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淺淡AP1000放射性廢物處理

Brief Discussion on Radwaste Disposal of APl000 Nuclear Power Plants

楊  洋

(三門核電有限公司，浙江三門  317112)

      摘  要：APl000核電廠的放射性廢物處理，采用核島廢物處理系統(tǒng)與廠址廢物處理設(shè)施相結(jié)合的處理模式，并運(yùn)用多項(xiàng)國外先進(jìn)成熟工藝，不僅簡化了系統(tǒng)、設(shè)備，也降低了核電廠的投資、運(yùn)行及維護(hù)成本，更重要的是降低了工作人員職業(yè)照射，減少了廠外放射性釋放，保障了環(huán)境和公眾安全，也保障了電廠安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、高效運(yùn)行。
   
      關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆冷卻劑流出液；化容下泄；硼回收系統(tǒng)；廠址廢物處理設(shè)施

      Abstract：The radwaste treatment of APl000 NPP adopts the mode of combination between nuclear island waste treatment system and Site waste treatment facilities，and applies many foreign advanced processes，which not only simplifies systems and equipments，but also reduces nuclear power plant investment，operation and maintenance costs，and more importantly,lowers occupational personnel exposures and reduces offsite radioactive releases，and ensures the environmental and public safety andsafe，economic，reliable and hi efficient of eration of the plant．

    Key words：Rector Coolant Effluent，CVS Letdown，Boron Recycle System，Site Radwaste Treatment Facility

      在各種運(yùn)行工況下核電廠均會產(chǎn)生放射性廢物，按自然形態(tài)主要可劃分為液體廢物、氣體廢物和固體廢物。APl000核電廠放射性廢物的處理基于先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，采用單臺機(jī)組核島廢物處理系統(tǒng)與多臺機(jī)組公用的廠址廢物處理設(shè)施(SRTF)相結(jié)合的模式分類收集、分類處理、集中儲存、分批處置各類放射性廢物。其中，電廠正常運(yùn)行及預(yù)期瞬態(tài)產(chǎn)生的放射性廢液由放射性廢水疏排系統(tǒng)(WRS)和核島廢液系繳(WLS)收集、處理，含氫放射性廢氣由氣體廢物系統(tǒng)(WGS)收集、處理，放射性固體廢物由核島固體廢物系統(tǒng)(WSS)分類收集，再由SRTF分類處理、集中貯存。

1 APl000放射性廢液處理

      APl000核電廠產(chǎn)生的放射性廢液包括4類：反應(yīng)堆冷卻劑流出液、具有潛在高懸浮固體顆粒雜質(zhì)的地面和設(shè)備疏水、洗滌劑廢液和化學(xué)廢液。其主要來源、產(chǎn)生量和放射性活度見表1。

1．1 放射性廢液的來源、特性及收集

      反應(yīng)堆冷卻劑流出液主要來源于反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)加熱膨脹、硼濃度調(diào)節(jié)及環(huán)路疏水而導(dǎo)致的化容下泄、安全殼內(nèi)一次側(cè)系統(tǒng)及部件(如穩(wěn)壓器安全閥，壓力容器法蘭、密封環(huán)等)的泄漏和疏水，其物理性質(zhì)、化學(xué)成分均與反應(yīng)堆冷卻劑一致。化容下泄由穩(wěn)壓器液位控制系統(tǒng)自動控制，收集到位于核輔助廠房的流出液暫存箱內(nèi)。安全殼內(nèi)一次側(cè)系統(tǒng)及其部件的泄漏和疏水，靠重力疏排至安全殼底部的反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱(RCDT)，再由泵輸送至流出液暫存箱。該排放管線共用化容下泄管線，從而減少了安全殼貫穿件的數(shù)量。

