲折不簡潔、采用了過多的直角彎頭，使廢樹脂在管道內(nèi)殘留多、輸送阻力大，沖洗不及時就很容易發(fā)生管道堵塞現(xiàn)象等問題。

2 廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運存在的問題

根據(jù)各單位在廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運現(xiàn)狀的總結與歸納，當前主要包括3個方面的問題。

2.1 設施功能和配套接口條件不一致

由于技術缺乏，新舊核設施采用的廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運工藝技術各有不同，接口并不一致，對采用的工藝和設備未進行充分考慮，設施功能欠缺，甚至未建設相關配套接口條件，使廢樹脂無法安全有效地轉(zhuǎn)運到處理設施，并進行處理。

比如：核動力院49-3堆和水泥固化車間就因存在設施功能和場地配套接口條件缺乏的問題，致使廢樹脂無法轉(zhuǎn)入固化車間處理，目前只能采取人工舀取裝桶的方式進行生產(chǎn)。

2.2 長期存放的廢樹脂因板結導致回取困難

長期貯存在貯槽、容器等設備內(nèi)的樹脂會板結，必須解決板結廢樹脂如何松動、回取并轉(zhuǎn)運到后續(xù)系統(tǒng)中的技術難題。

比如：原子能院、秦山一期核電站的廢樹脂經(jīng)過多年在容器內(nèi)存放都有不同程度的板結，回取極為困難。

2.3 廢樹脂轉(zhuǎn)運工藝上存在一系列的技術問題

國內(nèi)相關單位的廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)在實際運行過程中故障頻發(fā)，經(jīng)深入分析和試驗確認廢樹脂轉(zhuǎn)運工藝上主要還存在如下技術問題。

（1）廢樹脂轉(zhuǎn)運工藝、設備的匹配性錯誤問題。

（2）廢樹脂接收、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)管道材料、管徑、閥門選擇錯誤的問題。

（3）在采用泵作為動力進行廢樹脂輸送時，泵的類型、功率選擇錯誤問題。

（4）在采用壓縮空氣作為動力進行廢樹脂轉(zhuǎn)運時，壓縮空氣壓力選擇不匹配的問題。

（5）廢樹脂轉(zhuǎn)運相關系統(tǒng)管道布置不合理，輸送阻力大，很容易發(fā)生管道堵塞故障的問題。

（6）廢樹脂轉(zhuǎn)運過程中廢樹脂的攪拌工藝和技術缺乏的問題。

（7）在屏蔽、遠距離操作情況下，廢樹脂在密閉系統(tǒng)管道內(nèi)實施轉(zhuǎn)運輸送，缺乏技術判斷廢樹脂是否進出系統(tǒng)、設備的問題。

（8）廢樹脂轉(zhuǎn)運管路缺乏沖洗工藝設計的問題。

（9）廢樹脂接收轉(zhuǎn)運貯槽、移動式廢樹脂轉(zhuǎn)運罐等核心設備在功能、結構、強度、屏蔽等方面的設備設計問題。

3 技術改進措施

經(jīng)該院多年的實踐檢驗，針對現(xiàn)有核設施廢樹脂接收、轉(zhuǎn)運過程中存在的問題，進行了一系列的技術改進措施，主要包括以下幾個方面。

3.1 設施功能和配套接口不一致的技術改進措施

針對設施之間分散布置，沒有管溝和管道進行連接，距離不同，產(chǎn)生廢樹脂的量有大有小，從可行性、可靠性和經(jīng)濟性等各方面綜合比較考慮，結合工藝要求和現(xiàn)場實際情況，進行設施功能和配套接口條件的適應性改造。主要技術改進措施包括以下幾點。

（1）新建或改建廠房。

（2）設計、布置相關工藝設備。

（3）設置移動式廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運裝置。

（4）管線、閥門布置，并根據(jù)工藝操作考慮屏蔽設置。

（5）根據(jù)工藝需要增加相關的壓空、給排水、通排風、電氣、測控、輻射防護等配套措施。

在某三廢處理設施改造項目中，針對設施接口不匹配，固化車間沒有實施廢樹脂排出的相關配套條件和場地等問題，進行了相應的改造設計。新增加廢樹脂接收轉(zhuǎn)運廠房，如圖1所示。

