核電站水池及壓力容器內(nèi)異物打撈技術(shù)分析與實踐

蔣磊 (遼寧紅沿河核電有限公司， 遼寧 大連， 116000)

根據(jù)國內(nèi)核電站的運行經(jīng)驗，機組在檢修期間存在異物進入反應堆水池、構(gòu)件水池、乏燃料水池以及壓力容器的風險。異物是指系統(tǒng)中本不應該存在實際存在的影響系統(tǒng)運行質(zhì)量和安全的物質(zhì)，這些異物根據(jù)存在的位置可分為漂浮物、懸浮物、沉積物。

對于漂浮物的處理較為容易，一般用抄網(wǎng)即可完成打撈，另外系統(tǒng)內(nèi)有撇渣器也可進行清理；懸浮物的處理，一般可利用水過濾系統(tǒng)進行清除，也可以外加系統(tǒng)設備進行水過濾清理；對于沉積在水底的固體異物，一般利用專用工具進行打撈，對于不影響運行和核安全的異物，經(jīng)過保守評估后可不作處理。

本文針對懸浮物、沉積物兩類異物的打撈處理方法進行分析，以期對我國核電站水池及壓力容器內(nèi)異物的打撈工作有所幫助。

1 異物打撈方法

國內(nèi)核電站處理水池以及壓力容器內(nèi)異物的打撈方式目前主要有：重錘粘取法、水凈化法[1-2]、真空吸取法[3]、氣動夾鉗夾取法[4]等。此外還有水下機器人打撈，該方法不常見，本文不討論。

1.1 重錘粘取法

此方法的專用工具為不銹鋼重錘，約2 kg。使用時將無鹵膠帶反貼于重錘下面，做好固定，利用繩子將重錘放入水中，將異物定位后，用重錘壓住，利用膠帶的粘性將其粘住，然后取出；或在重錘上安裝磁鐵，利用磁鐵的吸力將具有磁性的金屬異物吸取，然后取出。

重錘粘取法主要特點：

(1) 操作特點：打撈工具組裝快速簡單，約10 min完成組裝，1～2人約1 h可完成打撈。

(2) 定位要求：重錘對較小的異物在水池難于進行定位粘取，利用磁性吸取定位要求相對于較低，該工具可通過不同形式的設計可到達各類空間進行打撈，空間和環(huán)境要求較低。

(3) 打撈范圍：此方法打撈能力受限于膠帶的粘力或磁鐵的吸力。粘取法對于材質(zhì)沒有要求，范圍較廣，但是可打撈異物重量約<100 g；而磁力法僅能打撈磁性金屬異物，重量根據(jù)磁力而異，可達1 000 g。

(4) 異物落入風險：該方法工具簡單，部件少且相對牢靠，引入異物風險低。但是由于膠帶粘性、磁鐵吸力在水中對異物粘力和吸力不穩(wěn)定，極易發(fā)生異物掉落的情況，在利用此法打撈時，應提前加工相應的異物收集籃，將異物和重錘一同放入籃中打撈出水。

1.2 水凈化法[1-2]

此方法使用的專用工具主要代表為UFV-260型水下過濾器。使用時利用行車將設備放入水中，設備將水進行循環(huán)過濾，除去水中雜質(zhì)。

水凈化法主要特點：

(1) 操作特點：以UFV-260為例，該專用工具主要由潛水泵和過濾器組成，設備重量約200 kg，安裝人員需經(jīng)專業(yè)培訓，過程較為復雜，從組裝到下水，至少1 h。根據(jù)水質(zhì)和其處理能力，凈化水中雜質(zhì)時間不能有效估算，至少在5小時以上，整個過程需要人力約7人。

(2) 定位要求：該設備主要用于凈化水中雜質(zhì)，并不針對特定異物進行打撈，故對異物定位要求低。由于該設備體積較大，適用于位置較為開闊的空間。

(3) 打撈范圍：該設備利用水泵和過濾器進行水過濾，適用于水中較小的懸浮物，泥沙類的沉積物有一定的清理作用。

(4) 異物落入風險：設備部件較多，引入異物的風險較大，在設備入水前需對設備松動部件進行全面檢查并做好記錄。對于吸入的異物重新落入的風險不大，可不考慮。

1.3 真空吸取法[3]

