某核電站放射性固體廢物暫存庫貨包堆碼方案的分析與論證

伍大偉

摘要：核電站廠址廢物處理設(shè)施，按照國家相關(guān)規(guī)定，必須與主體設(shè)施“三同時(shí)”，尤其是放射性固體廢物暫存庫的設(shè)計(jì)和建設(shè)，對核電站后期運(yùn)行的廢物管理影響重大，影響到庫容量、貯存年限、廢物的裝卸、搬運(yùn)、堆存和回取，如何選取暫存庫的貨包堆存方案尤為重要，本文即從工程角度研究了暫存庫的堆存方案和措施。

關(guān)鍵詞：放射性固體廢物；暫存庫；堆碼；貨包

1.0前言

某核電站按照GB14589-93《核電廠低、中水平放射性固體廢物暫時(shí)貯存技術(shù)規(guī)定》設(shè)計(jì)和建造低、中水平放射性固體廢物暫存庫（60m（長）×17.5m（寬）×14.5m（高）），并按機(jī)組廢物貯運(yùn)、使用需求和輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，庫內(nèi)建造實(shí)體隔離的貯存單元（共計(jì)13個(gè)），經(jīng)過設(shè)計(jì)和論證，采用320L碳鋼桶（￠710mm×1002mm）作為放射性固體廢物整備后的最終包裝容器，采用定位精度為±5mm數(shù)控吊車吊運(yùn)、堆碼320L成品桶，限于篇幅，本文不對暫存庫的詳細(xì)設(shè)計(jì)和布置進(jìn)行論證，僅對同一結(jié)構(gòu)暫存庫暫存該類型廢物貨包時(shí)的四種堆碼方案，從庫容、建造鋼材增量、運(yùn)行維護(hù)、退役及人員受照、建造成本、堆碼安全穩(wěn)定性等方面進(jìn)行分析，最終確定建議方案，并在核電工程建設(shè)的實(shí)踐中進(jìn)行了國內(nèi)首建。

1.1直接堆碼方式

該方案，暫存庫整庫采用4.5m（高）、0.2m（厚）混凝土隔墻分為若干貯存單元，每單元為4.05m（寬）×1.438m（長），每個(gè)單元內(nèi)能布置5列×18行貨包（320L鋼桶裝，后文簡稱成品桶），庫容緊湊，按規(guī)范，設(shè)計(jì)貯存量不應(yīng)少于核電廠三個(gè)月所產(chǎn)生的廢物量，并且不超過核電廠五年所產(chǎn)生的廢物量，最多堆碼5層，最多可存放5900桶（8臺機(jī)組5年的貨包產(chǎn)量，桶布置時(shí)考慮遠(yuǎn)距離數(shù)控吊車抓具操作，后同），布置見簡圖1。成品桶入庫時(shí)，先吊運(yùn)、堆碼第一層，每個(gè)貯存單元堆滿第一層后，再堆碼第二層，按此方式依次堆碼第三、四、五層，相鄰?fù)伴g距預(yù)留50～70mm便于抓具操作。此方案堆碼時(shí)對桶底的結(jié)構(gòu)要求比較高，需要設(shè)計(jì)專門的桶底（卡箍式桶底或桶底內(nèi)凹且大于桶蓋），當(dāng)桶發(fā)生偏移以至于上層桶的重心位置偏移到下層桶蓋直徑范圍之外，桶會(huì)失穩(wěn)傾倒，即上層桶體在任意方向偏移下層桶體超過355mm（桶蓋直徑徑的1/2），桶體即發(fā)生傾倒，因此在吊裝操作失誤和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震情況下，此堆碼方式可能發(fā)生桶傾倒事故，尤其是處于堆碼層邊界的少數(shù)桶，更容易因吊車操作失誤或地震因素傾倒，運(yùn)行時(shí)對成品桶出入庫吊運(yùn)操作要求較高，需盡量防止吊裝操作時(shí)定位不準(zhǔn)、越位吊裝失誤、抓具升降不到位、吊車故障等因素造成桶傾倒或跌落，預(yù)防內(nèi)裝放射性固體物質(zhì)的散落所造成庫內(nèi)污染或人員處理事件所接受的意外照射，但因超過一定強(qiáng)度的地震因素造成成品桶的傾倒或者跌落或不可避免，存在一定的貨包堆碼失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

