三门核电废树脂处理的若干问题和建议

靳海睿 祝茂纲

摘 要

本文简要介绍了三门核电当前的废树脂处理工艺过程，然后分析讨论了当前处理存在的一些问题，并提出了针对性的改进建议。

关键词

三门核电;废树脂;处理;问题;建议

中图分类号： TM623           文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.006

0 引言

三门核电是国内首家采用热态超压技术处理废树脂的核电厂。废树脂处理系统经过调试、预运行和一段时间的实际运行后，积累了一定的运行经验，也发现了一些问题。本文就三门核电废树脂处理过程中发现的问题进行了分析讨论，并提出了针对性的改进建议。

1 废树脂处理工艺过程

三门核电废树脂处理采用热态超压技术。废树脂在核岛从化学和容积控制系统（CVS）、乏燃料池冷却系统（SFS）、放射性液体废物处理系统（WLS）中卸载出来后暂存在两个有效容积约为7m3的废树脂箱，暂存一段时间后（暂存时间根据箱体剩余储存容量和CVS/SFS/WLS运行状态决定）通过有效容积为1m3的屏蔽转运容器从核岛转运至厂址废物处理设施（SRTF），然后水力输送至两个有效容积为6m3的废树脂缓冲罐，再经废树脂计量罐计量后打至锥形干燥器，在其中用160℃热油进行真空（真空度-300～-60mbar）干燥。废树脂计量罐和锥形干燥器配套设置，三门核电目前只安装了一套，另外预留了一套的安装位置。

在干燥之前，需向废树脂投加粉末状树脂添加剂，以利于后期形成致密紧凑的压缩饼并减小压缩饼的回弹率，添加剂添加比例为22%～25%（重量），通过专设的开袋装置和添加剂箱计量添加。在干燥处理的末期，树脂混合物的最高温度为120℃。树脂混合物的干燥时间大约为250min，混合物最终干燥到剩余水分≦4%（重量）。

干燥完之后废树脂从锥形干燥器装填至160L桶中，然后加盖立刻送往超压站进行超压。超压机压力设定为680t，160L桶不钻孔，活塞速度约15cm/min，保压时间15min。超压完成后压缩饼选择性装入200L钢桶中进行灌浆固定。

在干燥完成后的废树脂装填入160L桶过程中，为了防止放射性物质从锥形干燥器内释放到环境中，锥形干燥器内压力需保持在950mbar左右。此外，装有热态废树脂的160L桶顶部会有因空气自然对流形成的废树脂气溶胶，因此，在从锥形干燥器到超压站的转运辊道上方专设了一个通风罩，将废树脂气溶胶集中收集并送往SRTF工艺废气处理系统。

干燥废树脂的减容因子约为1.5（干燥前的脱水废树脂与干燥后的干废树脂/添加剂的混合物的比值），超压的减容因子约为1.25，完成灌浆后的总减容因子约为1.41。

2 问题和建议

三门核电废树脂处理工艺过程当前存在如下问题：

（1）核岛废树脂箱和屏蔽转运容器有效容积太小

根据设计，核岛CVS/SFS/WLS每个换料周期废树脂预期产生量约为12.8m3，最大产生量约为23.3m3，如CVS/SFS / WLS树脂床一次性全部更换（备用床除外），废树脂产生量约为8.9m3。废树脂由于需要水力输送的原因，正常情况下在废树脂箱中和水以1：1的比例混合储存，所以两个有效容积为7m3的废树脂箱最多只能储存7m3的废树脂。因此，如将单个废树脂箱的有效容积提高到9m3，则两个废树脂箱可以接收CVS/SFS/WLS树脂床一次性更换下来的全部废树脂。

同理，有效容积为1m3的屏蔽转运容器，每次最多只能装载0.5m3废树脂，如此将核岛一个废树脂箱的树脂清空至少需要转运7次。如果将屏蔽转运容器的有效容积从1m3提高到2m3（考虑有效容积增加后屏蔽转运容器整体的重量和存放空间），则可将废树脂转运次数减半。

综上，增大核岛废树脂箱和屏蔽转运容器的有效容积，对电站来说，运行负担和废树脂转运、处理压力都会减小很多。

（2）核岛废树脂转运管道容易堵塞

三门目前设计的核岛废树脂转运方式是批次装载转运，装载方式也是非连续的批次装载。转运路径大致是废树脂箱→固定管道1→废树脂输送泵→固定管道2→快速接头→专用软管→屏蔽转运容器。其中固定管道1的部分在转运期间很容易发生堵塞，原因是废树脂装载时不是边装载边脱水，而是先装载后脱水然后再装载再脱水，直到屏蔽转运容器高物位触发。在此过程中每次停止装载会有不少废树脂沉积到部分的固定管道1，尤其是当其中含有沸石（WLS深床过滤器介质）时。发生堵塞后每次只能通过反复反冲洗解决，处理效果差、效率低。如将废树脂装载方式变更为边装载边脱水，则只需在每次装载完成后对转运路径上的管道进行冲洗/反冲洗，可大幅降低装载过程中管道发生堵塞的频率，提高装载效率。

