放射性固体废物产生量评价指标在秦山核电的应用

2022-05-11徐宏明

山西化工 2022年2期

张金，徐宏明

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

引言

广义上的中、低放射性废固体物产生量包括了三个部分：一是电厂已整备完成具备最终处置条件的货包；二是初步整备的中间容器；三是未整备的放射性废物（原生废物）。这个值能有效地反映出电厂的放射性废物管理水平，并对于放射废物的日常管理、政策制定有着重要的作用。但是受制于不同电厂的系统工艺设计、技术路线与管理模式不同，固体废物产生量的统计方式、统计口径有着较大的差异。这使得电厂在评价自身整体废物管理水平以及与其他电厂进行管理对标时造成了一定的障碍，很难进行衡量。《中国核电运行电厂放射性废物产生量评价指标确立方案》[1]（以下简称确立方案）的发布为解决这个问题提供了一个思路。秦山核电基于该方案并结合各电厂放射性固体废物的处理工艺，确立了自己的评价方法。

1 秦山核电放射性固体分类管理介绍

核电厂日常运行过程中，其放射性主要来源于堆芯裂变反应所产生的裂变产物、活化产物及腐蚀活化产物。核电厂的日常固体废物与乏燃料相比具有体积份额很大，但放射性份额很小的特征[2]。按照《放射性废物分类》[3]（GB 9133—2018）中的分类标准，电厂的日常固体废物均属于中、低以及极低放射性废物。在核电厂放射性固体废物管理中，根据放射性固体废物的来源及整备方式不同，一般又可分为工艺废物、技术废物和其他废物。其中工艺废物指的是核电厂运行中工艺系统产生的废物，包括蒸发浓缩液、废树脂、废水过滤器芯子、通风系统过滤器芯子、淤积物、重水蒸汽回收系统废分子筛等。技术废物指的是核电厂运行中由于人员和维修活动中产生的废物，主要包括个人防护用品、受到放射性污染的报废工器具、设备部件等。电厂产生的除工艺废物、技术废物以外的其他废物一般指放射性物质污染的废油、废清洗剂和其他有机废液等。根据后续整备的不同工艺路线，每种放射性固体废物分类，如图1所示[4]。

图1 放射性固体废物分类图

2 原生废物及换算因子

保持其产生状态和数量的废物，即未进行超压/固定/焚烧等处理的废物被统称为原生废物，如第259 页图2 所示，待整备废物与无计划整备废物皆为原生废物。基于原生废物的产生形式、接收状态各不同，想要将其归一化统计较为困难，为此，《确立方案》中提出了换算因子的概念，即：

换算因子＝原生废物产生量／预估货包产生量

其中，原生废物因其在产生时的形态不尽相同，其使用的计量单位也有所差异，如：技术废物普遍采用的计量单位为重量单位“t”或“kg”；废树脂，浓缩液，分子筛等流体或小颗粒状工艺废物采用体积单位“m3”；水过滤器，通风滤芯等设备类工艺废物采用数量单位“个”；预估货包产生量统一采用体积单位“m3”。所以，换算因子与减容比没有直接关系，只有在原生废物也采用体积单位时，换算因子与减容比数值相同。

换算因子是基于电厂对不同放射性废物的整备工艺得出的系数，预估产生的货包量在体积和重量上相较于原生废物都有可能增大或者减小。如：对于可压缩的技术废物来说，采取的是压缩或者超级压缩的整备工艺，其在重量上略微增加（桶以及固定材料重量），在体积上则会减少，特别是在采取超压工艺时平均减容比能达到4.5；对于通风滤芯来说，现阶段采取的框架清洁解控，滤棉滤纸压缩打包的处置工艺，其在重量和体积上均会减少；而对于废树脂来说，因为采用了固化的工艺，预计货包产生量无论在重量或者体积上均会增加。

3 秦山核电放射性固体废物产量统计方式介绍

3.1 统计原则

秦山核电的放射性固体废物统计表格可大致分为4 个模块，如图2 所示。其中框1 为各类型放射固体废物的细分。框2/3/4 为整个表格的主体部分：其中框2 为除待解控废物外，电厂所有放射性废物的原始产生量；框3 包括了能够满足电厂固废暂存库贮存条件并且已经入库的废物货包；框4 为电厂待解控废物的产生量统计。

图2 秦山核电放射性固体废物产生量统计示例

秦山核电在进行放射性固体废物产量统计时，其表格条目会依据图1 中放射性固体废物分类及各电厂自身的整备工艺路线来细分或合并。如：秦山核电在分拣≤2 mSv/h 的低剂量率技术废物时，会以图1 中细化分类4 级来实施，但在统计时仍只以是否可压来区分，只在货包编码上标注是否可燃。

为了使放射性废物产量统计的精确性更强，所有的待清洁解控废物会从原生废物中单列出来，在秦山核电，待清洁解控废物指的是空气过滤器框架、未被放射性污染的APG 树脂及通风过滤器活性炭。而最终货包产生量在不仅包括了技术废物、工艺废物的水泥固定体或固化体等能够满足最终处置要求的货包，还包括了经过一般压实打包的200L 金属桶（中间容器）。

