田灣核電放射性廢物處理中心調試

馬小強，張祥貴,許建軍，陸元志

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000)

田灣核電放射性廢物處理中心(T4UKT)是田灣核電放射性廢物集中處理設施，設計處理田灣1～6號機組運行產生的放射性廢物(以下簡稱廢物)，作為3、4號機組BOP子項之一，按環保“三同時”項目隨田灣3、4號機組建設。

T4UKT是一個綜合性的廠房，涉及工藝、電氣、暖通、給排水、儀控、機械、輻射防護等多個專業(系統)，其中處理放射性廢物的工藝系統有廢樹脂處理系統(T0KPM)、殘液和泥漿處理系統(T0KPN)、干廢物處理系統(T0KPG)等6個系統(俗稱主工藝系統)。T4UKT采用先進、成熟、可靠的廢物減容處理技術，實現了田灣核電放射性廢物最小化。

按T4UKT工程專項計劃， 2016年11月水、電、氣可用， 2017年1月主工藝系統安裝完成并移交調試，2017年8月系統完成調試并移交生產。但實際安裝進度滯后超過半年。主工藝系統調試實際從2017年8月開始，10月進入調試高峰，12月基本完成調試并移交生產。T4UKT作為“三同時”項目，對3、4號機組裝料等重要工程節點的釋放存在風險。為了搶回工期，通過調試提前介入，優化安裝和調試，采取必要的臨時措施等方式，及時完成系統試驗，保證了田灣3、4號機組裝料節點的順利實現。

本文主要介紹了T4UKT主工藝系統和調試經驗，以及調試期間主要缺陷的處理。

1 主工藝系統簡介

1.1 廢樹脂處理系統

廢樹脂處理系統(T0KPM)主要功能為廢樹脂轉運、接收、暫存、計量、研磨、烘干、熱態超壓及水泥灌漿固定等[1-3]。T0KPM系統由5個子系統組成，即：

(1)T0KPM10子系統，廢樹脂的轉運、接收和計量；

(2)T0KPM20子系統，廢樹脂的研磨；

(3)T0KPM30子系統，廢樹脂的烘干、裝桶、封蓋等；

(4)T0KPM40子系統，165 L鋼桶超級壓縮和桶餅優化裝桶；

(5)T0KPM50子系統，200 L桶水泥灌漿固定。

T0KPM主要設備有槽車、輸送泵、接收槽、計量槽、研磨機、錐形干燥器、超壓機等。

研磨后廢樹脂粒徑d50≤30 μm，烘干后廢樹脂粉末含水量≤3%。經干燥的廢樹脂裝165 L鋼桶后超壓。超壓時，樹脂桶溫度不低于120 ℃，超壓機壓力調至20 000 kN，并保壓20 min。超壓產生的壓餅優化裝200 L鋼桶后灌漿固定。

1.2 殘液和泥漿處理系統

殘液和泥漿處理系統(T0KPN)主要功能為殘液和泥漿的轉運、接收、暫存并蒸發處理。T0KPN系統由兩個子系統組成，即：

(1)T0KPN10子系統，殘液和泥漿的轉運、接收和暫存；

(2)T0KPN20子系統，殘液和泥漿的桶內蒸發處理。

T0KPN主要設備有槽車、輸送泵、接收槽、桶內干燥器裝置等。

采用桶內負壓蒸發，桶外電加熱，溫度不高于200 ℃。單臺桶內蒸發裝置處理能力約5 L/h，整個系統共設6臺蒸發裝置。蒸發形成的165 L鹽桶送超壓機超壓。超壓壓餅優化裝200 L桶后灌漿固定。