（3）SRTF侧废树脂转运接口太过复杂

三门目前设计的SRTF侧废树脂转运接口是整装装料接头形式，每次对接只需将屏蔽转运容器停到指定位置，后续对接均在SRTF主控室远程操作完成。如在装料接头各功能模块运行正常情况下，此接口是利于SRTF运行操作的。但如果装料接头某个功能模块发生故障，维修复杂，费时费力，还有可能需要将整个装料接头解体。根据运行经验，装料接头故障时有发生。如果将其变更为与核岛一样的快速接口，则不会存在这样的问题。且根据运行经验，变更为与核岛一样的快速接口后，对接人员完成对接工作造成的集体剂量很低。

（4）粉末状树脂添加剂的添加必要性有待进一步论证确定

根据汉莎相关设计文件，废树脂干燥时添加粉末状树脂的目的是利于后期形成致密紧凑的压缩饼并减小压缩饼的回弹率。在实际干燥時，废树脂在锥形干燥器中不间断搅拌，根据三门的运行经验，干燥结束后会形成不少粉末状树脂。此外，比利时Tihange核电厂成功地测试了通过减小超压力而不添加添加剂的废树脂热态超压处理方法[1]。因此，建议进一步论证分析不添加粉末状树脂的废树脂热态超压处理方式的可行性，如确定可行，可根据最终减容比确定是否添加粉末状树脂添加剂。

（5）粉末状树脂添加剂添加管道容易堵塞

三门目前设计的粉末状树脂添加方式是在开袋装置处手动添加，然后气动运送至添加剂箱，批次计量添加。开袋装置末端设置了添加剂混合装置，运送过程中会启动，以防止开袋装置中添加剂结块。开袋装置在SRTF三层，添加剂箱在二层。容易发生堵塞的位置是开袋装置到添加剂箱的部分管道。堵塞原因初步分析一是树脂粉容易受潮发生板结，二是添加剂混合装置的作用十分有限，如果树脂粉发生板结，添加剂混合装置破块的效果不明显。建议更改添加剂混合装置的选型，或增加加药口，直接采用手动称重通过加药口添加树脂粉至添加剂箱的方式。

（6）废树脂干燥后装填的160L桶自动加盖成功率需进一步提高

三门目前设计的废树脂干燥后装填的160L桶加盖方式为自動加盖。160L桶先通过辊道运送到指定位置，然后加盖装置自动下压加盖。因160L桶桶盖内径（511mm）只比桶外径（505mm）大6mm，因此自动加盖装置对160L桶停泊位置精度要求很高。根据运行经验，经常发生因160L桶停泊位置超出允许范围导致自动加盖失败。建议通过适当增大160L桶桶盖内径来提高160L桶自动加盖成功率，或直接采用手动加盖。

（7）废树脂超压力、活塞移动速度、保压时间和压缩饼高度、反弹率之间的量化关系待确定

三门目前设计的废树脂干燥后超压力是680t，活塞移动速度约15cm/min，保压时间15min。实际执行超压时可根据需要自行设定超压力、活塞移动速度和保压时间。三门目前正在尝试建立超压力、活塞移动速度、保压时间和压缩饼高度、反弹率之间的量化关系。待此量化关系确定后，可找出最优解，即在压缩饼高度和反弹率合计最小时的超压力、活塞移动速度和保压时间。

3 结束语

三门核电的废树脂热态超压处理虽然存在上述不少问题，但与M310机组的水泥固化和山东海阳的脱水装HIC桶处理方式相比，仍具有明显优势，水泥固化和脱水装HIC桶处理减容比小于1，而热态超压处理减容比大于1。但是因三门核电是国内首家采用热态超压技术处理废树脂的核电厂，欠缺足够的系统运行经验，运行人员也未能参与到设计审查环节，因此，上述问题未能在系统设计固化前及时提出，考虑到成本和代价，上述部分建议三门核电当前也很有可能实施不了。所以，希望后续计划采用热态超压技术处理废树脂的核电厂，能从本论文中汲取有用建议。

参考文献

[1]Henning Fehrmann，Mannheim：Hot Resin Supercompaction the development through the years：Germany：Waste Technology， 2014.59（4）：228-234.