3.2 秦山核电整备工艺介绍

依据秦山核电各电厂废物处理工艺，一厂、二厂和方家山都配套建有水泥固化线，四个电厂都配有压实打包设备。其中，水泥固化线一般用于处理浓缩液、废树脂、废过滤器芯子和高剂量率废物等。浓缩液固化处理，废物增容比约1.7～2.2；废树脂固化处理，增容比废物增容比约2.3～3.0；外表接触剂量率＞2 mSv/h 的废水过滤器芯子用水泥浆固定在400L 钢桶、C1 或C4 水泥桶内，废物增容比约2.5～14；外表接触剂量率＞2 mSv/h 的高剂量率废物水泥固定处理，废物增容比为2～2.5。压实打包系统用于处理表面剂量率≤2 mSv/h 的杂项干废物，在秦山核电指的是各类技术废物、烘干后的低剂量率废水过滤器滤芯、通风过滤器拆解后的过滤材料等。经一般压实打包的干废物减容比约3～4，装入到200L 金属桶，不能直接处置；200L 金属桶经过超级压实后，形成的废物饼装入400L 金属桶灌浆固定后符合处置条件，最终减容比为4.5[5]。

3.3 换算因子的建立

换算因子是基于不同电厂对图1 中各类型放射性废物的整备工艺及差异化的操作规范得出的系数。所以，对于不同机组来说，就算同一类型废物的转化因子也可能不相同。部分转化因子因涉及到电厂的敏感信息，只以高中低来标识，详见第260 页表1 及其说明。

表1 秦山核电各生产单元转化因子表

备注说明：

1）杂项废物，采取了可燃与不可燃分开打包的策略，但在压缩工艺上没有区别，所以通用一个转化因子；

2）四个生产单元在装填技术废物时的控制量不同，即最后得出的转化因子也不同，可压废物约为0.5，不可压废物约为0.6；

3）湿废物采取的是烘干后再打包的整备手段，所以采用与可压缩废物同样的转化因子；

4）废树脂、浓缩液等需要固化的工艺废物因各个电厂的配方不同，故转化因子也不同，废树脂一般约为0.4，浓缩液约为0.5。其中秦一厂的废树脂采取的是暂存在树脂罐的工艺，其转化因子为估计值。秦三厂不产生废树脂；

5）≤2 mSv/h 的废水过滤器芯子采取的是拆解后打包的工艺。秦一厂与方家山因采用了超压工艺，能将废水过滤器压成桶饼后装400L 桶，所以能达到比秦二厂更高的压缩比。

6）＞2 mSv/h 的废水过滤器芯子采用的是直接固定的整备工艺，秦一厂与方家山因采用多芯支架固定在400L 桶内的整备工艺，相比较秦二厂C1、C2水泥桶固定的方式能够得到更高的包容比[6]。

7）秦三厂因堆型不同，废水过滤器滤芯均采用的是装入水泥容器固定的整备工艺。在计算高/低剂量率废水过滤器芯的转化因子时，针对容器的不同孔数（1、3、8 孔）确定了不同的转化因子。

8）通风滤芯采用的是拆解后，过滤滤芯材料打包，金属框架金属解控的整备工艺，故在统计时放射性废物的产量实际是滤芯材料，如滤棉、胶等的产量，通常能得到比较高的转换因子。

9）放射性分子筛与有机废物的技术整备路线尚未确定，目前都处于暂存的状态，所以将转化因子设为1。

3.4 加入预估废物产生量指标后的优势

秦山核电原来采用的废物产生量统计方式为：已整备贮存的放射性废物量（废物货包）+各类型原生废物的分项统计。该统计方式的主要特点为统计节点清晰，在与本机组进行纵向对比时，各原生废物的分项产生量趋势清晰，能较好的反应出最小化措施对于电厂某项废物减容的贡献。但因为原生废物的物理形态不尽相同，计量单位差异较大，且转化为最终货包需要生产条件与时间，而单单对比废物货包产生量指标（图2 框3）又会有较大的失真，所以，很难依据此统计年度固体废物产生量指标来评估电厂整体的放射性固废管理水平，特别是在与其他机组进行横向比较时，更难发挥出应有的作用。

通过放射性固体废物转化因子的建立，所有原生废物能归一成统一的体积单位，这使得预估货包产生量能够纳入废物产生量统计中。新统计方式在继承了原方式优点的情况下，一定程度上解决了原先整理评价能力弱的问题。预估废物产生量指标的建立也为不同机组间放射性废物最小化对标提供了非常具有参考性的值。

3.5 效果评价

自2019 年7 月以来，秦山核电开始采用加入预估货包的固废产量统计模式。从数个月的实际统计数据来看，预估货包产生量的值与整备货包量的值相差较大。原因如下：由于原生废物的统计节点为经过预处理后，其反应废物产量的时效性要好于整备货包的时效性。如，废树脂接收后往往会在废树脂储存罐中存放数月才进行固化。这造成了一个较大的树脂货包产生量数据会在固化当月产生，而预估货包产量则按时间分布到各个接收的月份中。

新的统计方式使得放废管理人员对于电厂的固废产生量趋势有了更清晰的认识。从原生废物的角度来进行货包产生量的预估相当于将统计节点前移。预估产生量相较于整备货包量更贴近电厂的实际运行，这使得固废管理人员能够更直观判断电厂运行状态对废物产生量的影响。