1.3 干廢物處理系統

干廢物處理系統(T0KPG)主要功能為接收和處理技術廢物。T0KPG系統由兩個子系統組成，即：

(1)T0KPG10子系統，技術廢物接收、暫存、剪切、分揀和預壓等；

(2)T0KPG20子系統，濕技術廢物的烘干。

主要設備有分揀箱、桶內壓縮機、剪切機和濕廢物烘干機。預壓機壓力200 kN，年處理廢物約420 m3。

1.4 廢物轉運系統

廢物轉運系統(T0KPD)主要功能為廢物廠內運輸。T0KPD系統由兩個子系統組成，即：

(1)T0KPD10子系統， 165 L廢物桶的廠內轉運；

(2)T0KPD20子系統， 200 L廢物桶的廠內轉運。

T0KPD主要設備有輥道、軌道小車和叉車等。

1.5 設備排氣系統

設備排氣系統(T0KPQ)主要功能是對工藝系統排氣進行收集、處理，并通過煙囪向環境排放。

T0KPQ主要設備有風機和高效過濾器。排風量為750 m3/h，主要為T0KPM、T0KPN、T0KPG服務。

1.6 混凝土高完整性容器封蓋系統

混凝土高完整性容器封蓋系統(T0KPR)主要功能是進行混凝土高完整性容器(HIC)水泥灌漿，即將200 L廢物桶裝入HIC后灌漿固定。

T0KPR系統由密封材料配制單元、密封材料灌注單元、取封蓋單元、清洗水循環單元等工藝單元組成。

2 試驗材料

2.1 模擬廢物

試驗采用的模擬廢物有可壓縮廢物、廢樹脂、殘液和泥漿三種，均為非放模擬廢物。其中：

(1)模擬可壓廢物

可壓縮廢物為普通棉質、紙質和塑料制品。

(2)模擬廢樹脂

模擬廢樹脂為非放核級樹脂，與核島相關系統所用樹脂相似，其基本性質見表1。

表1 試驗用樹脂

待試驗樹脂在水中充分浸泡24 h后，測得其視濕密度為0.7 g/mL，含水率為52%。

(3)模擬殘液和泥漿

模擬殘液和泥漿，將工業鹽(NaCl)溶解除鹽水，配制的模擬殘液和泥漿，取樣分析總固160 g/L。

2.2 廢物桶

試驗用165 L鋼桶、200 L鋼桶和HIC三種，其規格如下：

(1)165 L鋼桶：φ500 mm(內徑)×850 mm，壁厚1 mm，空桶重16.7 kg。

(2)200 L鋼桶：φ560 mm(內徑)×844 mm，壁厚1.5 mm，空桶重65.5 kg。

(3)HIC：φ830 mm(外徑)×1 150 mm，壁厚100 mm。

2.3 其他材料

T0KPM50系統用的水泥為PSB42.5礦渣硅酸鹽水泥，添加劑為Glenium ACE333 塑化劑。

3 主工藝系統調試

T4UKT主工藝系統共設試驗項目47項，其中核安全監督大綱試驗1項。以下對各系統試驗作簡單介紹。

3.1 廢樹脂處理系統(T0KPM)

T0KPM系統試驗主要有[4]：

(1)泵組性能試驗

對樹脂接收泵、樹脂輸送泵、計量泵、循環泵進行了性能試驗，試驗介質為除鹽水。試驗過程中泵組運轉無異常，泵組溫度、震動、流量、壓力等性能指標滿足設計要求。

(2)廢樹脂轉運試驗

槽車接收樹脂前，用0.7 MPa壓空進行密封性試驗，要求保壓10 min。槽車從核島測接收樹脂：相關管線和控制電纜連接后，啟動核島側廢樹脂泵(流量最大10 m3/h，可調)，約15 min，共輸送樹脂約1 m3，多余水返回核島側樹脂槽。槽車在T4UKT側卸載樹脂：相關管線和控制電纜連接后，啟動排水泵向槽車沖水，槽車液位開始上漲時啟動樹脂接收泵，約25 min后，經管道窺視鏡觀察，樹脂卸載干凈。

(3)廢樹脂調制與輸送

廢樹脂在接收槽按水和樹脂體積比1∶1調制，經充分攪拌后輸送至計量槽，從計量槽每次按0.5 m3向循環罐輸送。傳輸完樹脂后，管線用除鹽水沖洗，沖洗水返回樹脂接收槽。

(4)廢樹脂研磨性能試驗

從計量槽向循環罐輸送0.5 m3樹脂(含水50%)，啟動研磨機，對樹脂進行研磨。樹脂通過循環泵從循環罐打至研磨機，經研磨后又返回循環罐，如此循環，實現樹脂連續研磨。經過約3 h的研磨，取樣測得樹脂粒徑d50=10 μm，滿足樹脂粒徑d50≤30 μm的要求。研磨過程設備運行無異常，各項性能指標滿足設計要求。

