核電廠離堆放射性廢物處理中心輥道控制

薛艷軍 馬小強 張蘇善

(1. 中電投山東核環保有限公司, 山東 煙臺, 265116；2. 江蘇核電有限公司, 江蘇 連云港, 222042)

離堆放射性廢物處理中心(SRTF)處理的放射性固體廢物主要包含來自核島的干、濕固體廢物和暖通空調(HVAC)過濾器濾芯，這些廢物在核島放射性廢物廠房進行分類裝桶后直接轉運至SRTF廢物暫存間，處理時由叉車轉運至輥道系統，然后經過實時射線成像裝置(RTR)目視檢查、分揀及裝載，預壓、高分率γ譜儀(HRGS)放射性活度檢測、超壓、壓餅裝載、灌漿、封蓋、養護等一系列操作，之后在擦拭去污站對再包裝桶進行桶表面污染和接觸劑量率監測，并最終轉運到320 L桶廢物暫存庫暫存，放射性固體廢物處理工藝流程如圖1所示。

1 輥道輸送系統

1.1 輥道系統概述

輥道輸送系統作為廢物分揀壓縮系統的子系統，貫穿整條放射性固體廢物處理生產線，其功能是按照工藝要求實現廢物桶在處理系統各功能站位之間的傳輸，必要時考慮為廢物桶提供暫存功能。輥道輸送系統因其自動化程度高，運輸能力好，可靠性高，而且在其他行業有成熟的應用經驗，被廣泛運用于核電站廢物轉運工作中。

本文對某核電廠輥道自動模式下的順控邏輯和轉運路線進行分析，并針對其在實際操作過程中遇到的順控邏輯缺少及不完善等問題，給出優化和解決方案，使之滿足今后實際生產運行需要。輥道輸送系統布置圖如圖2所示，其中帶圈數字表示輥道號。

1.2 輥道功能

輥道輸送系統共包括V類54個單獨的輸送輥道，其中V類輥道中每類輥道的功能都不一樣。I類輥道為90°頂升旋轉臺共4臺，保證所輸送的物料能直線輸送和旋轉90°方向輸送；II類輥道為360°旋轉臺共3臺，保證所輸送的物料能直線輸送和旋轉90°方向輸送；III類輥道為直線輸送輥道共32臺，負責物料的直線輸送；IV類輥道為重載積聚式輥道共14臺，負責物料的積聚；V類輥道為360°擦拭去污旋轉臺1臺，此輥道可以把物料頂升后360°旋轉[1]，輥道詳細列表見表1。所有輥道均為鏈條傳送，可通過中央控制系統人機界面進行手動或自動操作，使物料按設定的路線前進，完成物料的傳輸任務。

1.3 輥道設備組成

輥道主要由機架、鏈輪傳動系統、輥筒組件、護罩和電器元件組成，其中I、II、V類輥道還帶有旋轉減速電機、齒輪傳動機構和回轉機構。

圖1 放射性固體廢物處理工藝流程圖

圖2 輥道輸送系統布置圖

另外，I、V類輥道都帶有頂升機構，I類為氣缸頂升，V類為電動頂升。每臺輥道電機均配有通訊管理機馬達保護器，具備電機控制和保護功能及參數測量和顯示功能，其控制系統采用過程現場總線分散型外圍設備(Profibus DP)網絡協議與低壓配電室通訊管理機可編程控制器(PLC)建立連接，然后通過網線與PLC1和中央控制系統環網進行通訊，由此實現輥道的遠程控制。

為使桶在輥道上各個工位間平穩、準確傳輸，輥道采用接近開關和光電開關，用于提升、旋轉輥道到位檢測及輥道上廢物桶定位，并在傳輸中實時向PLC反饋輥道和廢物桶位置信息。