      具有潛在高懸浮固體顆粒雜質(zhì)的地面和設(shè)備疏水主要來源于放射性控制區(qū)各房間和設(shè)備的疏水，在換料檢修期間將大量產(chǎn)生。廢液可能含有水泥粉塵(鈣的化合物)、地面清潔劑和溶解有各類添加藥劑的設(shè)備疏水等，有機(jī)物以及鹽分含量較高，但放射性水平相對較低。安全殼內(nèi)的該類廢液重力依靠疏排至安全殼地坑，安全殼外放射性控制區(qū)內(nèi)的該類廢液依靠重力疏排至輔助廠房地坑，由地坑泵將廢液輸往廢液暫存箱儲存。此外，蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故期間的蒸汽發(fā)生器排污，亦作為此類廢液收集于廢液暫存箱以待處理。

      洗滌劑廢液來源于附屬廠房放射性去污間的設(shè)備、人員去污疏水，通常放射性水平較低，含有肥皂、清潔劑及溶解固體雜質(zhì)等。化學(xué)廢液來源于放射性化學(xué)實(shí)驗(yàn)室疏水，產(chǎn)生量較小，化學(xué)成分較雜，放射性水平較高。這2類廢液均依靠重力疏排收集于化學(xué)廢液箱。

1．2 放射性廢液處理工藝

      設(shè)備與管道的腐蝕活化產(chǎn)物、中子活化產(chǎn)物及裂變產(chǎn)物(燃料包殼缺陷引入)等使反應(yīng)堆冷卻劑流出液帶有放射性，其中的放射性顆粒、離子雜質(zhì)和碘可在化容系統(tǒng)凈化單元除去，而APl000化容系統(tǒng)取消了容積控制箱，因此氙、氪等放射性氣體將在冷卻劑中不斷累積。為降低工作人員職業(yè)照射，減少反應(yīng)堆冷卻劑流出液向環(huán)境的放射性釋放，WLS設(shè)置了真空脫氣單元，使反應(yīng)堆冷卻劑流出液在真空狀態(tài)下閃蒸，釋放出溶解其中的氫氣、氮?dú)夂头派湫詺怏w，釋放出的含氧放射性廢氣將送往WGS處理，脫氣后的反應(yīng)堆冷卻劑流出液儲存于流出液暫存箱以待進(jìn)一步處理。

      APl000對反應(yīng)堆冷卻劑流出液、地面和設(shè)備疏水均采用高效、經(jīng)濟(jì)的過濾和離子交換處理工藝，且共用1套設(shè)備，后者通常放射性水平較低，處理時可根據(jù)需要投入離子交換設(shè)備。該設(shè)備由前置過濾器、離子交換器和后置過濾器組成，分別除去廢液中的不溶性顆粒雜質(zhì)、放射性離子雜質(zhì)和夾帶碎樹脂。其中，4臺串聯(lián)的離子交換器能充分保證凈化的效果，第1臺離子交換器頂部裝填有活性炭，起到深床過濾器的作用，用以除去廢液中夾帶的油脂；另外3臺離子交換器可根據(jù)廢液的特性、電廠的實(shí)際情況選擇不同類型的樹脂，增強(qiáng)了廢液處理的靈活度。處理后的廢液進(jìn)入檢測箱，取樣檢測結(jié)果符合排放要求后，由電廠循環(huán)水稀釋排放。

      洗滌劑廢液和化學(xué)廢液通常不宜采用過濾器和離子交換處理，其化學(xué)成分可能導(dǎo)致活性炭和樹脂過早失效。因此，將化學(xué)廢液與放射性水平較低的洗滌劑廢液充分稀釋，并添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑調(diào)節(jié)廢液的pH值或其他參數(shù)，一般町不經(jīng)處理直接輸往檢測箱，取樣檢測結(jié)果符合排放要求后稀釋排放。WLS在設(shè)計(jì)上也設(shè)置了化學(xué)廢液箱至廢液暫存箱的管線，可使此2類廢液亦能采用過濾器、離子交換設(shè)備對廢液進(jìn)行處理。針對特殊情況，WLS還可通過預(yù)留的SRTF移動式處理設(shè)備接口，對不宜采用過濾離子交換方式處理的高放廢液進(jìn)行處理。移動式設(shè)備主要采用反滲透f藝，處理后廢液低于370Bq／L，送回監(jiān)測箱取樣檢測合格即可稀釋排放，反滲透濃縮液則通過廢物轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)輸至SRTF灌漿固化處理。

