海陽核電廠AP1000放射性固體廢物處理系統介紹

段黎明

（山東核電有限公司，山東 海陽265116）

0 前言

海陽核電廠位于山東省煙臺市海陽市，為首批國家第三代核電技術的自主化依托項目，采用AP1000 核電技術路線。AP1000 技術以其特有的非能動安全系統和模塊化設計成為目前世界上安全性高、先進的核電技術。放射性固體廢物處理系統（WSS）位于輔助廠房和放射性廠房，用于收集廢樹脂、廢過濾器芯子、干放射性廢物以及混合廢物。核島側產生的廢樹脂通過水力輸送至WSS 廢樹脂暫存罐，廢過濾器芯子通過轉運容器轉運至放射性廢物廠房貯存。

廠址廢物處理設施（SRTF）是核島三廢處理系統的補充，主要包括核島側的移動式廢液處理系統和廢樹脂脫水系統(SEDS)及高整體性容器(HIC)，SRTF 建筑物內的干濕固體廢物處理、洗衣房、暫存庫和其他輔助系統。設計和建造的SRTF 能在初期處理6 臺AP1000 核反應堆機組同時運行產生的廢物，并且具有擴展處理8 臺AP1000 機組的能力。WSS 系統和SRTF 是海陽核電廠非常重要的固體廢物處理系統或設施，以下從廢樹脂和廢過濾器芯子的處理工藝流程對其進行介紹，并分析了目前存在的問題。

1 固體廢物處理工藝

廢樹脂和廢過濾器芯子處理主要涉及WSS 和SRTF。WSS 是核島側固體廢物處理系統，其工藝流程見圖1 其主要功能收集和貯存來自廢液處理系統（WLS）、化學和容積系統（CVS）和乏燃料池冷卻系統（SFS）的廢樹脂和廢過濾器芯子，并對廢樹脂進行混合、取樣等。廢樹脂和廢過濾器芯子分別通過樹脂轉運泵和轉運容器轉運至（HIC）。裝有廢樹脂或廢過濾器芯子的HIC 通過廢物運輸車轉運至SRTF 進行暫存。

1.1 WSS 系統主要設備描述

WSS 系統主要設備位于放射性廠房，按核島抗震I 類設計，其主要功能描述如下：

1）廢樹脂箱(MV-01A/B)

廢樹脂箱共2 個，互為備用，主要功能是接收和貯存廢樹脂。

2）樹脂混合泵(MP-02)

樹脂混合泵共1 臺，主要功能是攪拌混合樹脂箱內廢樹脂，并將廢樹脂從一個廢樹脂箱轉運至另一個廢樹脂箱；同時，將廢樹脂箱中過量的水排放到WLS。

3）樹脂碎片過濾器

樹脂碎片過濾器共1 個，主要功能是系統中廢液（包括管道沖洗水）輸送至WLS 時過濾廢樹脂碎片。

4）樹脂傳輸泵(MP-01)

樹脂傳輸泵共一臺，主要功能是為廢樹脂在廢樹脂箱內的循環、混合以及取樣和輸送至HIC 提供動力。

5）樹脂取樣設施

在廢樹脂輸運管線上設有取樣設施，用于廢樹脂取樣。

圖1 WSS 系統

1.2 廢樹脂處理操作

WSS 系統廢樹脂處理操作采用水力輸送工藝，通過帶壓除鹽水將廢樹脂從樹脂床卸載至廢樹脂箱。在傳輸前，需要確認選擇的廢樹脂箱已在線好并有足夠的接受能力；需要確認樹脂混合泵在線好能將多余的傳輸水通過過濾器排放到WLS。在傳輸運行中，監視廢樹脂箱液位和樹脂混合泵運轉情況，確保廢樹脂箱中的水位保持在廢樹脂物位之上。當沖洗水已清澈干凈，停止傳輸，即完成廢樹脂卸載。樹脂床傳輸后，將樹脂箱中多余通過行樹脂混合泵排放至WLS。其物位由超聲液位計監測。固態層可以用壓縮空氣或樹脂混合泵在任何時候進行攪拌和混合。在樹脂混合模式下，水通過樹脂持流篩從廢樹脂箱中排出，再通過箱內的混合噴射器回流，由于噴射器的攪混作用使樹脂流在箱內的再循環流量相當于的循環樹脂混合泵流量的4 倍。因此，樹脂混合模式下箱體內固體床局部處于流體狀態。在裝入廢物處置容器前，樹脂混合模式使樹脂箱內的樹脂充分混合。然后樹脂傳輸泵啟動進入循環模式。樹脂流從廢樹脂箱中抽取并回到同一個箱子。可以通過取樣裝置對循環或者容器充裝前的樹脂進行取樣。可移動容器充注閥打開開始充注操作。樹脂脫水泵啟動對容器中累積的樹脂進行脫水并使水流回廢樹脂箱，因此保持了WSS 系統中的水裝量，并截流WSS 系統中的廢樹脂，去除其中的污垢顆粒。在裝填過程中，可以隨時關閉樹脂混合泵。當物位傳感器探測到或電視攝像機觀察到廢樹脂物位接近廢物傳輸容器頂部時，關閉充注閥。當高水位或廢物樹脂過高時填充閥自動關閉。當充注完成后，可移動的脫水系統脫水泵定期運行直到泵出口壓力指示器或音響指示器顯示無脫水流。

