泡沫去污技術(shù)在反應(yīng)堆水池去污中的應(yīng)用

管海洋 陳健菠 王小平 陽(yáng)文軍 魏 磊 （福建寧德核電有限公司 ，福建寧德，352000）

0 引言

壓水堆（PWR）核電站換料水池去污是大修期間的去污關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)之一。一方面，裝卸料期間，一些活化及腐蝕產(chǎn)物隨燃料轉(zhuǎn)運(yùn)脫落堆積至池底 ，且堆池與一回路水質(zhì)接觸 ，劑量率及表面污染水平較高 ；另一方面，堆池內(nèi)螺栓檢查、打壓試驗(yàn)等工作 ，需保證檢修人員的輻射安全 ，減少集體劑量。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)新型的高效去污技術(shù)。

1960 年 ，美國(guó) Ayres［1］將化學(xué)泡沫應(yīng)用于放射性去污研究，迄今泡沫去污技術(shù)經(jīng)過(guò)近60年的開(kāi)發(fā)和研究 ，在工程上的應(yīng)用已日漸成熟 ，當(dāng)今最具代表性的是英法聯(lián)合研制兩步法泡沫去污裝置。我國(guó)的泡沫去污技術(shù)研究起步于1990年代，目前已基本完成了泡沫性能研究、去污裝置的設(shè)計(jì)加工和去污廢液的處理研究［2］。泡沫去污技術(shù)是針對(duì)大體積空腔設(shè)備的有效去污方法［3］，適用于目前的壓水堆核電站換料水池去污。

泡沫去污技術(shù)應(yīng)用于某壓水堆核電站的換料水池進(jìn)行實(shí)踐，本文總結(jié)近3年的換料大修現(xiàn)場(chǎng)去污應(yīng)用數(shù)據(jù)，并從去污效率、工期、廢物量等方面與傳統(tǒng)的高壓水射流技術(shù)［4］進(jìn)行對(duì)比。

1 設(shè)備試劑

1.1 試劑

泡沫去污劑（ALCATUM），法國(guó)原子能委員會(huì)（CEA）發(fā)明生產(chǎn) ，其化學(xué)成分 ：乙醇胺 ，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜ 5% ；1－甲氧基－2－丙醇 ，質(zhì)量分?jǐn)?shù) ＜ 5% 。

1.2 設(shè)備

泡沫發(fā)生裝置：主體是 75 L的不銹鋼（0Cr18Ni9）罐體 ，配有1個(gè)氣體調(diào)節(jié)閥 ，2個(gè)去污液調(diào)節(jié)閥、2個(gè)泡沫輸出調(diào)節(jié)閥，1個(gè)進(jìn)液口與1個(gè)廢液排放口，附帶一套噴槍和進(jìn)氣管道。除噴管與氣管外，其他均為不銹鋼材質(zhì)。連接壓縮空氣后，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體及出液閥門，持續(xù)產(chǎn)生泡沫。設(shè)備工作壓力0.1～1．0 MPa，噴射能力3 L/min，噴管長(zhǎng)度30 m，噴槍長(zhǎng)度1 m，射程1 m，人員可直立進(jìn)行操作 ，噴射期間噴槍與待去污表面呈45°角 ，便于泡沫噴涂。

設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作部分性能穩(wěn)定，外觀平滑 ，如發(fā)生沾污后容易去污。

1.3 輻射儀表

多功能劑量率儀 ，型號(hào)6150AD5，Automess公司生產(chǎn) ，測(cè)量范圍為 1 μSv/h ～ 1 Sv/h ；α、β 輻射探頭 ，型號(hào)6150AD17，Automess公司生產(chǎn) ，測(cè)量范圍0.1～10 000 Bq/cm2。寧德核電AM實(shí)驗(yàn)室自檢，均在使用有效期內(nèi)。

2 清洗去污方案設(shè)計(jì)

2.1 去污原理

核電廠換料水池均為不銹鋼材料，僅在水池有水的情況下才能接觸到放射性物質(zhì)，其表面污染多為松散污染物，使用泡沫發(fā)生裝置將泡沫輻射去污劑以泡沫的形式形成，以泡沫載帶去污劑覆蓋在水池表面 ，待其充分反應(yīng)后，沖洗去污。

2.2 清洗去污

2.2.1 前期準(zhǔn)備

將泡沫發(fā)生裝置內(nèi)裝入足量的去污劑，安裝好氣管及噴管，調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥至合適位置 ，充氣檢查設(shè)備狀態(tài)，確保無(wú)泄漏。

