田湾核电放射性废物处理中心调试

马小强，张祥贵,许建军，陆元志

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222000)

田湾核电放射性废物处理中心(T4UKT)是田湾核电放射性废物集中处理设施，设计处理田湾1～6号机组运行产生的放射性废物(以下简称废物)，作为3、4号机组BOP子项之一，按环保“三同时”项目随田湾3、4号机组建设。

T4UKT是一个综合性的厂房，涉及工艺、电气、暖通、给排水、仪控、机械、辐射防护等多个专业(系统)，其中处理放射性废物的工艺系统有废树脂处理系统(T0KPM)、残液和泥浆处理系统(T0KPN)、干废物处理系统(T0KPG)等6个系统(俗称主工艺系统)。T4UKT采用先进、成熟、可靠的废物减容处理技术，实现了田湾核电放射性废物最小化。

按T4UKT工程专项计划， 2016年11月水、电、气可用， 2017年1月主工艺系统安装完成并移交调试，2017年8月系统完成调试并移交生产。但实际安装进度滞后超过半年。主工艺系统调试实际从2017年8月开始，10月进入调试高峰，12月基本完成调试并移交生产。T4UKT作为“三同时”项目，对3、4号机组装料等重要工程节点的释放存在风险。为了抢回工期，通过调试提前介入，优化安装和调试，采取必要的临时措施等方式，及时完成系统试验，保证了田湾3、4号机组装料节点的顺利实现。

本文主要介绍了T4UKT主工艺系统和调试经验，以及调试期间主要缺陷的处理。

1 主工艺系统简介

1.1 废树脂处理系统

废树脂处理系统(T0KPM)主要功能为废树脂转运、接收、暂存、计量、研磨、烘干、热态超压及水泥灌浆固定等[1-3]。T0KPM系统由5个子系统组成，即：

(1)T0KPM10子系统，废树脂的转运、接收和计量；

(2)T0KPM20子系统，废树脂的研磨；

(3)T0KPM30子系统，废树脂的烘干、装桶、封盖等；

(4)T0KPM40子系统，165 L钢桶超级压缩和桶饼优化装桶；

(5)T0KPM50子系统，200 L桶水泥灌浆固定。

T0KPM主要设备有槽车、输送泵、接收槽、计量槽、研磨机、锥形干燥器、超压机等。

研磨后废树脂粒径d50≤30 μm，烘干后废树脂粉末含水量≤3%。经干燥的废树脂装165 L钢桶后超压。超压时，树脂桶温度不低于120 ℃，超压机压力调至20 000 kN，并保压20 min。超压产生的压饼优化装200 L钢桶后灌浆固定。

1.2 残液和泥浆处理系统

残液和泥浆处理系统(T0KPN)主要功能为残液和泥浆的转运、接收、暂存并蒸发处理。T0KPN系统由两个子系统组成，即：

(1)T0KPN10子系统，残液和泥浆的转运、接收和暂存；

(2)T0KPN20子系统，残液和泥浆的桶内蒸发处理。

T0KPN主要设备有槽车、输送泵、接收槽、桶内干燥器装置等。

采用桶内负压蒸发，桶外电加热，温度不高于200 ℃。单台桶内蒸发装置处理能力约5 L/h，整个系统共设6台蒸发装置。蒸发形成的165 L盐桶送超压机超压。超压压饼优化装200 L桶后灌浆固定。

