核電站放射性污染液壓扭力扳手的去污實踐

李玉鑫，賈建召

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116001)

核電站在日常生產及大修過程中，因放射性污染設備及場地檢修作業，會產生一定量的放射性污染檢修工具，尤其是污染液壓扭力扳手，污染類型主要為非固定放射性污染及固定放射性污染。因液壓扭力扳手為高價值專用工具，結構復雜，且放射性熱點大多淤積在孔洞、接縫、嵌口、內壁、齒輪嚙合及溝槽等死角位置，導致其放射性去污難度較大。經查詢“中國知網”及“萬方數據”等文獻數據庫，暫未查詢到有關污染液壓扭力扳手深度放射性去污相關工藝方法的報道，國內核電站大多將其作放射性固體廢物處理為主。

作為高價值專用工具，大量放射性污染液壓扭力扳手報廢給核電站成本管控、放射性廢物最小化管理和核電站輻射防護最優化帶來了較大壓力和挑戰。為解決上述一系列技術及管理難題，開發污染扭力扳手的放射性去污關鍵技術，推進高價值污染報廢工器具再循環再利用，紅沿河核電站成立“放射性污染液壓扭力扳手深度去污課題小組”，經過調研文獻資料并參考相關標準要求[1-4]，于2019年3月—5月期間開展了多項污染液壓扭力扳手深度去污試驗，采用化學去污、機械去污、化學-機械去污、泡沫去污、超聲波去污等多種組合工藝，去污手段從易到難，去污深度由淺至深，最終將多臺高度放射性污染液壓扭力扳手去污合格并現場復用，成功探索了一套合理可行的放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法。

本文結合現場試驗開展情況，對放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法及實踐進行全面深入的總結和闡述，希望為同行提供參考。

1 去污試驗材料及準備

1.1 去污試劑

WD-40防銹潤滑劑，若干，生產廠家：武迪(上海)實業有限公司。

DEKONEUTRAL? 化學去污劑，若干，生產廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

DEKOPUR? FS 500化學去污劑，若干，生產廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

HAKUPUR? 化學去污劑，若干，生產廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

DEKOWET? 化學去污劑，若干，生產廠家：HAKA KUNZ公司，德國。

ALCATUM化學去污劑，若干，生產廠家：FEVDI公司，法國。

1.2 去污輔助工器具及材料

紅外測溫儀，1臺，生產廠家：FLUKE公司；β放射性表面污染檢測儀表，2臺(MPR200+β探頭)，生產廠家：山西中輻核儀器有限責任公司；80 L塑料白桶，2個；平板小推車(載荷100 kg)，1臺；護目鏡，10個；去污布(棉質)，若干；鋼絲刷，若干；硬塑毛刷、試管刷，若干；一次性防護服，若干；乳膠手套，若干；塑料鞋套，若干；放射性污染防護門檻，若干；放射性污染粘塵墊等，若干。

1.3 去污設備及場所

模塊式超聲波清洗去污設備：為更好地提升去污試劑的化學去污效果，將化學試劑分子活性激發到最佳狀態，本試驗選用具有加熱功能的模塊式超聲波清洗去污槽作為去污試驗設備，模塊式超聲波清洗去污設備能夠實現內部溶液強迫循環， 設備裝配有自鎖功能的萬向腳輪，能夠按照位置需求靈活移動。設備參數如下：

電源：AC 380 V/50 Hz；整機功率：不低于12 kW；設備有效容積1 200 mm×800 mm×500 mm。

超聲波振盒及加熱器布置要求：去污槽四壁中下位置至少各布置1個超聲波振盒和1組加熱器； 底壁位置至少均勻布置2個超聲波振盒和2組加熱器；單個超聲波振盒功率不低于3.5 kW、頻率不低于26 kHz；單組加熱器加熱功率不低于4 kW，總體加熱溫度不超過100 ℃。