    APl000放射性廢液處理流程見圖1。

1．3 APl000放射性廢液處理特點(diǎn)

    (1)反應(yīng)堆冷卻劑流出液不予回收。

      傳統(tǒng)核電廠的反應(yīng)堆冷卻劑流出液均由硼問收系統(tǒng)采用蒸餾的方式回收濃硼酸，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)復(fù)用。但APl000采用大體積的穩(wěn)壓器，增強(qiáng)了電廠應(yīng)對瞬態(tài)的能力，減少了化容上充和下泄。同時，APl000先進(jìn)的堆芯裝載方式、燃料組件及功調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，尤其足軸向功率偏移控制棒組的設(shè)計(jì)，使APl000核電廠的功率調(diào)節(jié)、負(fù)荷跟蹤僅依靠反應(yīng)堆棒控系統(tǒng)即可完成，硼濃度調(diào)節(jié)僅用于補(bǔ)償堆芯燃耗，極大地減少了化容下泄。因此，權(quán)衡投資、維護(hù)等各方面因素，APl000設(shè)計(jì)取消了硼回收系統(tǒng)，采用反應(yīng)堆冷卻劑流出液不予回收的運(yùn)行方式，這樣更經(jīng)濟(jì)。這決定了WLS必須承擔(dān)此類廢液的處理，單堆設(shè)計(jì)年處理量約為601．9立方米／年。雖然APl000放射性廢液較傳統(tǒng)核電廠的產(chǎn)生量更大，但成熟、高效、可靠的脫氣、過濾、離子交換設(shè)備保證了放射性廢液處理的良好效果。從電廠長期運(yùn)行的角度，這種全新的運(yùn)行模式不僅能滿足國家法規(guī)對放射性釋放的要求，也凸顯出良好的經(jīng)濟(jì)價值。

    (2)廢液處理工藝的改進(jìn)。

      傳統(tǒng)核電廠對放射性廢液的處理通常采用蒸餾，蒸餾冷凝液直接排放，濃縮液灌漿固化處理。該方式凈化效率高，但系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資、運(yùn)行、維護(hù)成本高，設(shè)備利用率也較低。而APl000核電廠大部分放射性廢液均采用過濾、離子交換工藝處理，極大簡化了系統(tǒng)，減少了固體廢物的產(chǎn)生量，在降低成本的同時，也保證了較高的凈化效率。此外，對化學(xué)成分復(fù)雜、放射性水平高的極小部分廢液采用SRTF移動式處理設(shè)備的方式，增強(qiáng)了廢液處理的靈活性。SRTF移動式設(shè)備多臺機(jī)組共用的方式，不但節(jié)省了投資，也提高了資源利用率。

    (3)頂期液態(tài)流出物放射性釋放量小。

      AP1000單機(jī)組預(yù)期液態(tài)流出物放射性釋放總量在滿足國家法規(guī)要求的基礎(chǔ)卜仍具有一定裕量，如表2所示。由丁反應(yīng)堆冷卻劑流出液不回收，預(yù)期氚釋放總量較傳統(tǒng)壓水堆核電廠偏高，但計(jì)算采用保守算法，實(shí)際的放射性釋放量將大大低于此值。

      綜合上述，AP1000放射性廢液處理基于先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，兼顧了安全、經(jīng)濟(jì)、高效和各方面町達(dá)到的優(yōu)勢。

2 APl000放射廢氣處理

      APl000氣體廢物系統(tǒng)WGS只收集、處理和排放電廠運(yùn)行、檢修期間產(chǎn)生的含氫放射性廢氣，以保證向廠外的放射性廢氣釋放量低于國家法規(guī)限值。其他非含氫放射性廢氣直接稀釋排放或通過排風(fēng)過濾單元過濾后排放。