1.3 干废物处理系统

干废物处理系统(T0KPG)主要功能为接收和处理技术废物。T0KPG系统由两个子系统组成，即：

(1)T0KPG10子系统，技术废物接收、暂存、剪切、分拣和预压等；

(2)T0KPG20子系统，湿技术废物的烘干。

主要设备有分拣箱、桶内压缩机、剪切机和湿废物烘干机。预压机压力200 kN，年处理废物约420 m3。

1.4 废物转运系统

废物转运系统(T0KPD)主要功能为废物厂内运输。T0KPD系统由两个子系统组成，即：

(1)T0KPD10子系统， 165 L废物桶的厂内转运；

(2)T0KPD20子系统， 200 L废物桶的厂内转运。

T0KPD主要设备有辊道、轨道小车和叉车等。

1.5 设备排气系统

设备排气系统(T0KPQ)主要功能是对工艺系统排气进行收集、处理，并通过烟囱向环境排放。

T0KPQ主要设备有风机和高效过滤器。排风量为750 m3/h，主要为T0KPM、T0KPN、T0KPG服务。

1.6 混凝土高完整性容器封盖系统

混凝土高完整性容器封盖系统(T0KPR)主要功能是进行混凝土高完整性容器(HIC)水泥灌浆，即将200 L废物桶装入HIC后灌浆固定。

T0KPR系统由密封材料配制单元、密封材料灌注单元、取封盖单元、清洗水循环单元等工艺单元组成。

2 试验材料

2.1 模拟废物

试验采用的模拟废物有可压缩废物、废树脂、残液和泥浆三种，均为非放模拟废物。其中：

(1)模拟可压废物

可压缩废物为普通棉质、纸质和塑料制品。

(2)模拟废树脂

模拟废树脂为非放核级树脂，与核岛相关系统所用树脂相似，其基本性质见表1。

表1 试验用树脂

待试验树脂在水中充分浸泡24 h后，测得其视湿密度为0.7 g/mL，含水率为52%。

(3)模拟残液和泥浆

模拟残液和泥浆，将工业盐(NaCl)溶解除盐水，配制的模拟残液和泥浆，取样分析总固160 g/L。

2.2 废物桶

试验用165 L钢桶、200 L钢桶和HIC三种，其规格如下：

(1)165 L钢桶：φ500 mm(内径)×850 mm，壁厚1 mm，空桶重16.7 kg。

(2)200 L钢桶：φ560 mm(内径)×844 mm，壁厚1.5 mm，空桶重65.5 kg。

(3)HIC：φ830 mm(外径)×1 150 mm，壁厚100 mm。

2.3 其他材料

T0KPM50系统用的水泥为PSB42.5矿渣硅酸盐水泥，添加剂为Glenium ACE333 塑化剂。

3 主工艺系统调试

T4UKT主工艺系统共设试验项目47项，其中核安全监督大纲试验1项。以下对各系统试验作简单介绍。

3.1 废树脂处理系统(T0KPM)

T0KPM系统试验主要有[4]：

(1)泵组性能试验

对树脂接收泵、树脂输送泵、计量泵、循环泵进行了性能试验，试验介质为除盐水。试验过程中泵组运转无异常，泵组温度、震动、流量、压力等性能指标满足设计要求。

(2)废树脂转运试验

槽车接收树脂前，用0.7 MPa压空进行密封性试验，要求保压10 min。槽车从核岛测接收树脂：相关管线和控制电缆连接后，启动核岛侧废树脂泵(流量最大10 m3/h，可调)，约15 min，共输送树脂约1 m3，多余水返回核岛侧树脂槽。槽车在T4UKT侧卸载树脂：相关管线和控制电缆连接后，启动排水泵向槽车冲水，槽车液位开始上涨时启动树脂接收泵，约25 min后，经管道窥视镜观察，树脂卸载干净。

(3)废树脂调制与输送

废树脂在接收槽按水和树脂体积比1∶1调制，经充分搅拌后输送至计量槽，从计量槽每次按0.5 m3向循环罐输送。传输完树脂后，管线用除盐水冲洗，冲洗水返回树脂接收槽。

(4)废树脂研磨性能试验

从计量槽向循环罐输送0.5 m3树脂(含水50%)，启动研磨机，对树脂进行研磨。树脂通过循环泵从循环罐打至研磨机，经研磨后又返回循环罐，如此循环，实现树脂连续研磨。经过约3 h的研磨，取样测得树脂粒径d50=10 μm，满足树脂粒径d50≤30 μm的要求。研磨过程设备运行无异常，各项性能指标满足设计要求。

