核電站水池及壓力容器內異物打撈技術分析與實踐

蔣磊 (遼寧紅沿河核電有限公司， 遼寧 大連， 116000)

根據國內核電站的運行經驗，機組在檢修期間存在異物進入反應堆水池、構件水池、乏燃料水池以及壓力容器的風險。異物是指系統中本不應該存在實際存在的影響系統運行質量和安全的物質，這些異物根據存在的位置可分為漂浮物、懸浮物、沉積物。

對于漂浮物的處理較為容易，一般用抄網即可完成打撈，另外系統內有撇渣器也可進行清理；懸浮物的處理，一般可利用水過濾系統進行清除，也可以外加系統設備進行水過濾清理；對于沉積在水底的固體異物，一般利用專用工具進行打撈，對于不影響運行和核安全的異物，經過保守評估后可不作處理。

本文針對懸浮物、沉積物兩類異物的打撈處理方法進行分析，以期對我國核電站水池及壓力容器內異物的打撈工作有所幫助。

1 異物打撈方法

國內核電站處理水池以及壓力容器內異物的打撈方式目前主要有：重錘粘取法、水凈化法[1-2]、真空吸取法[3]、氣動夾鉗夾取法[4]等。此外還有水下機器人打撈，該方法不常見，本文不討論。

1.1 重錘粘取法

此方法的專用工具為不銹鋼重錘，約2 kg。使用時將無鹵膠帶反貼于重錘下面，做好固定，利用繩子將重錘放入水中，將異物定位后，用重錘壓住，利用膠帶的粘性將其粘住，然后取出；或在重錘上安裝磁鐵，利用磁鐵的吸力將具有磁性的金屬異物吸取，然后取出。

重錘粘取法主要特點：

(1) 操作特點：打撈工具組裝快速簡單，約10 min完成組裝，1～2人約1 h可完成打撈。

(2) 定位要求：重錘對較小的異物在水池難于進行定位粘取，利用磁性吸取定位要求相對于較低，該工具可通過不同形式的設計可到達各類空間進行打撈，空間和環境要求較低。

(3) 打撈范圍：此方法打撈能力受限于膠帶的粘力或磁鐵的吸力。粘取法對于材質沒有要求，范圍較廣，但是可打撈異物重量約<100 g；而磁力法僅能打撈磁性金屬異物，重量根據磁力而異，可達1 000 g。

(4) 異物落入風險：該方法工具簡單，部件少且相對牢靠，引入異物風險低。但是由于膠帶粘性、磁鐵吸力在水中對異物粘力和吸力不穩定，極易發生異物掉落的情況，在利用此法打撈時，應提前加工相應的異物收集籃，將異物和重錘一同放入籃中打撈出水。

1.2 水凈化法[1-2]

此方法使用的專用工具主要代表為UFV-260型水下過濾器。使用時利用行車將設備放入水中，設備將水進行循環過濾，除去水中雜質。

水凈化法主要特點：

(1) 操作特點：以UFV-260為例，該專用工具主要由潛水泵和過濾器組成，設備重量約200 kg，安裝人員需經專業培訓，過程較為復雜，從組裝到下水，至少1 h。根據水質和其處理能力，凈化水中雜質時間不能有效估算，至少在5小時以上，整個過程需要人力約7人。

(2) 定位要求：該設備主要用于凈化水中雜質，并不針對特定異物進行打撈，故對異物定位要求低。由于該設備體積較大，適用于位置較為開闊的空間。

(3) 打撈范圍：該設備利用水泵和過濾器進行水過濾，適用于水中較小的懸浮物，泥沙類的沉積物有一定的清理作用。

(4) 異物落入風險：設備部件較多，引入異物的風險較大，在設備入水前需對設備松動部件進行全面檢查并做好記錄。對于吸入的異物重新落入的風險不大，可不考慮。

1.3 真空吸取法[3]