1.3 WSS 與SRTF 接口

SRTF 與WSS 接口設備主要包括自動脫水系統（SEDS）（如圖2）和HIC（如圖3）。SEDS 的主要由脫水泵機架、加料頭組件、控制臺和廢液控制閥組成。控制臺采用可編程邏輯控制器（PLC）的控制系統。遠程控制加料頭的接合和取下，監測閥位、液位和溫度。控制臺有一個安裝在加料頭組件上的可遠程觀看的攝像機和高分辨率顯示器。當SEDS 的組件和HIC 準確就位，加料頭自動與HIC 開口對正，加料頭組件一側連接V024 廢樹脂入口軟管，另一側連接廢樹脂系統出口軟管V026。加料頭組件放置在HIC 開口處，。廢樹脂通過加料頭組件輸送到HIC。在輸送過程中，脫水泵將過濾后的水返回WSS 系統。兩個液位探針監測的介質液位，當HIC 中液位到達預定設置點時，控制臺將發出聲光報警，連鎖關閉進廢液控制閥，以防止HIC 滿溢，脫水泵將繼續運行，以降低容器中的水位，直到容器內廢液量少于百分之一。脫水操作完成后通過遠程控制拆卸加料頭。

圖2 脫水系統組件SEDS

圖3 樹脂和顆粒活性碳使用的高整體性容器HIC

2 目前面臨的問題

2.1 設計問題

從以上系統介紹可知當WSS 系統運行樹脂轉運泵MP-01 轉運樹脂到HIC 中進行樹脂裝填脫水處理時，雖然用于監測HIC 中的液位探測器監測到液位達到預定設置點會在控制臺報警并會連鎖廢液控制閥關閉，防止HIC 滿溢。但目前設計該液位信號或閥門關閉信號并未送至核島控制系統（PLS）參與WSS 系統樹脂轉運泵MP-01 的聯鎖，如無人工干預，MP-01 將持續運行。這將增加操作人員的工作協調難度，因SRTF 側的樹脂裝填脫水系統操作界面是獨立的控制系統，有專人操作，這就有可能發生SRTF 操作人員由于與主控室或就地控制室操作人員溝通不及時而造成泵持續運行而損壞。即該設計不符合儀控設計原則：儀控應能有效得監控設備生產過程，確保設備長期穩定可靠運行。

鑒于以上分析、 業主方正在與設計方聯系，探討修改PLS 參與WSS 樹脂轉運泵的聯鎖的必要性。建議可將HIC 液位信號送至PLS參與聯鎖停泵，亦可將廢液控制閥關閉信號送至PLS 參與聯鎖停泵。具體采用哪一種方案，下一步根據現場的實際情況再做決定。

2.2 調試面臨的問題

WSS 系統由美國西屋公司設計，核島總包方是國家核電技術公司，SRTF 是中電投遠達環保工程有限公司（以下簡稱“遠達公司”）總承包，與美國ES 公司聯合設計。在調試分工中，核島調試由山東核電聯合調試隊負責，SRTF 調試由山東核電保健物理部統一協調管理，由遠達公司、ES 公司具體負責。WSS 與SRTF 存在接口較多，需要協調各單位各專業，管理相對比較復雜。根據合同分工，西屋方編寫WSS系統的調試試驗程序，遠達公司和ES 公司負責編寫SRTF 相關系統的試驗程序。廢樹脂裝填、脫水等試驗，必須將WSS 和SRTF 聯合進行試驗，這就須將兩份試驗程序整合，形成一份綜合調試程序，明確總的試驗負責人，試驗前做好充分的試驗準備，方案的編制，試驗先決條件的檢查，需要組織協調人員，明確各單位的職責及分工。由試驗負責人統一指揮，幾家單位相互配合，共同完成聯合試驗。

3 結束語

海陽AP1000 核電機組相比國內二代機組有許多先進的地方：采用非能動安全系統；由灰棒（AP1000 反應堆控制棒一種）來實現負荷跟蹤，取消了國內二代技術的硼回收系統；采用能對多臺機組的放射性廢物集中處理的廠址廢物處理設施（SRTF）等。這些先進的理念和設計使海陽核電廠相比國內二代技術減少了大量設備管道，減少了人員維修維護量、減少了廢樹脂和廢過濾器的產量，即減少了放射性固體廢物的產量。而人員的維修維護工作量的減少和遠距離的樹脂裝填處理使放射性照射和污染達到盡可能低的水平。總體上來看，WSS、SRTF 系統設計緊湊合理，滿足國家標準要求，系統安全可靠，理念和技術先進。但是，由于兩個系統是由不同的公司設計，在設計的銜接上亦存在需要改進之處，如可將自動脫水系統SEDS 的控制面板與WSS就地控制室整合成一體，即SEDS 由就地控制室統一控制。目前暴露的問題，可以在今后類似工程加以完善，如二期工程（3，4 號機組）工程。

［1］海陽核電站AP1000?Solid Radwaste System-System Specification Document，re vision 3 AP1000 固體廢物系統處理規格書.第三版[S].

［2］林誠格主編.非能動安全先進核電廠AP1000[M].原子能出版社.

［3］WSS Component Control Requirements，revision 3 WSS 設備控制要求[S].

［4］SRTF Technical Description.SRTF 技術描述[S].