小口深坑內放射性固體廢物回取

李振臣　黃文濤　唐楊　徐江　張家衡　童剛

【摘 要】某廢物庫內存放了大量的放射性固體廢物，廢物堆積雜亂，不滿足現行放射性廢物管理和處置要求，廢物庫已超期服役，給周圍環境帶來極大的安全隱患，需盡快回取廢物并妥善處理。根據現場實際情況，制定了動力機械手和電動抓具配合遠距離遙控操回取廢物的技術路線，并最終安全、高效地完成了放射性固體廢物的回取工作。

【關鍵詞】放射性固體廢物；動力機械手；電動抓具；高效回取

某放射性廢物庫利用排風塔下部的地坑貯存廢物，運行三十多年來存放了核設施運行、檢修活動中所產生的大量放射性固體廢物。坑內廢物以不規則的方式堆積，大件廢物沒有包裝，部分雜項廢物用塑料袋或編織袋包裝，既不符合目前放射性廢物的暫時貯存規定，更不符合放射性廢物的永久處置規定。廢物庫已超期服役，又緊鄰河流，給周圍環境帶來極大的安全隱患，因此需要盡快將放射性廢物回取并妥善處理。由于廢物入庫資料不全，廢物雜亂地貯存在地坑內，廢物坑的結構復雜，導致廢物回取的難度極大。根據現場實際情況，中國核動力研究設計院制定了利用動力機械手和電動抓具配合遠距離遙控操作回取廢物的技術路線，并最終安全、高效地完成了放射性固體廢物的回取工作。

1 廢物庫及廢物源項

1.1 廢物庫的結構

廢物庫是利用排風塔下的地坑貯存放射性廢物的設施，廢物庫和排風塔的排風部分在結構上是完全分隔開的，相互之間沒有影響。建造于20世紀60年代，2000年停止使用。廢物庫庫內設置了12個廢物貯存坑，分為外圈和中心兩個貯存區。外圈貯存區為低放廢物貯存區，設置了7個廢物貯存坑；中心貯存區為中放廢物貯存區，設置了5個廢物貯存坑。

低放廢物貯存區操作大廳為寬3.5m、高5.25m的環形大廳，7個廢物貯存坑為地下貯存坑，每個坑的尺寸是頂寬3.36m、底寬1.595m、高8.35m，兩邊為弧形，環中心弧長為5.75m，頂部為0.3m的混凝土屏蔽層，每個坑各有2個直徑1m的圓形坑口。每個貯存坑的容積約100m3，全部裝滿了廢物。

廢物庫的結構如圖1所示。

1.2 廢物源項

廢物庫低放貯存坑內的放射性廢物種類繁多、形狀復雜，大小、質量不一，交錯板結，單件廢物質量一般小于50kg，最大件質量約700kg，廢物輻射水平均在1mSv/h以上，局部熱點高達20Sv/h，廢物堆積情況如圖2所示。

2 技術方案和設備

2.1 回取技術難點分析

1）環形操作大廳寬度只有3.5m、高度5.25m，操作空間比較狹窄。

2）廢物輻射水平高，人員無法近距離進行操作，同時對回取設備的耐輻照性能要求也很高。

3）廢物坑口小、坑深、肚大，回取機具進出坑內抓取廢物的操作十分困難。

4）廢物堆放混亂，各類廢物交錯板結在一起，廢物分揀和抓取的難度大、效率低。

2.2 回取方案

充分考慮廢物回取的技術難點，由于部分廢物輻射水平較高，退役中工作人員不能長時間近距離進行操作，因此考慮主要采用動力機械手對坑內的廢物進行回取、分揀和裝箱。同時坑內廢物數量較大，其中散狀、包裝破損廢物占很大比例，動力機械手單次夾取廢物量較小，設備上升、下降、轉移速度較慢，單獨采用動力機械手難以保證廢物回取的效率，因此考慮采用經過改進的四瓣液壓電動抓具來進行散狀廢物的集中抓取，相比較于動力機械手，電動抓具單次抓取量大、速度快。因此確定采用動力機械手與新型電動液壓四瓣抓斗配合進行遠距離遙控操作回取的方案。動力機械手安裝在專用環形軌道上，電動抓具吊掛在5t電動葫蘆的吊鉤上，電動葫蘆安裝在環形操作大廳的環形軌道上。

動力機械手的優點是：1）依靠伸縮套筒上下，克服了坑深的困難；2）機械手作業面大，可覆蓋廢物坑內全部區域，可實現所有廢物的回取；3）夾具可更換，可夾取各種形狀的廢物。但是動力機械手單次夾取廢物量小、運行速度慢、回取效率較低，而電動抓具依靠電動葫蘆上下運行速度快，單次抓取廢物量大，回取效率高。兩種機具有效配合，可保證將坑內全部廢物回取，又提高了回取效率。

2.3 回取工藝流程

低放廢物回取的工藝流程如下：

1）回取時，先利用動力機械手夾持輻射監測設備測量廢物表面輻射水平，找出熱點；

2）對輻射水平較大、質量較輕的物體用動力機械手直接夾取至坑外并裝入廢物包裝容器；

3）對于大量的雜項廢物，利用電動抓具抓取至坑外并裝入廢物包裝容器；

4）利用動力機械手將坑口正下方周邊的廢物抓取至坑口正下方，再利用電動抓具將坑口正下方廢物抓取至坑外并裝入廢物包裝箱或轉運容器中；

5）對于體積過大的廢物，利用動力機械手與吊車配合抓取至坑外并裝入廢物包裝容器中；

6）廢物全部抓取后，利用工業吸塵裝置對坑內進行清掃吸塵。

2.4 主要設備介紹

2.4.1 動力機械手

動力機械手由本體、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種可仿人操作、自動控制、在三維空間完成各種作業的機電一體化、自動化生產的設備。動力機械手既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力。動力機械手主要包括：行走機構、伸縮套筒、2t伸縮吊鉤、機械手、抓具、控制臺和視頻裝置等組成。動力機械手的主要參數如下：

a.動力機械手最大工作長度：～14m；

b.伸縮套筒長度：10m；

c.抓取能力：90kg；

d.配套工具：抓斗、切割機、夾具。

2.4.2 電動抓具

電動抓具由電動液壓四瓣抓斗、抓斗出坑引導帽、防護裝置等部分組成，可在控制室內遙控操作。電動抓具可利用自身重力壓住廢物，利用液壓產生的向內抓力抓取廢物。電動抓具的主要參數如下：

a.自重：～1t；

b.內向抓力：～1t；

c.額定抓取量：0.2m3/斗。

3 回取實施

實施低放固體廢物回取前，對回取機器人和電動液壓四瓣抓斗做好防護措施，避免設備被污染。

回取低放廢物時，全過程由工作人員在控制間遙控操作。先利用動力機械手將坑口正下方周邊的廢物抓取至坑口正下方，再利用電動抓具將廢物抓取至坑外并裝入廢物包裝箱或轉運容器中。對于體積過大的廢物，利用動力機械手與吊車配合抓取至坑外并裝入廢物包裝箱中。

坑內低放廢物回取技術的成功運用，在17個月內完成了廢物庫7個低放坑內廢物的回取，經監測全部為低放廢物，其安全性、可靠性、高效性較強，操作過程中人員受照劑量較小，證明了操作過程安全可靠。

4 結論

1）動力機械手與電動抓具配合進行遠距離遙控操作的回取工藝，實現了全部坑內低放廢物的回取、分揀與整備。

2）本技術還可以推廣運用于國內眾多坑式廢物的回取、處置，為各類坑式廢物庫的退役提供技術支持。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]