本工作深度去污試驗在核電站放射性熱機修廠房放射性去污車間(AC210)實施開展。

2 去污方法思路及評價指標

2.1 去污試驗方法

放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法采用去污手段從易到難，去污深度由淺至深，逐步深入的思路。先用表面活性劑去污液去除松散污染，然后用高效酸性表面去污液去除無機鹽、氧化物類附著污染物，再用堿性去污劑去除硫酸鹽、硅膠鹽類污染物，全程用超聲波震動加熱加強去污效果。各步驟可重復循環使用，直到去污后去污對象污染水平達標為止。具體試驗方法如下:

(1)對放射性污染液壓扭力扳手進行放射性污染測量,然后對扭力扳手解體、分類標記及脫油脫脂處理。

(2)第一階段去污：化學去污(中性)+超聲波去污。使用DEKONEUTRAL?中性表面去污劑結合超聲波對各部件進行初步清潔清洗，如去污驗收未達標執行下一階段深度去污方案。

(3)第二階段深度去污：化學去污(酸性)+超聲波去污：使用DEKOPUR? FS 500高效磷酸基去污劑結合超聲波對部件進行深度去污，如去污驗收未達標執行下一階段深度去污方案。

(4) 第三階段深度去污：化學去污(堿性)+超聲波去污：使用HAKUPUR?高效堿性速溶表面去污劑結合超聲波對部件進行深度去污，如去污驗收未達標執行下一階段深度去污方案。

(5) 第四階段深度去污：化學去污(酸性)+超聲波去污：使用DEKOWET?高效酸性表面去污劑結合超聲波對部件進行深度去污，如去污驗收未達標執行第五階段深度去污方案。

(6) 第五階段深度去污：泡沫去污；使用ALCATUM堿性去污劑對待去污部件進行泡沫去污。

在實際去污過程中，第四階段的DEKOWET?高效酸性表面去污劑為超聲波清洗用高效酸性去污劑，結合超聲波去污效果更好，但前期去污實踐發現DEKOWET?高效酸性表面去污劑對不銹鋼材質部件腐蝕深度較大。為將去污腐蝕風險控制到最小，將其作為第四階段深度去污首選化學試劑。如果前面步驟已經去污達標，即可以免去此步驟以及后續步驟。同樣，第五階段泡沫去污首選化學試劑ALCATUM為堿性去污劑，堿性較強，為將去污腐蝕風險控制到最小，也將此步驟作為必要時備用。

2.2 去污效果評價指標

用去污因子DF和去污率E評價去污的效果：DF為去污前污染物表面放射性活度(A前)與去污后放射性活度(A后)之比，即DF=A前/A后。DF越大，說明去污效果越好。去污率E為經過去污后去除的放射性活度占原來總活度的比例，E=(A前-A后)/A前=1-A后/A前。去污率越接近1越好。

3 去污試驗具體步驟

3.1 液壓扭力扳手表面污染測量

首先對16臺污染的液壓扭力扳手(M系列和A系列，生產廠家：HYTORC)使用MPR200+β探頭進行表面污染測量，測量數據列于表1。

表1 去污前液壓扭力扳手的表面污染水平

3.2 液壓扭力扳手解體及分類標記及脫油脫脂處理

紅沿河核電站使用的液壓扭力扳手(M系列和A系列)，外殼均為TITAL399鋁鈦合金，內部轉動機構為高強度合金材質，結構圖示于圖1。 兩個系列液壓扭力扳手主子部件編號概述列于表2。

表2 兩種扳手的部位編號

測量完成后，對污染液壓扭力扳手進行解體處理：取下反作用力臂3，取下保持帽11，取下驅動軸5，拆除防塵罩31，取下驅動銷19，拆開驅動板4，取下棘輪6，取下棘爪63及其他部件，拆下旋轉接頭12，旋轉拆下油缸底座3，取出油缸2。