此方法使用的專用工具代表為輕型水下真空系統(LUVS)。將異物定位后，利用LUVS真空泵產生吸力將異物吸取住，然后通過異物收集籃取出異物。

真空吸取法主要特點：

(1) 操作特點：該專用工具操作人員需具備操作技能，整個設備重量約11.5 kg，組裝過程相對簡單，半小時即可完成設備組裝，打撈過程需至少5人，整個過程一般<3 h。

(2) 定位要求：對于不同位置的異物定位要求不同，肉眼不可見的情況下需要水下攝像機配合定位，其設備直徑約19 cm，小于乏燃料池格柵間距，核電內一般區域均可達，對于難以達到區域可設計專用吸嘴進行異物打撈。

(3) 打撈范圍：根據設備特點，能吸取2 g～2 kg的物體，打撈異物的范圍較廣。

(4) 異物落入風險：該設備的組裝過程中需要使用插銷等松動部件，引入異物的風險相對較高，入水前需對設備松動部件進行檢查，并登記。該設備僅適用于水下操作，需在水下將吸取的異物放入收集籃中或與收集籃一同出水。

1.4 氣動夾鉗夾取法[4]

此方法利用延長桿連接的氣動夾鉗將異物夾住，從而將異物取出。

氣動夾鉗夾取法主要特點：

(1) 操作特點：該專用工具操作簡單，連接延長桿后整個設備重量約10 kg，組裝過程相對簡單，半小時即可完成設備組裝，打撈過程需至少5人，整個過程一般<3 h。

(2) 定位要求：使用與人眼可見范圍內的打撈，配合水下攝像頭亦可完成打撈，對于距離較遠，異物較小的情況，操作相對困難。

(3) 打撈范圍：受制于夾鉗的開度和氣源壓力，適用于長條形異物，重量約0.5 kg以下。

(4) 異物落入風險：該設備仍是組裝而成，引入異物的風險相對較高，入水前需對設備松動部件進行檢查，并登記。該設備不僅適用于水下操作，在無水條件下亦可工作。

2 異物打撈技術分析

核電內水池及壓力容器的異物打撈工作需根據異物尺寸、異物位置、異物形態以及現場環境等因素選擇相應的專用工具。核電中異物打撈工作主要發生在構件水池、反應堆水池、乏燃料水池和壓力容器中。

2.1 構件水池

構件池充水情況下一般存放有上/下部堆內構件，燃料傳輸小車也位于構建池。若構建池內存在的異物，在其不影響水池內工作開展以及水池內工作開展不影響其存在的情況下，可不對構件水池的異物進行打撈。水中懸浮物由PTR過濾器中除去，底部異物可以在排完水后進行處理。故在構件池內的異物在非必要的情況下不處理。

如果進行異物打撈，一般情況可直接根據異物的大小、材質選擇重錘法和真空吸取法。如果異物處于構件池設備上，需考慮打撈時異物重新掉落的情況，通過制作專用工具，如圍欄、網兜、收集籃等，限制其移動范圍，增加打撈的可靠性。

2.2 乏燃料水池

乏燃料水池內存放有乏燃料、燃料組件、控制棒組件、新燃料等。若其中存在異物，因為其存在格柵以及乏燃料等，大大增加了異物處理的難度，另外乏燃料可能將異物活化，大大增加了輻射風險，從而使后續處理的難度加大。若固體異物在格柵底部，打撈的難度將更大。

異物打撈需根據ALARA原則進行必要性分析。如果異物的存在不影響乏池的功能和系統的運行，不建議進行異物打撈。如涉及打撈工作，需燃料專業人員和運行經理對打撈的必要性進行分析，根據分析結果提出打撈需求，打撈專業需要根據打撈工作的風險進行判斷是否可以進行打撈，這些風險包括輻射、沾污、引入異物、跌落等，然后多方商討根據ALARA原則決定。