2.2.2 測(cè)量

為避免人員受到意外照射、制定合理的優(yōu)化去污方案 ，了解去污效果 ，對(duì)換料水池預(yù)設(shè)了采樣點(diǎn) ，示于圖1（圖1中帶數(shù)字部分為取樣點(diǎn)，其它則代表?yè)Q料水池內(nèi)設(shè)備）。

圖1 換料水池采樣點(diǎn)

去污開(kāi)始前，輻射防護(hù)人員按取樣圖對(duì)水池底部的環(huán)境劑量率及表面污染水平進(jìn)行測(cè)量，重點(diǎn)關(guān)注熱點(diǎn)劑量率分布情況 ，告知沖洗人員 ，避免造成意外照射；沖洗結(jié)束后輻射防護(hù)人員對(duì)底部進(jìn)行劑量率測(cè)量（沖洗后水池地面仍有少量積水，不利于表面污染取樣，故未做此項(xiàng)測(cè)量）；擦拭去污結(jié)束后，輻射防護(hù)人員再次對(duì)換料水池底部進(jìn)行劑量率及表面污染水平測(cè)量，以驗(yàn)證泡沫發(fā)生裝置的去污效果。

2.2.3 清洗去污

首先對(duì)換料水池池底、池底以上2 m以下區(qū)域（簡(jiǎn)稱“2 m以下”）進(jìn)行泡沫噴涂 ，沖洗去污 ，然后對(duì)換料水池進(jìn)行人工擦拭去污，并清理現(xiàn)場(chǎng)。

（1）換料水池底部及2 m以下池壁泡沫噴涂及沖洗去污

3名核清潔人員：1名核清潔人員攜帶噴槍對(duì)池底及2 m以下池壁進(jìn)行順時(shí)針?lè)较驀娡浚?名核清潔人員操作泡沫發(fā)生裝置并確保設(shè)備安全狀態(tài)；1名核清潔人員確保供氣管路暢通。保證池底被泡沫完全覆蓋。

在泡沫噴涂的過(guò)程中，工作負(fù)責(zé)人時(shí)刻關(guān)注泡沫成型情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)備的出氣及出液閥 ，保證泡沫效果。

泡沫噴涂10 min后，1人攜帶水槍系安全帶，站在池邊對(duì)池壁進(jìn)行沖洗。沖洗完成后穿氣衣到水池底部進(jìn)行沖洗去污；1人攜帶刮水板將沖洗的廢水收集至排水槽。

（2）換料水池底部及2 m以下池壁擦拭去污

4名核清潔人員：1人攜帶6150AD5，對(duì)池底環(huán)境劑量率進(jìn)行測(cè)量 ，根據(jù)測(cè)量結(jié)果 ，迅速對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行處理，擦拭后的廢物及時(shí)吊出水池 ，以降低池底的環(huán)境劑量率水平。熱點(diǎn)清除后，4名清潔人員分成2組，按順序?qū)λ氐撞窟M(jìn)行擦拭去污，去污完成后及時(shí)將廢物進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)并分類收集。去污過(guò)程防止交叉污染。

2.2.4 清理現(xiàn)場(chǎng)

待水池去污后 ，監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收 ，驗(yàn)收合格之后，輻射防護(hù)人員謹(jǐn)慎將泡沫裝置及氣源裝置的污染和非污染區(qū)域分開(kāi)，避免交叉污染。清理臨時(shí)污染場(chǎng)地，去污驗(yàn)收并將廢物轉(zhuǎn)運(yùn)至指定地點(diǎn)。

3 去污結(jié)果

反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池在裝料后的去污結(jié)果列于表1和表2。

需要說(shuō)明的是，表2中的第2列指去污過(guò)程中產(chǎn)生的放射性廢物數(shù)量；ORFO濾芯用于在沖洗階段過(guò)濾沖洗水的 ，單個(gè)水池去污僅產(chǎn)生1個(gè)。

由表1可知 ，換料水池底部污染嚴(yán)重 ，表面污染水平超過(guò)測(cè)量?jī)x表的極限值（9 999 Bq/cm2）。經(jīng)過(guò)10 min的泡沫去污后，表面松散污染比活度最高為18.56 Bq/cm2，去污系數(shù)為83 ～5 493 ，符合核電站去污比活度限值50 Bq/cm2的要求。