(5)廢樹脂干燥性能試驗

將研磨后的樹脂輸送至錐形干燥器進行干燥，約10 h后完成干燥，取樣測得樹脂粉末含水率1.4%，滿足含水率≤3%的要求[5]。烘干過程設備運行無異常，各項性能指標滿足設計要求。

(6)超級壓縮性能試驗

試驗過程采用不同的壓縮材料進行壓縮機性能驗證，分別使用小石子、廢樹脂、干廢物等進行了壓縮試驗。利用小石子開展了28 MPa保壓20 min試驗。試驗過程系統設備運行無異常，各項性能指標滿足設計要求。

(7)水泥灌漿試驗

T0KPM50按設計配方配制水泥漿，所配制水泥漿混合均勻、流動性好，滿足灌漿操作對水泥漿的要求。灌漿過程，水泥漿液可順利向位于灌漿站的200 L桶內進行灌漿，灌漿過程通暢無堵塞。系統清洗按設計完成設備清洗。試驗過程系統設備運行無異常，水泥灌漿試驗中各項性能指標滿足設計要求。

3.2 殘液和泥漿處理系統(T0KPN)

T0KPN系統試驗主要有：

(1)泵組性能試驗

對殘液和泥漿接收泵、計量等泵組進行了性能試驗，試驗介質為除鹽水。泵組運轉無異常，泵組溫度、震動、流量、壓力等性能指標滿足設計要求。

(2)殘液和泥漿轉運試驗

槽車接收殘液前，用0.5 MPa壓空進行密封性試驗，保壓10 min。槽車從核島側接收殘液：相關管線和控制電纜連接后，啟動核島側殘液軟管泵(流量最大10 m3/h，可調)，約30 min，共輸送殘液約5 m3。槽車在T4UKT側卸載殘液：相關管線和控制電纜連接后，啟動殘液接收泵(流量最大8 m3/h，可調)，殘液從槽車轉入殘液接收槽，約40 min后，經管道窺視鏡觀察，殘液卸載干凈。

(3)殘液和泥漿桶內蒸發性能試驗

分別利用除鹽水和模擬殘液(NaCl溶液，總固160 g/L)進行了桶內蒸發試驗。試驗期間過程設備運行無異常，自動控制系統按設計進行動作，各項性能參數滿足設計要求。

3.3 干廢物處理系統(T0KPG)

T0KPG系統試驗主要有：

(1)廢物分揀壓縮試驗

在分揀手套箱內，進行了模擬廢物分揀、切割、裝桶、預壓等試驗，其結果滿足設計要求。

(2)濕廢物烘干試驗

分別將含游離水技術模擬廢物裝165 L、200 L鋼桶進行了廢物烘干試驗，試驗過程加熱、冷凝、冷卻，以及自動控制等滿足設計要求。

3.4 廢物轉運系統(T0KPD)

T0KPD系統試驗主要有：

(1)輥道性能試驗

使用165 L及200 L鋼桶，對輥道機械運行、定位和自動控制進行了試驗。試驗結果表明輥道性能滿足設計要求。

(2)小車性能試驗

使用165 L及200 L鋼桶，對小車運行、與輥道相互定位和自動控制進行了試驗。試驗結果表明小車性能滿足設計要求。

3.5 設備排氣系統(T0KPQ)

T0KPQ系統性能試驗主要包括風機性能試驗和各用戶端排氣性能試驗(是否能保持設計負壓)。風機震動、溫升、噪音等，以及各用戶點負壓滿足設計要求。

3.6 混凝土高完整性容器封蓋系統(T0KPR)

T0KPR系統試驗主有：

(1)HIC取封蓋試驗

通過數控起重機操作，利用攝像機監視，數控起重機吊裝HIC、200 L鋼桶、取封HIC桶蓋等，按設計自動完成，機械和自動控制滿足設計要求。

(2)物料計量試驗

通過砝碼進行計量校核。

(3)水泥漿制備、灌漿試驗

根據設計配方，進行制漿，并將制好的水泥漿注入事先準備好的HIC桶，試驗過程水泥漿混合均勻，流動性好，灌漿過程暢通無阻，各項參數滿足設計要求。

(4)系統清洗試驗

灌漿完成后，啟動清洗裝置(高壓清洗泵等)，對系統進行清洗。清洗后，清洗液目視透明，滿足設計要求。

4 調試經驗

4.1 組織管理

T4UKT調試隸屬于田灣3、4號機組調試隊，調試隊隊長的統一指揮，工藝一組組長全面負責，三廢化學組負責主工藝系統，電氣組負責動力系統，常規島組、公用組負責各自專業輔助系統，儀控組負責儀控系統。各專業組設系統工程師，具體負責系統調試和協調管理。其組織機構圖如圖1所示。