此方法使用的專用工具代表為輕型水下真空系統(tǒng)(LUVS)。將異物定位后，利用LUVS真空泵產(chǎn)生吸力將異物吸取住，然后通過異物收集籃取出異物。

真空吸取法主要特點：

(1) 操作特點：該專用工具操作人員需具備操作技能，整個設備重量約11.5 kg，組裝過程相對簡單，半小時即可完成設備組裝，打撈過程需至少5人，整個過程一般<3 h。

(2) 定位要求：對于不同位置的異物定位要求不同，肉眼不可見的情況下需要水下攝像機配合定位，其設備直徑約19 cm，小于乏燃料池格柵間距，核電內(nèi)一般區(qū)域均可達，對于難以達到區(qū)域可設計專用吸嘴進行異物打撈。

(3) 打撈范圍：根據(jù)設備特點，能吸取2 g～2 kg的物體，打撈異物的范圍較廣。

(4) 異物落入風險：該設備的組裝過程中需要使用插銷等松動部件，引入異物的風險相對較高，入水前需對設備松動部件進行檢查，并登記。該設備僅適用于水下操作，需在水下將吸取的異物放入收集籃中或與收集籃一同出水。

1.4 氣動夾鉗夾取法[4]

此方法利用延長桿連接的氣動夾鉗將異物夾住，從而將異物取出。

氣動夾鉗夾取法主要特點：

(1) 操作特點：該專用工具操作簡單，連接延長桿后整個設備重量約10 kg，組裝過程相對簡單，半小時即可完成設備組裝，打撈過程需至少5人，整個過程一般<3 h。

(2) 定位要求：使用與人眼可見范圍內(nèi)的打撈，配合水下攝像頭亦可完成打撈，對于距離較遠，異物較小的情況，操作相對困難。

(3) 打撈范圍：受制于夾鉗的開度和氣源壓力，適用于長條形異物，重量約0.5 kg以下。

(4) 異物落入風險：該設備仍是組裝而成，引入異物的風險相對較高，入水前需對設備松動部件進行檢查，并登記。該設備不僅適用于水下操作，在無水條件下亦可工作。

2 異物打撈技術(shù)分析

核電內(nèi)水池及壓力容器的異物打撈工作需根據(jù)異物尺寸、異物位置、異物形態(tài)以及現(xiàn)場環(huán)境等因素選擇相應的專用工具。核電中異物打撈工作主要發(fā)生在構(gòu)件水池、反應堆水池、乏燃料水池和壓力容器中。

2.1 構(gòu)件水池

構(gòu)件池充水情況下一般存放有上/下部堆內(nèi)構(gòu)件，燃料傳輸小車也位于構(gòu)建池。若構(gòu)建池內(nèi)存在的異物，在其不影響水池內(nèi)工作開展以及水池內(nèi)工作開展不影響其存在的情況下，可不對構(gòu)件水池的異物進行打撈。水中懸浮物由PTR過濾器中除去，底部異物可以在排完水后進行處理。故在構(gòu)件池內(nèi)的異物在非必要的情況下不處理。

如果進行異物打撈，一般情況可直接根據(jù)異物的大小、材質(zhì)選擇重錘法和真空吸取法。如果異物處于構(gòu)件池設備上，需考慮打撈時異物重新掉落的情況，通過制作專用工具，如圍欄、網(wǎng)兜、收集籃等，限制其移動范圍，增加打撈的可靠性。

2.2 乏燃料水池

乏燃料水池內(nèi)存放有乏燃料、燃料組件、控制棒組件、新燃料等。若其中存在異物，因為其存在格柵以及乏燃料等，大大增加了異物處理的難度，另外乏燃料可能將異物活化，大大增加了輻射風險，從而使后續(xù)處理的難度加大。若固體異物在格柵底部，打撈的難度將更大。

異物打撈需根據(jù)ALARA原則進行必要性分析。如果異物的存在不影響乏池的功能和系統(tǒng)的運行，不建議進行異物打撈。如涉及打撈工作，需燃料專業(yè)人員和運行經(jīng)理對打撈的必要性進行分析，根據(jù)分析結(jié)果提出打撈需求，打撈專業(yè)需要根據(jù)打撈工作的風險進行判斷是否可以進行打撈，這些風險包括輻射、沾污、引入異物、跌落等，然后多方商討根據(jù)ALARA原則決定。