泡沫去污沖洗結(jié)束后，換料水池底部環(huán)境劑量率下降明顯（參考某電站大修數(shù)據(jù)），最高為0.62 mSv/h（熱點(diǎn)對(duì)環(huán)境有影響，數(shù)據(jù)不納入統(tǒng)計(jì)），比擦拭去污后環(huán)境劑量率水平略高；擦拭去污后環(huán)境劑量率最高為0.37 mSv/h，去污系數(shù)大于5，可滿足電站人員的安全的工作環(huán)境要求。

由表2可知，采用泡沫去污技術(shù)后 ，產(chǎn)生的技術(shù)廢物的接觸劑量率平均水平明顯低于傳統(tǒng)的高壓水射流技術(shù)所產(chǎn)生的，且產(chǎn)生的＞2 mSv/h放射性廢物數(shù)量降低至原來(lái)的55.6%（由9袋降至5袋）；下游可移動(dòng)過(guò)濾裝置（簡(jiǎn)稱“ORFO”，用于過(guò)濾水池沖洗階段的廢水）濾芯接觸劑量率升高約20 mSv/h（由 35.85 mSv/h 增至 54.68 mSv/h ，由39.28 mSv/h 增至60.32 mSv/h） ，說(shuō)明采用泡沫去污工藝進(jìn)行前期預(yù)處理，更多的放射性物質(zhì)被剝離 ，泡沫去污是有效的。

表1 裝料后反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池的劑量、污染水平及去污系數(shù)

1）表示熱點(diǎn)所在位置 ；構(gòu)件水池的熱點(diǎn)為地漏、換料小車、地溝位置 ；地漏濾網(wǎng)孔徑為5 μ，用于收集過(guò)濾殘?jiān)?，不去污 ，故劑量較高 ，不作為本文的參考依據(jù)。

表2 裝料后反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池放射性廢物與ORFO劑量對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從換料水池裝料后實(shí)際去污效果可以看出，采用泡沫去污工藝的方案是合理可行的，可將該方案用于今后的水池去污。泡沫去污工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低放射性廢物產(chǎn)生量

采用泡沫去污沖洗后，水池底部劑量率與污染水平明顯降低，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的擦拭去污后即可達(dá)到電站要求。單次換料水池去污，放射性廢物產(chǎn)量從原有的21袋減少到14袋，降低至原來(lái)的66.7% ；＞2 mSv/h放射性廢物數(shù)量從原有的9袋減少到5袋 ，降低至原來(lái)的55.6% 。

（2）經(jīng)濟(jì)效益可觀

采用泡沫去污工藝，反應(yīng)堆水池和構(gòu)件水池單次去污時(shí)間均可縮短2 h（由原來(lái)的5 h縮減到3 h，特別是池底工作時(shí)間縮短至1.5 h），縮短大修工期 ；廢物量特別是高放廢物量減少 ，降低后續(xù)廢物處理費(fèi)用。

（3）降低了工作人員的輻射劑量

采用泡沫去污工藝技術(shù) ，一方面泡沫沖洗后，池底環(huán)境劑量率明顯降低；另一方面由于泡沫去污效果佳 ，去污難度降低 ，縮短池底工作時(shí)間。從而降低水池去污工作人員的集體劑量。

（4） 去污效率高

使用泡沫去污工藝，泡沫去污劑與待去污表面直接接觸反應(yīng)約10 min（如表1），更容易剝離放射性污染物，去污系數(shù)高達(dá)83，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的高壓水去污的去污系數(shù)30，可推薦用于水池去污。

［1］Ayesr J A ，Demmitt T F ，Larrick A P ，et al．Decontamioation Studies for HAPO Water－Cooled Reactor Systems［R］ ．USA EC HW －67937 ，1960 ．

［2］鄔強(qiáng) ，任憲文 ，謝建勛 ．酸性泡沫對(duì)放射性模擬污染樣的去污研究［J］ ．輻射防護(hù)通訊 ，2000 ，20（3） ：15－18．

［3］ Ganchon J P ，SAA S A ．Decontam intion of a large volume nuclear component using foams［R］ ．CEA France ，A EA－UK ，Third Progress Report，1992 ．

［4］鄔強(qiáng)．高壓水射流技術(shù)在反應(yīng)堆水池去污中的應(yīng)用［J］ ．輻射防護(hù)通訊 ，2004 ，24（5） ：32 －34 ．