解體完成后，對所有主子部件進行分類整備、標記，解體后各組件照片示于圖2。

對各子部件分類標記完成后，使用WD-40防銹潤滑劑對標記測量后的主子部件逐一進行脫油脫脂處理，再執行后續各階段深度去污，去除油污的原因如下：

1)油污進入會導致去污溶液渾濁，不易觀察待去污件表面去污狀態。

2)油污中含有放射性松散物質，進入去污溶液，會造成二次污染及污染擴散。

3)油污附著在待去污件表面，會形成一層油隔離膜，會間接影響后續各階段化學試劑對待去污件表面去污效果。

4) 深度去污產生的放射性廢液會排入放射性廢水回收處理系統，該系統現無法處理含油廢液。

綜上所述，開展深度去污前，盡量將待去污件表面附著的油脂清除干凈。

3.3 第一階段去污試驗

將脫油脫脂處理后的待去污部件依次擺放至模塊式超聲波清洗去污設備內部，彼此間隔不小于4 cm。將調好配比的去污溶液注入模塊式超聲波清洗去污設備內部，開啟模塊式超聲波清洗去污設備電源、加熱器、超聲波振盒、強迫循環。待去污溶液溫度達到80 ℃后，試驗正式開始并記錄數據。具體試驗方法及參數列于表3。

去污試驗結束后，將待去污部件取出并用清水沖洗干凈，焙干后使用MPR200+β探頭對所有部件逐一進行表面污染測量，并做好記錄。如去污驗收結果>0.4 Bq/cm2(非放射性物質輻射控制β表面污染限值)，則繼續執行下一階段深度去污試驗。

3.4 第二至第五階段深度去污試驗方法

將上一階段深度去污試驗后驗收不合格的待去污部件依次擺放至模塊式超聲波清洗去污設備內部，彼此間隔不小于4 cm。將調好配比的去污溶液注入模塊式超聲波清洗去污設備內部，開啟模塊式超聲波清洗去污設備電源、加熱器、超聲波振盒、強迫循環。待去污溶液溫度達到80 ℃后，試驗正式開始并記錄數據。其中，加熱器布置參數，超聲波振盒布置及參數，強迫循環流量，去污驗收標準每個步驟均與第一階段相同(見表3)， 第二至第四階段深度去污的具體試驗方法，所用試劑配比ρ及試驗參數列于表4(與第一階段相同部分省略)。

圖1 M系列和A系列兩種扳手的結構及部件編號

圖2 扭力扳手解體部件

去污試驗結束后，將待去污部件取出并用清水沖洗干凈，焙干后使用MPR200+β探頭對所有部件逐一進行表面污染測量，并做好記錄。

表3 第一階段去污試驗的條件參數

表4 第二至第四階段去污試驗的試劑配比及不同的條件參數

本實驗中，由于第四階段深度去污試驗后所有主、子部件已經去污合格，第五階段深度去污試驗不需再執行。如去污不合格，可繼續執行第五階段深度去污試驗。

第五階段深度去污試驗方法及參數擬定如下：

首先執行泡沫去污：選用ALCATUM泡沫去污試劑進行去污(pH：11.5，無需注水稀釋)，泡沫去污時間為20 min。泡沫去污完成后，執行超聲波去污：將待去污部件用清水沖洗干凈，依次擺放至模塊式超聲波清洗去污設備內部，彼此間隔不小于4 cm。將SED除鹽水注入模塊式超聲波清洗去污設備內部，開啟模塊式超聲波清洗去污設備電源、加熱器、超聲波振盒、強迫循環等操作參數同第二至第四階段相應內容。超聲波去污時間3 h。

3.5 去污后液壓扭力扳手組裝及功能再鑒定

所有液壓扭力扳手主子部件，經去污合格后方可進行組裝，組裝工序與解體工序相反。組裝完成后的液壓扭力扳手必須進行功能再鑒定及計量檢定，確保去污后的扳手在額定壓力范圍內運轉正常、無滲漏、輸出扭矩精度符合作業要求。功能再鑒定合格后方可投入現場使用。

4 去污試驗結果和討論

4.1 各階段去污實驗測量結果

經過第一至四階段深度去污試驗，16個扭力扳手去污前后表面污染水平記錄列于表5。

由于第四階段深度去污試驗后所有主、子部件已經去污合格，第五階段深度去污試驗沒有繼續執行。

表5 扭力扳手各階段去污前后表面污染水平

4.2 去污效果評價

根據各階段去污后測量的表面污染水平，計算了各去污階段后達到的去污因子DF，結果列于表6。

表6 各階段去污后累積達到的去污因子

由表6可知，第一階段深度去污因子一般為2左右，第二階段完成后可達到8左右，第三階段結束后可以達到100～200，第四階段結束后一般可以達到1 000左右。16個扳手經過四個階段深度去污后，總的去污因子DF平均值為1130(1.13×103)，達到103數量級。