1.4 順控邏輯

輥道控制方式分為手動和自動兩種：手動控制是針對單個輥道的在人機界面的所有單步操作；自動控制是按預定程序實現工藝流程中某一部分功能的控制流程，每個自動控制流程設置為1個順控邏輯，并以相應傳感器檢測到廢物桶而停止。輥道自動控制共有28個順控邏輯，各自以字母+數字代碼表示，只有當預設條件滿足時，才能啟動相應的順序控制，將廢物桶輸送到指定地點，各順控邏輯對應的廢物桶轉運路線如表2所示。

1.5 控制流程

根據放射性固體廢物處理流程及實際生產情況，結合輥道順控邏輯，可得出200 L桶可壓縮廢物、200 L桶不可壓縮廢物、HVAC廢濾芯及320 L再包裝桶的處理控制流程，如圖3～6所示。

表1 輸送系統輥道列表

表2 輥道順控邏輯

圖3200L桶可壓縮廢物處理控制流程

圖4 200 L桶不可壓縮廢物處理控制流程

圖5 HVAC廢濾芯處理控制流程

圖6 320 L再包裝桶處理控制流程

2 存在問題及改進

2.1 存在的問題及原因

目前輥道順控邏輯基本實現了廢物桶轉運流程的自動化，但由于設計時未充分考慮固廢處理工藝流程的特點及實際生產需求，仍存在部分工藝流程缺少順控或順控不完善的問題，導致相關操作需切換至手動模式，增加了人因失誤的幾率，必要時還需人工進行干預，極大地影響固廢處理效率。

存在的主要問題有：

(1) 200 L桶可壓縮廢物超壓流程順控不完善；

(2) 320 L桶不可壓縮廢物灌漿流程無順控；

(3) HVAC廢濾芯預壓流程無順控。

2.2 200 L桶可壓縮廢物超壓流程順控優化

超壓機優選臺可同時存放8個壓餅，因此200 L廢物桶在HRGS檢測站完成核素檢測后可臨時存放在超壓等待輥道32～35及42～45上，積聚8個廢物桶后集中進行超壓，而目前順控邏輯只有D7a(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道42)和D7b(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道32)。

因廢物桶轉運至剩余等待輥道無相應的順控邏輯，不能實現廢物桶自動模式下轉運至剩余等待輥道的需求。如果使用手動模式轉運，因手動模式下光電開關未設置信號連鎖，存在廢物桶到位后不能觸發光電開關自動停止輥道的問題，導致廢物桶不能精確定位，極易造成廢物桶在積聚時出現碰撞的情況，因此就地需安排人員配合中控室人員進行操作，但這樣勢必會增加現場人員受輻照劑量。

改進方案：

(1) 增加超壓等待輥道順控邏輯D7c～D7h，分別為D7c(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道43)、D7d(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道33)、D7e(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道44)、D7f(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道34)、D7g(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道45)、D7h(將桶從旋轉轉盤36轉運至輥道35)，經過HRGS檢測完成的桶可依次執行相應順控轉運至剩余等待輥道。

(2) 增加超壓等待輥道轉運至超壓機的順控邏輯E2(將桶從輥道32轉運至超壓機入口輥道87)，同時給輥道32～輥道35及輥道42～輥道45的光電開關設置信號連鎖。

實際操作中，廢物桶經HRGS檢測完成后，先在自動模式下執行D7a～D7h，待等待輥道排滿8個桶后，執行E1或E2將廢物桶轉運至超壓機入口輥道，轉運后的空位由剩余廢物桶手動轉運至輥道32或42進行補充，重復執行E1或E2，直至8個桶全部轉運完成。

優化后的200 L桶可壓縮廢物處理流程見圖7，后續廢物桶經超壓成為壓餅后裝載至320 L桶內再進行灌漿處理(圖6流程)。

圖7優化后的200L桶可壓縮廢物處理控制流程

2.3 320 L桶不可壓縮廢物灌漿流程順控優化

根據放射性固體廢物處理工藝流程，將不可壓縮廢物裝入320 L桶后，由叉車轉運至大件廢物切割間入口輥道28，然后經輥道輸送至HRGS檢測站，活度檢測完成后再退回至大件廢物切割間，接著由叉車轉運至擦拭去污站，再經輥道倒回灌漿站進行灌漿處理，但目前輥道自動控制模式只有從灌漿站到擦拭去污站的相關順控F3→F5→E7，而無反向順控。