乏燃料水池的異物打撈工作，打撈工具的選擇極為重要。重錘，作為最為簡易的工具，在此并不能很好的發揮其作用，異物若在格柵上，一旦定位不準，很可能將異物碰落到格柵底部，若在格柵底部，定位不準，膠帶脫落，碰傷格柵，異物脫落，這些風險極高，另外其打撈的能力范圍有限，故不建議使用此工具；對于水凈化類型的工具如UFV-260型水下過濾器，工具極為笨重，處理乏池中懸浮的微小雜質可行，但是對于沉于水底的異物則束手無策；LUVS處理此類異物則較為方便，它的體積較小，并且可利用乏吊和水下攝像頭進行精確定位，整個設備可完全進入格柵內，利用泵產生的真空可將異物吸入，格柵上的異物也不必擔心掉落，將設備提取放入異物收集籃中，可確保停泵后異物不重新掉落進入乏池；氣動夾鉗在處理乏池中異物的方面也有一定的適用范圍，如螺栓、螺釘、膠帶等這類可夾取的異物具有操作的便利性。

在乏燃料水池中進行異物打撈，由于高輻射風險極高，為避免引起KRT探頭誤報警，故需對燃料廠房20 m的KRT探頭進行閉鎖。在整個打撈過程中輻射防護專業人員需對異物進行連續測量，并對環境進行檢測，避免造成人員誤照射。在打撈前，需準備一屏蔽容器放置在現場，若異物劑量率≥2 mSv/h，則在其出水后，立即轉運至屏蔽容器中，隨后異物按放射性固廢處理。

2.3 反應堆水池

反應堆水池位于壓力容器正上方，此處若存在異物，異物將有可能進入壓力容器中，同樣需要根據ALARA的原則進行分析后決定是否打撈。

根據異物存在不同形式，可選擇不同的工具。如果肉眼在水池上可以觀察到異物，預估異物重量約10～50 g，此種情況下，選擇利用重錘進行異物打撈；如果異物是水中的懸浮物，影響水質，可以利用UFV-260型水下過濾器進行凈化，由于一回路有系統過濾器，此舉略顯多余；其他類型處于堆池的異物，確認需要打撈，可以使用LUVS，通過水下攝像頭配合；處理微小異物，亦可人工定位處理肉眼可見異物，包括沉于水底的和懸浮的異物；對于可以夾取的異物，亦可適用氣動夾鉗。

同樣輻射防護人員需在現場對異物在出水前后劑量率進行測量，如果異物劑量率≥2 mSv，放入屏蔽容器中，按放射性固廢處理。

2.4 壓力容器

壓力容器是核電機組的心臟。若壓力容器存在異物，尤其是金屬異物，關系核安全，打撈是必行之舉。

壓力容器中發現異物最有可能是在卸料后的壓力容器檢查，此階段，壓力容器中沒有任何阻擋，如存在異物，可以通過水下攝像頭發現。

對于工具的選擇類似于堆池，但是對高輻射風險的控制則需按照乏池的模式進行，鑒于此處位置較遠，可優先選擇LUVS進行打撈，氣動夾鉗次之。

3 異物打撈實踐

國內核電站在水池和壓力容器進行異物打撈的事例較多，但見諸于報道并不多見。根據事件的代表性，例舉一壓力容器中異物打撈工作，據此對異物打撈實踐過程進行說明。

由于在壓力容器檢查過程中發現壓力容器內存在異物，異物尺寸約2 cm。此時，現場條件為：①法蘭面以上水位； ②RCD模式； ③壓力容器已開蓋； ④異物位置已確定。

異物較小，重錘定位困難，LUVS可利用攝像頭粗略定位后，在其附近將其吸入，據此選擇LUVS進行打撈。

3.1 準備工作

工作開始前，組織工作組成員及輻射防護人員召開預工前會，分析現場存在的風險及預防措施，對工作組成員的準備工作進行分工，包括文件、物資、工具、現場布置的準備工作，并對相應工具進行確認可用。