乏燃料水池的異物打撈工作，打撈工具的選擇極為重要。重錘，作為最為簡易的工具，在此并不能很好的發(fā)揮其作用，異物若在格柵上，一旦定位不準，很可能將異物碰落到格柵底部，若在格柵底部，定位不準，膠帶脫落，碰傷格柵，異物脫落，這些風險極高，另外其打撈的能力范圍有限，故不建議使用此工具；對于水凈化類型的工具如UFV-260型水下過濾器，工具極為笨重，處理乏池中懸浮的微小雜質(zhì)可行，但是對于沉于水底的異物則束手無策；LUVS處理此類異物則較為方便，它的體積較小，并且可利用乏吊和水下攝像頭進行精確定位，整個設備可完全進入格柵內(nèi)，利用泵產(chǎn)生的真空可將異物吸入，格柵上的異物也不必擔心掉落，將設備提取放入異物收集籃中，可確保停泵后異物不重新掉落進入乏池；氣動夾鉗在處理乏池中異物的方面也有一定的適用范圍，如螺栓、螺釘、膠帶等這類可夾取的異物具有操作的便利性。

在乏燃料水池中進行異物打撈，由于高輻射風險極高，為避免引起KRT探頭誤報警，故需對燃料廠房20 m的KRT探頭進行閉鎖。在整個打撈過程中輻射防護專業(yè)人員需對異物進行連續(xù)測量，并對環(huán)境進行檢測，避免造成人員誤照射。在打撈前，需準備一屏蔽容器放置在現(xiàn)場，若異物劑量率≥2 mSv/h，則在其出水后，立即轉(zhuǎn)運至屏蔽容器中，隨后異物按放射性固廢處理。

2.3 反應堆水池

反應堆水池位于壓力容器正上方，此處若存在異物，異物將有可能進入壓力容器中，同樣需要根據(jù)ALARA的原則進行分析后決定是否打撈。

根據(jù)異物存在不同形式，可選擇不同的工具。如果肉眼在水池上可以觀察到異物，預估異物重量約10～50 g，此種情況下，選擇利用重錘進行異物打撈；如果異物是水中的懸浮物，影響水質(zhì)，可以利用UFV-260型水下過濾器進行凈化，由于一回路有系統(tǒng)過濾器，此舉略顯多余；其他類型處于堆池的異物，確認需要打撈，可以使用LUVS，通過水下攝像頭配合；處理微小異物，亦可人工定位處理肉眼可見異物，包括沉于水底的和懸浮的異物；對于可以夾取的異物，亦可適用氣動夾鉗。

同樣輻射防護人員需在現(xiàn)場對異物在出水前后劑量率進行測量，如果異物劑量率≥2 mSv，放入屏蔽容器中，按放射性固廢處理。

2.4 壓力容器

壓力容器是核電機組的心臟。若壓力容器存在異物，尤其是金屬異物，關(guān)系核安全，打撈是必行之舉。

壓力容器中發(fā)現(xiàn)異物最有可能是在卸料后的壓力容器檢查，此階段，壓力容器中沒有任何阻擋，如存在異物，可以通過水下攝像頭發(fā)現(xiàn)。

對于工具的選擇類似于堆池，但是對高輻射風險的控制則需按照乏池的模式進行，鑒于此處位置較遠，可優(yōu)先選擇LUVS進行打撈，氣動夾鉗次之。

3 異物打撈實踐

國內(nèi)核電站在水池和壓力容器進行異物打撈的事例較多，但見諸于報道并不多見。根據(jù)事件的代表性，例舉一壓力容器中異物打撈工作，據(jù)此對異物打撈實踐過程進行說明。

由于在壓力容器檢查過程中發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)存在異物，異物尺寸約2 cm。此時，現(xiàn)場條件為：①法蘭面以上水位； ②RCD模式； ③壓力容器已開蓋； ④異物位置已確定。

異物較小，重錘定位困難，LUVS可利用攝像頭粗略定位后，在其附近將其吸入，據(jù)此選擇LUVS進行打撈。

3.1 準備工作

工作開始前，組織工作組成員及輻射防護人員召開預工前會，分析現(xiàn)場存在的風險及預防措施，對工作組成員的準備工作進行分工，包括文件、物資、工具、現(xiàn)場布置的準備工作，并對相應工具進行確認可用。

