放射性廢液取樣裝置初步研究

吳軍龍，南旭陽，謝 華，何 赟，張靖波，李江波

（1.西南科技大學核廢物與環境安全國防重點學科實驗室，四川 綿陽 621010；2.中核四川環保工程有限責任公司，四川 成都 610006）

0 引 言

高放射性廢液取樣是進行高放研究（如水泥固化、玻璃固化等）經常遇到的問題。因為其高度的危險性，所以對取樣裝置的可靠性要求較高。20世紀60年代到90年代往往采用人工簡單的吊樣方式，不僅對取樣人員的身體危害較大，而且由于取樣罐內漆黑，取樣精度也無法保障。隨著國家核電業務的發展[1]，越來越多的放射性廢液產生，需要取樣頻率、數量進一步加大，這就給實際取樣工作帶來很大困難，以前的取樣方法已無法滿足實際需要。本文結合實際工程問題，研制一種適合樣品種類多、取樣量大、取樣定位準確的取樣裝置[2-4]。

1 取樣裝置的總體要求

根據放射性廢液取樣實際情況，取樣裝置要滿足以下要求：（1）體積小、結構簡單、安裝拆解、操作方便，3～5人即可完成全部工作。取樣完成后，不影響廢液貯存工藝運行。（2）定點定位準確。能準確地取不同深度的定點位置，且避免大罐中廢液攪動造成樣品上下混合，污染樣品品質。（3）利于輻射防護要求避免放射污染及人員受照。（4）取樣時間短，每次取樣時間不超過3h。（5）成本低，幾次取樣后，污染后要被棄置的部分少。

2 取樣裝置設計與實現

2.1 取樣裝置組成

取樣裝置主要由真空泵、取樣容器、排氣過濾器、閥門（閥門1、閥門2、真空補氣閥）、管線等5部分組成，如圖1所示。真空泵為ZX-4型便攜式真空泵，使用220V交流電源，重量約10kg，設有真空進氣、排氣接口，真空度可達到95%。取樣容器為適當容量的磨口玻璃瓶，瓶壁厚薄要求均勻，耐壓情況好。使用之前經過檢驗與標定，且在瓶壁外側將容量刻度進行標識。為了便于搬運，按照樣瓶盡寸作合適的固定裝置，并按輻射防護要求加鉛皮屏蔽。過濾器，由氣溶膠取樣盒加雙層濾紙組成，將其串聯到取樣抽氣管中，過濾氣體使真空泵免于污染。閥門由3個考克閥組成，連接成三通形式。閥門之間用軟管連接，兩端用卡箍固定，其作用是調節取樣瓶內真空度，控制取樣量。管線軟管用1/2″PVC管，配合φ10×3P短節，組成相應的管路系統。同時在取樣管末端加較長一些的不銹鋼管，起到配重的作用，可以準確定位于液面下某點。

2.2 取樣裝置工作過程

圖1 取樣裝置原理圖

由于高放廢液對人體的嚴重危害性及防止放射廢液二次污染，取樣過程可靠性尤為重要。必須保證一次取樣成功。一次取樣過程分為兩步實施，第一步是驗證調試，另一步是實際取樣。

驗證調試過程：（1）打開閥門1和真空補氣閥，關閉閥門2，起動真空泵，正常工作應當是真空補氣閥甩頭有明顯吸氣現象。（2）真空泵正常工作后，打開閥門2，關閉真空補氣閥，樣瓶內形成負壓，這時候取樣管末端應有明顯吸氣現象。（3）檢查樣瓶橡膠塞和各接頭，應無漏氣現象。調試完成后停止真空泵。

圖2 取樣現場

實際取樣過程：（1）關閉閥門2，將取樣管從儀表套管下放至標定深度并固定。（2）打開閥門1和真空補氣閥，起動真空泵，再打開閥門2。（3）手動控制真空補氣閥，將其緩慢關閉，這時樣瓶形成負壓，從取樣管慢慢有料液進入樣瓶。觀察進料管，手動控制真空補氣閥開度，調節樣瓶真空度，可以調節抽料速度。（4）料液接近樣瓶刻度線時同時手動調節真空補氣閥和閥門2開關，料液達到預定量的刻度線，關閥門2，開真空補氣閥，停真空泵。（5）關閥門1，打開閥2，使樣瓶內外壓力平衡。（6）拆除排氣管、過濾器芯、抽氣管、閥門組合、樣瓶橡膠塞、取樣管，并進行簡單擦拭去污，一同做固體廢物處理。（7）蓋上樣瓶原磨口蓋，核對樣品標簽，送至指定地點，取樣結束。（8）若一次取若干個樣，只需準備新樣瓶及取樣管，重復以上操即可完成。

取樣現場如圖2所示，圖2（a）為電機伺服系統，完成對真空泵的控制及照明控制，通過控制電機的轉速，調節裝置內真空度的速度及抽真空的程度，電機使用的供電系統是220V的交流電，在實際工作中可以十分方便連接到就近的插座上。圖2（b）為真空緩沖罐，完成對氣流的調節，其上接真空表，指示罐內的真空程度，用來反饋電機轉速的快慢，當真空程度達到設定要求后，電機不再運行，使得裝置系統達到合理的真空度。圖2（c）為取樣瓶及支架，完成樣品的取樣及對取樣瓶的固定。為了保護人員的安全，必須對取樣瓶進行固定，在整個裝置工作過程中，取樣人員離取樣瓶等要保持安全距離，以防意外發生。圖2（d）為熱實驗中確保實驗人員安全而轉移運送的防護鉛皮，防止取樣過程中放射性廢液意外濺出。

2.3 實際運行情況

取樣裝置研制完成后，分別進行了A類高放廢液、B類高放廢液和C類高放廢液樣品3次實際取樣。從表1可以看出，對A、B、C 3類高放射性液體取樣，最大誤差為5%，最小誤差為2.7%，完全滿足工程實際需要。

3 結束語

本工作利用虹吸原理設計一套放射性取樣裝置，對中核四川環保工程有限責任公司存放的部分核電站放射性廢液進行成功取樣。該裝置具有安全、可靠、環保等特點，完全滿足工作需求，較好地解決了放射性廢液取樣的工程問題，且構造簡單，易于操作，有很強的使用和推廣價值。但同時該裝置的遠程控制，取樣精度等還有待改進。

表1 樣品取樣情況

[1]吳王鎖.加強人才培養措施迎接核化學與放射化學的第二個春天[J].核化學與放射學，2009（31）：94-105.

[2]王朝陽.防虹吸倒流的典型裝置及試驗[J].給水排水，2011（38）：391-392.

[3]魏俊明.秦山第三核電廠放射性廢液處理系統性能改進[J].核動力工程，2007，28（5）：91-94.

[4]徐維暉.脈沖液體射流泵裝置性能試驗研究[J].核動力工程，2010，8（5）：48-51.

[5]張軟玉.核信號數值仿真方法的研究及應用核[J].電子學與探測技，2006，26（4）：421-424.

[6]王經瑾.核電子學（上冊）[M].北京：原子能出版社，1985：20-22.

[7]王芝英.核電子技術原理[M].北京：原子能出版社，1983：192-195.