3.2 板結廢樹脂回取的技術改進措施

對于板結廢樹脂，首先應進行松動處理，然后收集轉(zhuǎn)運，其主要的技術改進措施包括以下幾點。

（1）根據(jù)現(xiàn)場條件選擇廢樹脂松動、收集技術措施。

（2）勘察可利用的操作空間，進行配套使用條件的改造設置，包括廢水的回收和重復使用，壓縮空氣供氣壓力、輻射防護措施等。

（3）設計制造具備噴射角度廣、體積小、重量輕，噴射物壓力高、流速快等特點的廢樹脂松動專用工器具。

（4）配置合適的泵、閥門、管道，進行廢樹脂抽吸轉(zhuǎn)運。

某核設施廢樹脂回取工藝設計時，其廢樹脂貯槽與一般老舊設施設置情況類似，如圖2所示，樹脂板結情況較為嚴重。工程實際過程中，采取適宜的攪拌裝置，將板結的樹脂松動，最終順利回取。

3.3 廢樹脂轉(zhuǎn)運工藝的技術改進措施

3.3.1 管道材料、管徑、閥門選擇的技術改進措施

廢樹脂轉(zhuǎn)運管道材料應選擇耐酸堿腐蝕的奧氏體不銹鋼；大量廢樹脂長距離的輸送選擇φ57～φ89的管徑，少量廢樹脂短距離的輸送選擇φ32～φ45的管徑；閥門最好選用球閥，不能選用低進高出的截止閥。

3.3.2 廢樹脂轉(zhuǎn)運泵選擇的技術改進措施

在采用泵作為輸送動力時，如果泵的類型，或者泵的規(guī)格型號選擇不合適，會導致實際使用時轉(zhuǎn)運效果差，甚至出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象。試驗證明，選擇不同型號的螺桿泵和泥漿泵既能進行大體積、大流量的輸送，也能進行短距離、小流量的輸送。

3.3.3 壓縮空氣輸送壓力選擇的技術改進措施

在采用壓縮空氣作為輸送動力時，根據(jù)不同工況合理進行壓力大小的選擇是一個關鍵點。

試驗證明：一般30～80m以內(nèi)近距離、略微有高差輸送時，壓力選擇可以選擇0.6～1.2MPa；遠距離、較大體積輸送時，壓力應選擇1.5～2.5MPa；輸送管路越長、廢樹脂體積越大，壓力選擇應越大。

3.3.4 系統(tǒng)管道布置的技術改進措施

系統(tǒng)管道布置應走向簡潔，盡量減少管道彎折次數(shù)，一般情況下不采用直角彎頭，宜采用大半徑煨彎或45°彎頭；應減少管道上下往復次數(shù)。優(yōu)化的管道布置，能有效降低管道輸送阻力損失，減少廢樹脂在管道內(nèi)的存留量，降低發(fā)生管道堵塞故障的概率。

3.3.5 廢樹脂攪拌的技術改進措施

以前的廢樹脂轉(zhuǎn)運工藝未考慮將廢樹脂與廢液混合攪拌均勻，就進行廢樹脂轉(zhuǎn)運，結果由于廢樹脂密集過量，阻力過大，造成閥門、管路和泵堵塞，不能實現(xiàn)正常轉(zhuǎn)運。

因機械攪拌裝置結構復雜、故障率高、維修困難，目前一般場所已不再使用。

通過改善設計和使用證明：壓縮空氣攪拌裝置結構簡單、安裝調(diào)試完成后沒有故障，無需維修，能夠充分實現(xiàn)廢樹脂的均勻攪拌。其技術難點在于針對不同體積、不同結構形狀的設備，設計專用的壓縮空氣攪拌環(huán)管，進行攪拌氣流方向分配，并可采用邊攪拌邊轉(zhuǎn)運操作方式，保證不因廢樹脂沉積導致堵塞故障而影響轉(zhuǎn)運。

3.3.6 廢樹脂進出設備的判斷技術改進措施

由于廢樹脂的放射性活度濃度高，它的收集轉(zhuǎn)運都是在屏蔽、遠距離操作情況下，在密閉系統(tǒng)管道內(nèi)實施轉(zhuǎn)運輸送的，如何判斷廢樹脂是否完全進出某個設備是廢樹脂收集轉(zhuǎn)運操作控制的一大難點。