?文件：準備相應的工作包，申請許可證(PI/PX)，根據輻射防護的要求辦理相應的輻射許可證。

?工具：輕型水下真空系統(LUVS)、延長桿、屏蔽容器、異物收集籃、水下攝像頭、安全帶、輻射防護劑量檢測儀表。

?物資：紙衣、塑料鞋套、口罩、面罩、吸水紙、細繩。

工作場所需布置場地，包括輔橋(換料機)、上下通道、屏蔽容器以及其他可能污染的場所，并將輔橋移動至壓力容器正上方。

3.2 風險分析

打撈工作中存在的風險及預防措施見表1所列。

表1 核電站壓力容器內異物打撈工作中存在的風險及預防措施

3.3 實施過程

根據準備情況，確認開工條件。在現場召開工前會，對工作組成員進行分工：水下攝像頭操作1人，現場指揮1人，設備牽繩子2人，組裝設備2人，操作異物收集籃2人，轉移廢物1人，劑量檢測1人，輔橋(換料小車)移動2人?，F場所有指令由現場指揮1人發出，所有工作成員按照指令開展工作。

第1步：確認現場準備情況。工具可用，物資充足，場地布置完整，現場電源可用，取得工作許可證(PI/PX票)和相應的輻射許可證(紅區/橙區許可證)。

第2步：下放水下攝像頭至壓力容器中，確定異物位置，同時將打撈LUVS進行連接。在確認異物位置后，將連接好的設備運至輔橋(換料小車)上，組裝設備人員開始連接延遲桿，設備上系有兩根細繩，由2人手持，保證設備不下落，4人配合逐漸下放設備至壓力容器底部高度約1 m，然后逐漸下放至約10 cm，利用水下攝像頭進行監視。

第3步：啟動設備，確認設備下水下運轉，手持的延長桿會明顯感覺到設備轉動的扭力，攝像頭可以看到水流在吸嘴和出口流動。隨后可停止設備或低檔(1檔)運轉。利用攝像頭對異物進行定位，移動設備至異物上方，設備操作人員在此期間根據現場指揮的要求對設備進行左右前后上下的移動。現場指揮觀察攝像頭，并逐漸升檔，將異物吸入。

2人牽繩子將異物收集籃放入水中，距離水面約2 m，設備保持運轉逐漸提升，操作人員卸掉多余的延長桿，將設備吸嘴與異物收集籃對接。此時可根據現場情況進行判斷，若異物較小，重量輕，則停止設備；如異物體積較大并且較重，可使用反沖將異物吐入收集籃中，停運設備。此后，吸嘴和異物收集籃保持對接并逐漸提升。

此時，輻射防護人員利用測量探頭對異物進行測量，根據測量結果決定是否提出水面，在提出水面后也需要進行測量。若水下劑量≥500 mSv/h，現場20 m平臺則需要清場，然后提出水面后，人員則需要穿著鉛衣，遠程操作將異物轉入屏蔽，并卸載設備濾芯，一同放入屏蔽容器中；如劑量較低，則提升設備至操作平臺(輔橋/換料小車)上，并迅速拆卸濾芯，和異物一并放入塑料袋中，轉運至20 m平臺的高放廢物屏蔽容器中。

第4步：拆卸設備，并將設備工具簡單擦拭去污，裝入黃色塑料袋中轉運至待去污點。清理現場。打撈工作結束。

4 結語

核電站異物打撈工作是一項風險極高的工作，工作前一定要分析是否有必要開展。在確定任務后，須做好風險分析(重點注意：打撈過程中防異物措施必須做到位，避免引入新的異物；高輻射風險的應對措施)；異物的后續處理在準備工作時就要考慮到，它的處理方式取決于異物的輻射水平。打撈過程中，異物定位是打撈的關鍵，現場指令的發出必須統一，并對可能發生的情況做好預案。