2．1含氫放射睦廢氣來源

      WGS處理的含氫放射性廢氣有2個來源：WlS真空脫氣單元和反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱。由于APl000化容系統(tǒng)取消了容積控制箱，真空脫氣單元不僅需要對反應(yīng)堆冷卻劑流出液除氣，還需要在反應(yīng)堆停堆換料前對RCS進(jìn)行除氣操作。WLS真空脫氣單元釋放出的氙氣、氪氣、氫氣和氮?dú)獾然旌蠚怏w，成為WGS的主要輸入氣源。此外，反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱因液位或溫度升高導(dǎo)致壓力上升、氫氣濃度過高或氮?dú)庵脫Q操作，將產(chǎn)生含氫放射性廢氣，也將輸往WGS進(jìn)行處理。

2．2含氫放射性廢氣處理工藝

      APl000對含氫放射性廢氣的處理采用單流程、非能動、常溫活性炭延遲工藝，該工藝的應(yīng)用在國內(nèi)尚屬首次。活性炭延遲床使放射性核素吸附于活性炭表面，并保證滯留足夠時間充分衰變，從而降低廢氣的放射性活度。WGS不含能動設(shè)備，廢氣借助輸入源的壓力依次通過如下設(shè)備：

      (1)氣體冷卻器和氣水分離器：使用冷凍水降低廢氣溫度，將其中水汽凝結(jié)分離，防止延遲床中的活性炭受潮失效；

      (2)活性炭保護(hù)床：除去碘等放射性污染物及過剩水汽；

      (3)2臺串聯(lián)的活性炭延遲床：動態(tài)吸附氙和氪等放射性核素，并使之滯留足夠的時間衰變。

      經(jīng)過充分滯留、衰變后的含氫放射性廢氣，放射性活度大大降低，由核島各通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)稀釋后最終通過電廠煙囪排向環(huán)境，APl000含氫放射性廢氣處理具體流程如圖2所示。

2. 3 非含氫放射性廢氣處理

      非含氫放射性廢氣主要源自于核島放射性區(qū)域的通風(fēng)，包括安全殼、核島輔助和附屬廠房等。安全殼凈化掃氣由安全殼空氣過濾系統(tǒng)的排氣過濾單元處理，經(jīng)過高效過濾器、活性炭過濾器等設(shè)備高效凈化，由電廠煙囪經(jīng)其他通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)稀釋后排放。在正常運(yùn)行期間，輔助和附屬廠房排風(fēng)的放射性活度非常低，APl000簡化的系統(tǒng)、緊湊的核島布置及可靠的設(shè)備足以保證輔助和附屬廠房的排風(fēng)。此類廢氣的產(chǎn)生量亦較常規(guī)核電廠大有減少，因此無需設(shè)置專門的系統(tǒng)收集、處理，一般無需處理即可直接稀釋排放。在某些異常事件下，APl000在保證通風(fēng)區(qū)域隔離的同時，借助安全殼空氣過濾系統(tǒng)排風(fēng)過濾單元對輔助和附屬廠房的排風(fēng)進(jìn)行高效過濾，并維持此區(qū)域微負(fù)壓，最終過濾后的排風(fēng)亦通過電廠煙囪稀釋排放。

2．4 APl00放射性廢氣處理特點(diǎn)

      (1)WGS非能動運(yùn)行。

      APl000放射性氣體廢物系統(tǒng)不含能動設(shè)備，廢氣借助輸入源壓力通過WGS，活性炭延遲床無需動力電源，實(shí)現(xiàn)了單流程、非能動的處理工藝。

      (2)廢氣處理工藝的改進(jìn)。

      傳統(tǒng)核電廠對放射性廢氣的處理通常采用壓縮、儲存、衰變的方式，由空壓機(jī)將放射性廢氣輸送罕廢氣罐儲存衰變，再經(jīng)高效過濾器過濾后排向環(huán)境大氣。對含氫放射性廢氣，APl000核電廠采用活性炭延遲處理工藝，使放射性核素充分滯留衰變后稀釋排放；對非含氫放射性廢氣，APl000核電廠利用直接排放或高效過濾后稀釋排放。APl000較傳統(tǒng)核電廠設(shè)計(jì)理念更先進(jìn)，系統(tǒng)更加簡單，極大降低了投資、維護(hù)和運(yùn)行成本。