目前的實際生產情況為：將不可壓縮廢物和違禁品都裝入200 L桶，首先由叉車轉運至入口輥道2，然后經RTR、HRGS檢測完成后輸送至超壓站(見圖4流程)。在超壓站直接由壓餅抓具轉運至壓餅裝載站，隨后裝填至320 L桶再進行灌漿流程(見圖6流程)。與使用320 L桶裝載不可壓縮廢物直接進行灌漿相比，這樣做不僅降低了廢物填裝體積，還增加了200 L桶的消耗，在放射性廢物最小化和核電站生產成本控制上均無優勢。因此需重新建立順控，以實現自動模式下320 L桶不可壓縮廢物的灌漿流程。

改進方案：

增加擦拭去污站到灌漿站的反向順控邏輯F8(將桶從擦拭站轉運至灌漿站)。優化后的320 L桶不可壓縮廢物處理控制流程為：H7→D2a→D8→叉車轉運→F8→F3→F5→E7→G1，如圖8所示。

圖8 優化后的320 L桶不可壓縮廢物處理控制流程

2.4 HVAC廢濾芯預壓流程順控優化

核島及SRTF廠房暖通系統產生的空氣過濾器芯正常尺寸為610 mm(高)×610 mm(寬)×343 mm(深)，比200 L桶稍大(直徑560 mm)，因此需要在HVAC濾芯擠壓機進行初步擠壓，使變形后的濾芯能夠裝入200 L桶。擠壓完的濾芯尺寸高度會降低為原尺寸的2/3～1/2，裝入200 L桶后，原寬度變為高度，因200 L桶高度僅為850 mm，所以1個200 L桶只能裝1個廢濾芯，為提高廢物桶裝載率，需要在預壓站對濾芯進行進一步減容。

目前從大件廢物切割間進入分揀手套箱的順控只有H7(將桶從大件廢物切割間入口輥道28轉運至HRGS等待輥道26)，缺少從輥道26轉運至分揀手套箱的順控，無法實現自動模式下HVAC濾芯的預壓流程。

改進方案：

增加HVAC濾芯擠壓機到分揀手套箱的順控邏輯B4c(將桶從輥道26轉運至分揀手套箱入口輥道22)和反向順控C18(將桶從分揀手套箱入口輥道22轉運至大件廢物切割間入口輥道28)。完善后的HVAC廢濾芯處理控制流程為：H7→B4c→B6→B12→C18→H7→D2a→D7→D7a→E1，如圖9所示。

圖9優化后的HVAC廢濾芯處理控制流程圖

3 結語

本文通過對某核電廠離堆放射性廢物處理中心輥道輸送系統順序控制進行優化，解決了順控邏輯不完善和輥道自動控制非連續的問題，實現了放射性固體廢物處理各工序間的有效銜接和全過程自動化。200 L桶可壓縮廢物處理流程的優化，實現了8個廢物桶自動積聚和連續輸送，滿足超壓機連續處理能力20 桶/h的前提條件，相比優化前單桶依次超壓的處理效率提高了約43%(如采用單桶依次超壓額外增加了壓餅抓具等待時間，每小時只能超壓14 桶)，同時還避免了操作人員手動積聚廢物桶發生意外后的現場干預，減少了人員與放射性廢物接觸的幾率。320 L桶不可壓縮廢物處理流程及HVAC廢濾芯處理流程的優化則分別提高了廢物裝載率44%和100%(相同裝載高度下，320 L桶比200 L桶多裝載88升廢物；HVAC廢濾芯預壓后能再多裝一個濾芯)，滿足《核電廠放射性廢物管理安全規定》[2]中關于放射性廢物最小化的要求，同時進一步降低了200 L桶的消耗，從運行生產安全和成本控制的角度來講，該優化方案在同類核電站中也具有一定的參考和應用價值。