陳健菠,陳南水,馬永輝,宋建國,王小平,管海洋,陽文軍,王升榕,柯建端,嚴榮偉

(福建寧德核電有限公司，福建 福鼎，355200)

核電機組運行過程中產(chǎn)生的放射性物質(zhì)會隨著冷卻劑運動，附著在設(shè)備表面，導(dǎo)致核電站運維工具常被污染。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法計量，而被迫報廢[1-2]；扳手、螺絲刀等工具雖無需計量，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，也將報廢。運行多年來，核電站已報廢了一大批工具，不僅需要采購大量新工具，還需處理因報廢而產(chǎn)生的大量放射性廢物，增加了核電站運營成本。因此需要將這些污染的工具進行有效去污后復(fù)用，減少廢物產(chǎn)生量。

目前，核電站常采用擦拭法對沾污工具去污，該去污法雖然操作簡單但局限性強：對于表面平整無縫隙、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，但每個工序結(jié)束后需要取出工件移入另一個水槽中繼續(xù)處理，在轉(zhuǎn)移過程中殘液滴落易造成污染擴散，且不能得到干燥的工具。

1 一體化工具去污裝置的設(shè)計與組成

1.1 設(shè)計思路

一體化工具去污裝置(下簡稱“裝置”)要求集多個模塊于一體，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程作業(yè)，無需中途取出，輻射風(fēng)險低、二次廢物量小。

1.2 裝置的設(shè)計

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、控制六個模塊組成：“配藥模塊”由配藥儲罐、超聲波液位計、循環(huán)輸送泵、過濾器及加藥口組成；“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”由漂洗液儲罐、超聲波液位計、超聲波振子盒、循環(huán)輸送泵、過濾器組成；“烘干模塊”由送風(fēng)機、加熱管及排風(fēng)機組成；“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—配藥儲罐；12—超聲波液位計；13—去污液循環(huán)輸送泵；14—去污液過濾器；15—加藥口；101—去污液過濾器進口氣動閥；2—加熱模塊；21—去污液加熱單元；22—漂洗液加熱單元；201—去污液加熱單元進口氣動閥；202—去污液加熱單元出口氣動閥；203—漂洗液加熱單元進口氣動閥；204—漂洗液加熱單元出口氣動閥；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閥；302—去污槽漂洗液排放氣動閥；4—漂洗模塊；41—漂洗液儲罐；42—超聲波液位計；43—漂洗液循環(huán)輸送泵；44—漂洗液過濾器；45—超聲波振子盒；401—漂洗液過濾器進口氣動閥；5—烘干模塊；51—送風(fēng)機；52—空氣加熱管；53—排風(fēng)機；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個步驟，工作流程簡圖見圖2。

圖2 去污工作流程簡圖

2.2 去污工藝流程

2.2.1去污準備

(1)確認設(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；

(2)根據(jù)需求選擇運行方式：“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自動去污

(1)設(shè)備啟動，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，對工件進行去污。根據(jù)核設(shè)施放射性去污的良好實踐，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)達到預(yù)定去污時間，超聲裝置停運，去污液排放閥打開，待去污液全部排到配藥儲罐后關(guān)閉。

2.2.5自動漂洗

(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)，達到需求液位后將漂洗液輸送泵調(diào)至低頻運行，保持去污槽漂洗液持續(xù)循環(huán)；

(2)超聲裝置啟動，對工件進行漂洗；

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

2.2.6自動烘干

(1)啟動送風(fēng)機，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)通過排風(fēng)機將抽出的熱空氣送入漂洗儲槽內(nèi)的液下布氣管，用水洗滌空氣中可能含有的放射性物質(zhì)；

(3)達到預(yù)定干燥時間，加熱器關(guān)閉；空冷工件至室溫后，送風(fēng)機和排風(fēng)機關(guān)閉。

2.2.7工件取出與驗收

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

2.2.8工作收尾

(1)斷開水、電、氣，檢查裝置表面污染狀況(必要時去污)，整機移至存放點；

(2)去污液可復(fù)用，濃度不足時據(jù)需添加；可根據(jù)工藝要求或去污液的臟污程度來決定是否更換，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，可更換濾芯。廢濾芯按放射性廢物處理。

3 應(yīng)用實踐

使用該裝置對某濱海核電站的批量污染工具進行去污，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)

通過工程實踐，表明該裝置具有如下優(yōu)點：

(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，減少廢液產(chǎn)量；

(4)該裝置具有去污、漂洗、干燥的一體化功能，工件放入后無需中途取出，一次完成從去污到烘干的全過程作業(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)計為集約管式雙側(cè)電加熱器，由2個獨立加熱單元組成，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開啟，避免熱蒸汽外泄；

(8)設(shè)備實現(xiàn)全自動控制，操作簡單，占用空間小，移動方便。

4 結(jié)束語

該裝置是基于“工具復(fù)用”的理念設(shè)計的，可實現(xiàn)對工具的有效去污，同時不破壞工具、不影響其性能，可多次去污。實踐表明，該裝置對常見工具去污效果好，去污后工具可復(fù)用，減少了報廢量；與傳統(tǒng)方法相比，使用該裝置對污染工具去污，風(fēng)險低、集體劑量低、二次廢物少、作業(yè)效率高、能得到干燥的工具，達到了設(shè)計目的。

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。