      (3)多種防止氫燃、氫爆手段。

      APl000含氫放射性廢氣的處理工藝采用了連續(xù)的氧氣濃度監(jiān)測、溫度監(jiān)測、氮?dú)獯祾叩仁侄危乐褂捎诳諝饴┤攵鴮?dǎo)致的氫燃、氫爆危險(xiǎn)。

      (4)預(yù)期氣態(tài)流出物放射性釋放量小。

      基于保守估算，APl000單機(jī)組預(yù)期氣態(tài)流出物放射性釋放量在滿足國家法規(guī)各項(xiàng)限值的基礎(chǔ)上仍具有較大裕量，如表3所示。由此可見，APl000放射性廢氣處理兼顧了安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、高效的各方面優(yōu)勢。

3 APl000放射固體廢物處理

      放射性固體廢物主要包括廢樹脂、廢過濾器濾芯、干廢物和混合廢物，它們先由核島固體廢物系統(tǒng)收集、暫存，再分批運(yùn)輸至廠址廢物處理設(shè)施進(jìn)一步處理和中間貯存，放射性固體廢物處理流程見圖3。各類放射性固體廢物處理流程的關(guān)鍵點(diǎn)均設(shè)置有攝像頭，便于運(yùn)行人員遠(yuǎn)程操作，監(jiān)控。各類放射性固體廢物處理后分區(qū)暫存于srtf存儲區(qū)，實(shí)現(xiàn)廠址中間存儲，使之充分衰變之后運(yùn)往國家處置小心集中處置。

3．1  放射性廢樹脂的收集與處理

      核島各離子交換器的失效樹脂利用除鹽水沖排至廢樹脂箱暫存衰變，然后由樹脂輸送泵分批向廢物容器填裝并初步脫水，裝滿的廢物容器再由屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)送至SRTF，經(jīng)過深度脫水干燥、裝桶封蓋、超級壓縮、壓餅裝桶、灌漿固化等工藝進(jìn)一步處理。

3．2放射性廢過濾器濾芯收集與處理

      化容系統(tǒng)和乏燃料池冷卻系統(tǒng)等具有較高的放射性水平，其失效過濾器濾芯由過濾器運(yùn)輸罐吊裝、更換和運(yùn)輸，隨后在核輔助廠房直接裝入廢物容器或暫存于儲存管取樣分析后再裝入廢物容器，最后廢物容器由屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)送至SRTF灌漿固化處理。

      電廠的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)過濾器帶有潛在放射性，其失效濾芯由人工更換后裝袋，根據(jù)放射性水平分區(qū)暫存于核島廢物廠房內(nèi)，利用屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器或轉(zhuǎn)運(yùn)箱分批將其運(yùn)送至SRTF，通過四周壓縮、裝桶封蓋、預(yù)壓縮、超級壓縮、壓餅裝桶、灌漿固化等下藝處理。

3．3放射性干固體廢物的收集與處理

      放射性控制區(qū)內(nèi)產(chǎn)牛的固體廢物在其產(chǎn)生地點(diǎn)標(biāo)注相應(yīng)信息，打包裝袋運(yùn)輸至廢物廠房，并根據(jù)放射性水平分區(qū)暫存，再利用大型轉(zhuǎn)運(yùn)箱分批運(yùn)送車SRTF。SRTF分揀系統(tǒng)分揀出可復(fù)用、可就地處置的非放射性物項(xiàng)、有害廢物和大型不可壓縮的放射性廢物。對非放射性廢物可就地處置，對大件不可壓縮的放射性固體廢物采用切割、裝桶、灌漿固化等工藝處理；其余放射性廢物通過干燥、裝桶封蓋、預(yù)壓縮、超級壓縮、壓餅裝桶、灌漿固化等工藝處理。