圖1 T4UKT調試組織機構Fig.1 T4UKT commissioning organization 注：該組織機構圖略去其他相關單位，如施工方，設計方， 采購方等。

4.2 調試準備

T4UKT調試準備主要包括人員準備、文件準備和物資準備。

(1)人員準備

調試主要人員由系統工程師、試驗員組成。其中：系統工程師2人，試驗員5人。相應人員系統移交調試前1～2年到位。

雖然調試人員不足，考慮調試階段性特點，投入太多的調試人員，當調試工作結束后存在人員分流壓力，因此投入大量專職調試人員不可取。按T4UKT生產規劃，其運行和日常維護將委托專業公司負責。考慮以上因素，提前半年以上引入運行和日常維護承包商參加調試。運行和日常維護承包商提前引入并參與調試，解決了調試人員不足問題，同時又對運行和日常維護人員進行了有效的培訓。

(2)文件準備

T4UKT調試文件主要有系統設計文件、廠家設備資料，以及由調試隊編制的各類調試相關的技術文件，其中調試隊負責的相關文件編制于2016年11月上旬全部完成，后續根據調試相關管理要求、現場情況等及時進行了升版。T4UKT調試期間的文件準備，滿足試驗期間工作開展的需要。

(3)物資準備

根據物資使用要求，進行市場調研，提前策劃。尤其涉及特殊、量少，有用特殊運輸要求的，必須提前準備。比如，水泥制漿所需的PSB42.5礦渣硅酸鹽水泥，國內生產廠家很少，且生產量也少，采購量又少，又需要用水泥罐車運輸等，采購比較困難。

4.3 提前介入

工程安裝滯后半年以上，對工程總體進度存在風險。為了保證總體進度，在確保安全質量的前提下，調試提前介入，參與設備安裝、單調，根據調試需求對安裝進行優化，并提出臨時措施需求。通過調試提前介入，優化設備安裝，在安裝階段發現并解決了系統設計、設備、安裝等缺陷，避免了調試期間缺陷大量發生，保證了調試順利執行和縮短調試工期。

4.4 臨時措施

由于設計、采購等原因，導致動力系統、輔助工藝系統、輔助系統等系統不滿足系統試驗的需要，通過各種臨時措施，為主工藝系統試驗創造了條件。采取的主要臨時措施有：臨時用電、臨時用除鹽水、臨時用氣、臨時用冷卻水、臨時儀控措施、臨時空調等。

5 調試期間主要缺陷及處理措施

調試期間發現的主要缺陷是廢樹脂堵管缺陷。輸送廢樹脂時，啟泵10 s左右泵出口壓力升至0.6 MPa，1 min左右升至1.0 MPa并保護停泵。拆開泵出口，發現泵出口發生樹脂堵塞。切開相應管線，發現管線內部有密實樹脂，如圖2所示。

圖2 廢樹脂輸送管線堵塞情況Fig.2 Spent resin blocked pipeline

導致樹脂堵管的原因為樹脂槽內樹脂攪拌不均勻和泵后管線設計不合。經攪拌器和管線優化設計，解決了樹脂堵管問題，詳見表2。

表2 廢樹脂堵管處理措施

6 結束語

田灣核電T4UKT調試工作順利完成，所設試驗項目全部完成，影響系統運行的缺陷全部解決，試驗結果滿足設計和運行要求。在工程安裝滯后半年的情況下，通過安裝、調試優化等措施，用時約5個月完成主工藝系統調試，實際調試耗時不到國內相似工程調試工期的三分之一。田灣核電T4UKT調試創造了核電廠放射性廢物處理中心調試最短工期，取得了一定的工程經驗，對國內后續類似工程建設有一定的借鑒意義。