對于第一至第四階段深度去污試驗產生的放射性廢液(質量約為0.48 t)，分別取樣送核電站的放化分析實驗室(RC)進行了分析。

根據放化分析的測量結果，去污液中主要含有核素為54Mn、58Co、60Co和95Mb,對各階段去污廢液中幾種核素的放射性活度進行測量并計算各自的總的活度，然后總體估算了去污流程的總去污因子和去污率。計算方法和結果如下。

考慮各液壓扭力扳手已基本去污干凈，去污完成后總γ≈0，扭力扳手本體攜帶的放射性污染核素已基本轉移至各階段深度去污試驗產生的放射性廢液之中。因此，液壓扭力扳手在各階段去污前、后的放射性活度(A前、A后)參考各階段試驗產生的放射性廢液的放射性活度進行估算。

A前=ΣAi，Ai為第i次液壓扭力扳手深度去污后去污廢液中放射性活度估算值；其中按照測量結果和廢液體積計算得出A1=0.177 6 MBq；A2=0.192 MBq；A3=0.225 6 MBq；考慮第四次深度去污后總γ<0.04 MBq/t且總γ≈0，為更加精確估算去污因子，參考放化分析方法的本底值，第四階段深度去污后總γ取值約為0.001 MBq/t，所以估算的A4≈0.001 MBq/t×0.48 t=0.00048(MBq)。那么

A前=ΣAi=A1+A2+A3+A4=0.1776+0.192+0.2256+0.00048=0.59568(MBq)；

A后≈A4=0.00048 MBq；

所以，方法的總 去污因子DF=A前/A后≈1 240；

去污率E=(A前-A后)/A前=(0.59568-0.00048)/0.59568=0.9991

由此可知，根據廢液活度估算的本次放射性污染液壓扭力扳手深度去污試驗去污因子約為1 240，和前面用表面污染測量結果計算的結果1 130符合較好，總去污因子達到103以上,去污率約為0.9991。經過四個階段深度去污后，全部16臺扭力扳手均實現了達標復用，實現了預期的目標，效果良好。

4.3 去污試驗代價利益分析

使用本去污方法成功將16臺高度放射性污染擬報廢的液壓扭力扳手實現去污復用，減少放射性金屬固體廢物約3 m3，創造廢物再利用價值及減少放射性廢物處置成本超300萬元(RMB)。

本次去污實踐共產生放射性液體廢物約1.92 t，排入核電站放射性廢水回收系統，經蒸發、濃縮處理后，采用水泥固化工藝處理，處置便捷，成本低廉，易于實現。

本次去污實踐共產生其他放射性廢物約0.6 m3，經預壓、超壓處理后，采用水泥固定工藝處理，處置便捷，成本低廉，易于實現。

綜上所述，本次去污實踐取得的利益成果明顯，代價較低，去污實踐合理、正當，方法可行、有效。

5 結語

本次“放射性污染液壓扭力扳手深度去污試驗”成功實踐、探索了一套“放射性污染液壓扭力扳手深度去污方法”， 總去污因子達到103量級，去污后全部扭力扳手達標復用，實現了預期的目標，效果良好。說明去污試驗效果評價指標良好，本方法實用、有效。

建議對去污工藝繼續進行深度探索：后續試驗可嘗試探索“泡沫去污”+“超聲波去污”及其它去污工藝的深度去污效果。另外根據液壓扭力扳手結構復雜，主子部件較多，且熱點多淤積在死角位置，其放射性去污難度較大等特點，建議在現場對扭力扳手使用過程中，加強污染防護的源頭管控措施及其技術研究，盡量減少污染。后續將探索“可剝離膜污染防護”等源頭管控技術的可行性及具體措施。