3．4混合放射性廢物的收集與處理

      放射性控制區(qū)產(chǎn)生的固液混合廢物，采用獨(dú)立的廢物收集桶收集并暫存于廢物廠房，然后利用屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)送至SRTF。對于不可壓縮廢物，直接裝桶灌漿固化處理；對于可壓縮廢物，則通過裝桶、預(yù)壓縮、干燥、超級壓縮、壓餅裝桶、灌漿固化等工藝處理。

3．5 APl000放射性固體廢物處理特點(diǎn)

      (1)廠址廢物處理設(shè)施全廠公用。

      傳統(tǒng)核電廠放射性固體廢物處理系統(tǒng)存在重復(fù)投資大、運(yùn)行維護(hù)成本高、資源浪費(fèi)等缺點(diǎn)。APl000核電廠采用多臺機(jī)組公用SRTF，對放射性固體廢物在廠區(qū)進(jìn)行預(yù)處理、中間儲存，既整合了資源，提高了利用率，也降低了廢物的處理成本。同時，APl000移動式處理設(shè)備也大大增強(qiáng)了廢液處理的靈活度，甚至具備設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下對放射性廢液的處理能力。

      (2)先進(jìn)的處理工藝。

      APl000放射性固體廢物的處理工藝與傳統(tǒng)核電廠大致相同，但其處理流程的自動化程度更高，設(shè)備更先進(jìn)，尤其是分揀、超級壓縮等先進(jìn)工藝的運(yùn)用，使處琿效率更高、效果更好。

      (3)降低工作人員的職業(yè)照射。

      遠(yuǎn)程遙控操作、攝像頭監(jiān)控、屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器等措施貫穿于放射性固體廢物的收集、運(yùn)輸、處理過程中，極大降低了工作人員的職業(yè)照射。

      (4)廢物儲存空間減少。

      APl000核電廠簡化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及高效可靠的設(shè)備使放射性固體廢物產(chǎn)生總量較傳統(tǒng)核電廠更低，單機(jī)組預(yù)期固體廢物產(chǎn)生量僅為136．5立方米／年，詳見表4。超級壓縮等先進(jìn)工藝的運(yùn)用進(jìn)一步減少了廢物的體積，節(jié)省了儲存空間。

4 結(jié)論

      APl000核電廠基于先進(jìn)獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念不僅大幅度提高了電廠的安全性，其先進(jìn)性也貫穿于整個放射性廢物處理工藝，在極大簡化系統(tǒng)、設(shè)備的同時，各方面也得到改進(jìn)和提高：

      (1)采用單流程高效處理，放射性廢物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單；

      (2)處理工藝成熟且先進(jìn)，部分工藝在國內(nèi)尚屬首次；

      (3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)裕量大，能滿足電廠正常運(yùn)行乃至設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下各類放射性廢物的處理；

      (4)采取各種措施極大地降低了工作人員的職業(yè)照射；

      (5)具有良好的處理效果，廠外放射性釋放量在滿足國家法規(guī)限值的基礎(chǔ)上具備較大裕量；

      (6)采用多機(jī)組公用的廠址廢物處理中心及移動式處理設(shè)備，使資源得到充分合理利用。

      放射性廢物處理作為核電廠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一，對降低工作人員職業(yè)照射、減少廠外放射性釋放及保障環(huán)境、公眾安全具有重要意義。APl000放射性廢物處理工藝不僅可降低投資、運(yùn)行、維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)廢物處理的低成本，也有助于保障電廠安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、高效地運(yùn)行。在APl000核電廠投產(chǎn)運(yùn)營后，其放射性廢物處理的各方面優(yōu)勢將得到進(jìn)一步檢驗(yàn)和發(fā)揮。

    參考文獻(xiàn)

[1]林誠格．非能動安全先進(jìn)核電廠APl000．第1版．北京：  原子能出版社，2008．