?文件：準備相應的工作包，申請許可證(PI/PX)，根據(jù)輻射防護的要求辦理相應的輻射許可證。

?工具：輕型水下真空系統(tǒng)(LUVS)、延長桿、屏蔽容器、異物收集籃、水下攝像頭、安全帶、輻射防護劑量檢測儀表。

?物資：紙衣、塑料鞋套、口罩、面罩、吸水紙、細繩。

工作場所需布置場地，包括輔橋(換料機)、上下通道、屏蔽容器以及其他可能污染的場所，并將輔橋移動至壓力容器正上方。

3.2 風險分析

打撈工作中存在的風險及預防措施見表1所列。

表1 核電站壓力容器內(nèi)異物打撈工作中存在的風險及預防措施

3.3 實施過程

根據(jù)準備情況，確認開工條件。在現(xiàn)場召開工前會，對工作組成員進行分工：水下攝像頭操作1人，現(xiàn)場指揮1人，設備牽繩子2人，組裝設備2人，操作異物收集籃2人，轉(zhuǎn)移廢物1人，劑量檢測1人，輔橋(換料小車)移動2人。現(xiàn)場所有指令由現(xiàn)場指揮1人發(fā)出，所有工作成員按照指令開展工作。

第1步：確認現(xiàn)場準備情況。工具可用，物資充足，場地布置完整，現(xiàn)場電源可用，取得工作許可證(PI/PX票)和相應的輻射許可證(紅區(qū)/橙區(qū)許可證)。

第2步：下放水下攝像頭至壓力容器中，確定異物位置，同時將打撈LUVS進行連接。在確認異物位置后，將連接好的設備運至輔橋(換料小車)上，組裝設備人員開始連接延遲桿，設備上系有兩根細繩，由2人手持，保證設備不下落，4人配合逐漸下放設備至壓力容器底部高度約1 m，然后逐漸下放至約10 cm，利用水下攝像頭進行監(jiān)視。

第3步：啟動設備，確認設備下水下運轉(zhuǎn)，手持的延長桿會明顯感覺到設備轉(zhuǎn)動的扭力，攝像頭可以看到水流在吸嘴和出口流動。隨后可停止設備或低檔(1檔)運轉(zhuǎn)。利用攝像頭對異物進行定位，移動設備至異物上方，設備操作人員在此期間根據(jù)現(xiàn)場指揮的要求對設備進行左右前后上下的移動?，F(xiàn)場指揮觀察攝像頭，并逐漸升檔，將異物吸入。

2人牽繩子將異物收集籃放入水中，距離水面約2 m，設備保持運轉(zhuǎn)逐漸提升，操作人員卸掉多余的延長桿，將設備吸嘴與異物收集籃對接。此時可根據(jù)現(xiàn)場情況進行判斷，若異物較小，重量輕，則停止設備；如異物體積較大并且較重，可使用反沖將異物吐入收集籃中，停運設備。此后，吸嘴和異物收集籃保持對接并逐漸提升。

此時，輻射防護人員利用測量探頭對異物進行測量，根據(jù)測量結(jié)果決定是否提出水面，在提出水面后也需要進行測量。若水下劑量≥500 mSv/h，現(xiàn)場20 m平臺則需要清場，然后提出水面后，人員則需要穿著鉛衣，遠程操作將異物轉(zhuǎn)入屏蔽，并卸載設備濾芯，一同放入屏蔽容器中；如劑量較低，則提升設備至操作平臺(輔橋/換料小車)上，并迅速拆卸濾芯，和異物一并放入塑料袋中，轉(zhuǎn)運至20 m平臺的高放廢物屏蔽容器中。

第4步：拆卸設備，并將設備工具簡單擦拭去污，裝入黃色塑料袋中轉(zhuǎn)運至待去污點。清理現(xiàn)場。打撈工作結(jié)束。

4 結(jié)語

核電站異物打撈工作是一項風險極高的工作，工作前一定要分析是否有必要開展。在確定任務后，須做好風險分析(重點注意：打撈過程中防異物措施必須做到位，避免引入新的異物；高輻射風險的應對措施)；異物的后續(xù)處理在準備工作時就要考慮到，它的處理方式取決于異物的輻射水平。打撈過程中，異物定位是打撈的關(guān)鍵，現(xiàn)場指令的發(fā)出必須統(tǒng)一，并對可能發(fā)生的情況做好預案。