(5)废树脂干燥性能试验

将研磨后的树脂输送至锥形干燥器进行干燥，约10 h后完成干燥，取样测得树脂粉末含水率1.4%，满足含水率≤3%的要求[5]。烘干过程设备运行无异常，各项性能指标满足设计要求。

(6)超级压缩性能试验

试验过程采用不同的压缩材料进行压缩机性能验证，分别使用小石子、废树脂、干废物等进行了压缩试验。利用小石子开展了28 MPa保压20 min试验。试验过程系统设备运行无异常，各项性能指标满足设计要求。

(7)水泥灌浆试验

T0KPM50按设计配方配制水泥浆，所配制水泥浆混合均匀、流动性好，满足灌浆操作对水泥浆的要求。灌浆过程，水泥浆液可顺利向位于灌浆站的200 L桶内进行灌浆，灌浆过程通畅无堵塞。系统清洗按设计完成设备清洗。试验过程系统设备运行无异常，水泥灌浆试验中各项性能指标满足设计要求。

3.2 残液和泥浆处理系统(T0KPN)

T0KPN系统试验主要有：

(1)泵组性能试验

对残液和泥浆接收泵、计量等泵组进行了性能试验，试验介质为除盐水。泵组运转无异常，泵组温度、震动、流量、压力等性能指标满足设计要求。

(2)残液和泥浆转运试验

槽车接收残液前，用0.5 MPa压空进行密封性试验，保压10 min。槽车从核岛侧接收残液：相关管线和控制电缆连接后，启动核岛侧残液软管泵(流量最大10 m3/h，可调)，约30 min，共输送残液约5 m3。槽车在T4UKT侧卸载残液：相关管线和控制电缆连接后，启动残液接收泵(流量最大8 m3/h，可调)，残液从槽车转入残液接收槽，约40 min后，经管道窥视镜观察，残液卸载干净。

(3)残液和泥浆桶内蒸发性能试验

分别利用除盐水和模拟残液(NaCl溶液，总固160 g/L)进行了桶内蒸发试验。试验期间过程设备运行无异常，自动控制系统按设计进行动作，各项性能参数满足设计要求。

3.3 干废物处理系统(T0KPG)

T0KPG系统试验主要有：

(1)废物分拣压缩试验

在分拣手套箱内，进行了模拟废物分拣、切割、装桶、预压等试验，其结果满足设计要求。

(2)湿废物烘干试验

分别将含游离水技术模拟废物装165 L、200 L钢桶进行了废物烘干试验，试验过程加热、冷凝、冷却，以及自动控制等满足设计要求。

3.4 废物转运系统(T0KPD)

T0KPD系统试验主要有：

(1)辊道性能试验

使用165 L及200 L钢桶，对辊道机械运行、定位和自动控制进行了试验。试验结果表明辊道性能满足设计要求。

(2)小车性能试验

使用165 L及200 L钢桶，对小车运行、与辊道相互定位和自动控制进行了试验。试验结果表明小车性能满足设计要求。

3.5 设备排气系统(T0KPQ)

T0KPQ系统性能试验主要包括风机性能试验和各用户端排气性能试验(是否能保持设计负压)。风机震动、温升、噪音等，以及各用户点负压满足设计要求。

3.6 混凝土高完整性容器封盖系统(T0KPR)

T0KPR系统试验主有：

(1)HIC取封盖试验

通过数控起重机操作，利用摄像机监视，数控起重机吊装HIC、200 L钢桶、取封HIC桶盖等，按设计自动完成，机械和自动控制满足设计要求。

(2)物料计量试验

通过砝码进行计量校核。

(3)水泥浆制备、灌浆试验

根据设计配方，进行制浆，并将制好的水泥浆注入事先准备好的HIC桶，试验过程水泥浆混合均匀，流动性好，灌浆过程畅通无阻，各项参数满足设计要求。

(4)系统清洗试验

灌浆完成后，启动清洗装置(高压清洗泵等)，对系统进行清洗。清洗后，清洗液目视透明，满足设计要求。

4 调试经验

4.1 组织管理

T4UKT调试隶属于田湾3、4号机组调试队，调试队队长的统一指挥，工艺一组组长全面负责，三废化学组负责主工艺系统，电气组负责动力系统，常规岛组、公用组负责各自专业辅助系统，仪控组负责仪控系统。各专业组设系统工程师，具体负责系统调试和协调管理。其组织机构图如图1所示。