通過多次實踐驗證，采用高量程和低量程搭配的管道式計量監(jiān)測儀表，安裝在設備進出口管段上，或者安裝在某個預先設定的系統(tǒng)管道上。通過遠傳實時監(jiān)測管道的放射性水平變化，可以有效監(jiān)測到廢樹脂轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入設備的情況，并能判斷廢樹脂是否在管段中殘留。

3.3.7 管路沖洗工藝的技術改進措施

在過去的使用中，經(jīng)常發(fā)生廢樹脂堵塞管路的現(xiàn)象，每次需要人工采取各種措施去疏通管路，工作時間長，要接受很大的輻射照射。

深入分析工藝系統(tǒng)及操作過程發(fā)現(xiàn)，最根本的原因是在眾多核設施的廢樹脂轉(zhuǎn)運工藝中忽視了廢樹脂轉(zhuǎn)運操作即將結束時對管道的沖洗，當水和廢樹脂的混合物液位較低時，就選擇了停泵或停壓縮空氣，關閉閥門結束轉(zhuǎn)運操作，使得正處于管道中的廢樹脂由于動力喪失而沉積在管道中。試驗表明，解決廢樹脂轉(zhuǎn)運的管路堵塞故障，根本辦法是進行合理的管路沖洗工藝設計。

管路沖洗有兩種工藝：一種是向廢樹脂貯存設備內(nèi)供沖洗廢液。這種工藝適宜設備內(nèi)大體積廢樹脂需一次性完成轉(zhuǎn)運，并且有大量本身也需轉(zhuǎn)運的低放廢液。另一種管路沖洗工藝是沖洗廢液只進入轉(zhuǎn)運管道，不進入廢樹脂貯存設備內(nèi)，主要使用在設備內(nèi)廢樹脂需多次完成短距離、小流量的轉(zhuǎn)運操作中。

在某項目的一次性長距離，大流量轉(zhuǎn)運；廢樹脂貯槽向計量槽上料的多次短距離、小流量的轉(zhuǎn)運中，分別使用了以上兩種管路沖洗工藝（管路沖洗流程示意見圖3），效果良好，未再發(fā)生管路堵塞事件。

3.3.8 設備設計改進措施

總結以前的設備功能缺陷和出現(xiàn)的故障，廢樹脂接收轉(zhuǎn)運貯槽、移動式廢樹脂轉(zhuǎn)運罐等核心設備設計時應重點考慮以下方面。

（1）應合理設置管口、樹脂過濾器、壓空攪拌裝置等功能。

（2）應充分考慮泵壓和壓空壓力對設備的影響，設備應按承壓設備設計。

（3）應有合理的排氣管路和壓力保護設置。

（4）應考慮溢流水補水管路和沖洗管路的工藝設置。

（5）考慮源項水平、輻射防護、操作要求，進行屏蔽設計。

（6）必要時設置氣體高效過濾處理后就地排放的裝置。

圖4為某項目設計的移動式廢樹脂轉(zhuǎn)運罐。

4 應用建議

在國內(nèi)各單位老舊設施改造和新設施設計建造過程中，形成了固定設施式、移動式、固定+移動式等三套廢樹脂接收與轉(zhuǎn)運成套技術。

在新建的反應堆和三廢處理設施中，廢樹脂產(chǎn)生與處理設施通常位于不同的區(qū)域，建設時間和接口設置也一般不一致，各設施產(chǎn)生廢樹脂的量有大有小，不宜在各新舊廢樹脂產(chǎn)生設施到處理設施之間全部建立管溝和管道設施。

從可行性、可靠性和經(jīng)濟性等方面綜合考慮，建議采用適用面最廣的“固定式+移動式廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運工藝技術”方案來實施對各新舊核設施產(chǎn)生的廢樹脂進行收集和轉(zhuǎn)運。

5 結語

該文概括總結了國內(nèi)相關單位在廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運技術應用上所出現(xiàn)的典型問題，在剖析原因的基礎上，提出了針對性的技術改進措施。這些技術改進措施是技術人員近幾年的一些研究、設計、試驗和工程實際應用的成果，為全面解決老舊核設施及新建核設施在廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運方面的問題提供了技術支撐，也為國內(nèi)新建的廢樹脂收集、轉(zhuǎn)運設施提供了可行的技術參考，使各核設施產(chǎn)生的廢樹脂具備有效處理的技術條件保證。

參考文獻

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