1.2塔式堆碼方式

該方案，成品桶入庫時(shí)，先吊運(yùn)、堆碼貯存單元第一層，一個(gè)貯存單元堆滿第一層后，再堆碼第二層，第二層的成品桶堆碼在第一層兩個(gè)成品桶中間，按此方式依次堆碼第三、四、五層，形成金字塔式的結(jié)構(gòu)。按照最多堆碼5層，堆碼區(qū)的邊界上，從第5層到下面第4層依次比第1層少堆4、3、2、1個(gè)桶，保持現(xiàn)有貯存單元分區(qū)，最多可存放3180桶（可供4臺機(jī)組5年的貯存需求），取消貯存單元間隔墻，最多可存放5580桶（可供6臺機(jī)組6年的廢物桶貯存），該堆碼方式，不需對桶底結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，在實(shí)體的混泥土隔墻單元內(nèi)即能保證桶自身堆碼的穩(wěn)定性，但對預(yù)防超過一定強(qiáng)度地震時(shí)的桶堆碼失穩(wěn)無效，庫容靈活，暫存庫布置樣式見簡圖2。

1.3 托盤堆碼方式

該方案，采用吊車吊運(yùn)、堆碼成品桶和托盤，先吊運(yùn)、堆碼貯存單元第一層，一個(gè)貯存單元堆滿第一層后，吊車將托盤堆碼在第一層已堆碼的成品桶上，每一個(gè)托盤設(shè)計(jì)15個(gè)成品桶位作為一組（部分區(qū)域需考慮不同規(guī)格的托盤和桶位），依次堆碼第二層托盤和第三層桶，根據(jù)可暫存區(qū)域面積、最多堆碼5層計(jì)算，庫容量最多為5120個(gè)桶，該方案布置方式見簡圖3、托盤結(jié)構(gòu)見簡圖4。

1.4格架堆碼方式

該方案，設(shè)計(jì)專門的鋼結(jié)構(gòu)作為暫存庫永久性的成品桶支撐保護(hù)系統(tǒng)（4.050m（寬）×1.438m（長），每個(gè)貯存單元由4列×16行格架單元組成），成品桶置于格架單元保護(hù)之內(nèi)（每個(gè)格架單元內(nèi)貯存5層桶），格架采用DN100/厚4.5mm鋼管和寬70mm扁鋼焊接框架組件與基礎(chǔ)預(yù)埋板連接而成（或優(yōu)化采用定制的格架零件組裝而成），格架單元中心間距882mm，根據(jù)可暫存區(qū)域、最多堆碼5層方式計(jì)算，庫容量最多為4280個(gè)桶（取消貯存單元間隔墻可增加800個(gè)桶位），該方案布置見簡圖5、6。

3.結(jié)論

通過四種堆碼方案的綜合比較，從以下方面評估并得出建議：

（1）庫容量要求高，在成品桶前后端生產(chǎn)工藝能保證桶及桶底結(jié)構(gòu)適應(yīng)性的前提下，謹(jǐn)慎采用直接堆碼方式，能滿足庫容量、運(yùn)維/退役簡單、投資成本低；

（2）庫容量要求低，可采用塔式堆碼方式（或取消隔墻），能靈活滿足庫容需求、運(yùn)維/退役簡單、投資成本低；

（3）庫容量要求高、穩(wěn)定性要求較高、投資成本能接受，可采用托盤堆碼方式（或取消隔墻）或與塔式堆碼的組合（核電站新建初期采用塔式堆碼），能靈活滿足庫容需求、運(yùn)維/退役較簡單、投資成本較低。

（4）穩(wěn)定性要求很高、庫容量要求較高、投資成本能接受，可采用格架堆碼方式（或取消隔墻），能滿足庫容需求、運(yùn)維/退役較復(fù)雜、投資及退役成本較高。

最終.無論采取何種方式，需獲得審管部門的安全評審認(rèn)可，綜合分析，最終該核電站采用了托盤堆碼的方式。