图1 T4UKT调试组织机构Fig.1 T4UKT commissioning organization 注：该组织机构图略去其他相关单位，如施工方，设计方， 采购方等。

4.2 调试准备

T4UKT调试准备主要包括人员准备、文件准备和物资准备。

(1)人员准备

调试主要人员由系统工程师、试验员组成。其中：系统工程师2人，试验员5人。相应人员系统移交调试前1～2年到位。

虽然调试人员不足，考虑调试阶段性特点，投入太多的调试人员，当调试工作结束后存在人员分流压力，因此投入大量专职调试人员不可取。按T4UKT生产规划，其运行和日常维护将委托专业公司负责。考虑以上因素，提前半年以上引入运行和日常维护承包商参加调试。运行和日常维护承包商提前引入并参与调试，解决了调试人员不足问题，同时又对运行和日常维护人员进行了有效的培训。

(2)文件准备

T4UKT调试文件主要有系统设计文件、厂家设备资料，以及由调试队编制的各类调试相关的技术文件，其中调试队负责的相关文件编制于2016年11月上旬全部完成，后续根据调试相关管理要求、现场情况等及时进行了升版。T4UKT调试期间的文件准备，满足试验期间工作开展的需要。

(3)物资准备

根据物资使用要求，进行市场调研，提前策划。尤其涉及特殊、量少，有用特殊运输要求的，必须提前准备。比如，水泥制浆所需的PSB42.5矿渣硅酸盐水泥，国内生产厂家很少，且生产量也少，采购量又少，又需要用水泥罐车运输等，采购比较困难。

4.3 提前介入

工程安装滞后半年以上，对工程总体进度存在风险。为了保证总体进度，在确保安全质量的前提下，调试提前介入，参与设备安装、单调，根据调试需求对安装进行优化，并提出临时措施需求。通过调试提前介入，优化设备安装，在安装阶段发现并解决了系统设计、设备、安装等缺陷，避免了调试期间缺陷大量发生，保证了调试顺利执行和缩短调试工期。

4.4 临时措施

由于设计、采购等原因，导致动力系统、辅助工艺系统、辅助系统等系统不满足系统试验的需要，通过各种临时措施，为主工艺系统试验创造了条件。采取的主要临时措施有：临时用电、临时用除盐水、临时用气、临时用冷却水、临时仪控措施、临时空调等。

5 调试期间主要缺陷及处理措施

调试期间发现的主要缺陷是废树脂堵管缺陷。输送废树脂时，启泵10 s左右泵出口压力升至0.6 MPa，1 min左右升至1.0 MPa并保护停泵。拆开泵出口，发现泵出口发生树脂堵塞。切开相应管线，发现管线内部有密实树脂，如图2所示。

图2 废树脂输送管线堵塞情况Fig.2 Spent resin blocked pipeline

导致树脂堵管的原因为树脂槽内树脂搅拌不均匀和泵后管线设计不合。经搅拌器和管线优化设计，解决了树脂堵管问题，详见表2。

表2 废树脂堵管处理措施

6 结束语

田湾核电T4UKT调试工作顺利完成，所设试验项目全部完成，影响系统运行的缺陷全部解决，试验结果满足设计和运行要求。在工程安装滞后半年的情况下，通过安装、调试优化等措施，用时约5个月完成主工艺系统调试，实际调试耗时不到国内相似工程调试工期的三分之一。田湾核电T4UKT调试创造了核电厂放射性废物处理中心调试最短工期，取得了一定的工程经验，对国内后续类似工程建设有一定的借鉴意义。