某核電廠放射性固體廢物處理最小化實踐

蔣磊，王昭，羅勁松

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連，116000)

0 引言

國內某核電廠一期工程采用中國自主知識產權的CPR1000核電技術，建設4臺百萬千瓦級機組。目前該核電廠一期工程1、2、3、4號機組已經成功商運，二期工程5、6號機組已開工建設。眾所周知，大修是核電廠廢物集中產生的時期，大修期間所產生的放射性固體廢物約占固體廢物總量的80%以上，大修期間的廢物管理無疑是核電廠放射性固體廢物管理的重中之重。自該核電廠1號機組裝料以來，放射性固體廢物管理工作正式啟動。迄今為止，該核電廠歷經17次大修，通過一系列的放射性固體廢物最小化實踐，該核電廠的放射性固體廢物產生量呈逐年下降趨勢。

1 放射性固體廢物的來源和分類

按照當前壓水堆核電站放射性固體廢物的分類方式，核電廠在運行和維修期間產生的放射性固體廢物分為工藝廢物、技術廢物和其它廢物三大類。

工藝廢物：產生于電廠的運行過程，包括來自與TEU、TEP等系統的濃縮液；來自TEU、TEP、APG、RCV、PTR系統的廢樹脂；來自TEU、TEP、APG、RCV、PTR、REA、SRE等系統的放射性水濾芯；各個廠房通風系統過濾器以及淤積物。

技術廢物：技術廢物源于維修活動，包括塑料布、塑料袋、抹布、吸水紙、受污染的衣物、報廢的工器具及小型零部件等。

其它廢物：除工藝廢物和技術廢物之外的放射性固體廢物，如潤滑油、廢溶劑、燃油、大零部件、高放廢物(控制棒，可燃毒物棒)等。

2 放射性固體廢物最小化實踐

2.1 設計考慮

該核電廠在設計時即考慮了放射性固體廢物最小化原則，如在廢物處理技術方面，采用了2000噸的超級壓縮機對技術廢物進行超級壓縮處理。在包裝容器方面，選用400 L金屬桶，與混凝土容器相比，使用金屬桶能夠大大減少廢物的增容比，對廢物最小化有著重要意義。

在延長燃料循環周期，提高燃料的卸料燃耗方面在設計之初進行了廢物最小化方面的考慮，目前該核電廠1#機已經過國家核安全局批準已切換至18換料模式。將新燃料組件芯塊中235U的富集度從3.2%提高至4.45%，延長燃料循環中功率運行時間，從而實現換料周期從12個月延伸至18個月。經論證，18個月換料的燃耗達45 000 MWd/tU，相比12個月換料周期少產生5.3組乏燃料組件。

實現18個月換料后，大修頻率將從12個月一次降低到18個月一次，而大修作為固體廢物產生量的主要來源，低頻率的大修勢必將會降低技術廢物的產生量。

2.2 源項控制

2.2.1濾芯升級

化學和容積控制系統(RCV)的凈化回路用于過濾水中的懸浮物、腐蝕產物和裂變產物等，從而控制一回路的放射性指標，可降低放射性水平和廢物產生量。RCV001FI過濾器用于保護離子交換樹脂不受污染和堵塞，將RCV001FI從0.45 μm孔徑升級為0.1 μm，可有效降低進入離子交換樹脂床的粒子，降低樹脂堵塞失效風險，從而減少樹脂更換的頻率。更換1次RCV001FI濾芯產生0.4 m3的固體廢物，RCV001FI下游3個樹脂床RCV001DE/RCV002DE/RCV003DE，更換一個樹脂床將產生0.4 m3×6的廢物貨包(折合為固化后的產生量)，因此從減少樹脂床更換方面可降低工藝廢物的產生量，另外通過凈化，可以降低一回路中的雜質和熱點，達到凈化水質的目的，降低一回路設備的故障率，進而降低技術廢物產生量。

RCV軸封回路經過RCV003FI/RCV004FI除去大于5 μm的雜質進入主泵1號軸封，將RCV003FI/RCV004FI過濾精度升級至1 μm，可以有效改善進入主泵軸封的水質，降低主泵故障率，從而減低因主泵檢修產生的大量技術廢物。

反應堆水池和乏燃料水池冷卻和處理系統(PTR)的凈化功能可以對反應堆水池、乏燃料水池中一回路水進行凈化，將PTR001FI/PTR003FI/PTR004FI升級至0.45 μm，可以提高乏池和堆池的水質，間接的提高一回路水的水質，降低一回路放射性水平，雖然會因此增加濾芯的更換頻率，但從長遠和影響來看，可以減少大修期間的檢修活動，如水池去污、低低水位閥門檢修等檢修活動，并因此大大降低劑量水平和廢物產生量。

2.2.2在線去污技術

核電廠設計的模塊式移動去污裝置是一種在線去污設備，主要有過濾裝置(過濾器、支架及其他附件)和動力裝置(氣動泵及管道等)兩部分組成。去污裝置接入系統后進行在線沖洗工作，主要針對容易沉積熱點及給環境劑量率帶來較大貢獻的管段。例如：水池去污的過程中，大量池底沉積的輻射源項集中經排水管線流入RPE0011PS地坑后最終進入TEU系統。此路徑中間沒有過濾裝置，對放射性物質無法攔截。且彎管、死管段較多，熱點容易沉積，容易產生高放廢液和淤積物，從而增加廢物量。同時地坑及周圍環境劑量率升高，增加地坑去污的工作難度，產生大量難處理高放濕廢物、淤泥、高放廢液。接入去污裝置后，熱點的去除效率可達98%以上，從而實現廢物最小化。

另外，在RRA、RIS、PTR等系統的高劑量彎管段、閥門接入在線去污設備進行過濾循環，可有效凈化水質，去除水中熱點，從而降低環境劑量率和污染水平，間接的減少廢物產生量。

2.3 處理過程優化

2.3.1廢物分類收集處理

根據系統設計，該核電廠產生的濃縮液、淤積物、樹脂、濾芯等工藝廢物直接通過NX廠房的TES固化系統進行水泥固化、固定，形成貨包，運入QT暫存。其中，廢樹脂根據劑量率的高低分類存放和裝桶固化：高劑量率樹脂排入TES002BA存放；低劑量率樹脂排入TES003BA存放；非放射性樹脂(來自APG系統)排入TES004BA后裝桶暫存。<2 mSv/h的濾芯在QS烘干后超壓灌漿固定處理，相比直接在NX固定可降低固體廢物體積60%；≥2 mSv/h濾芯可選擇在屏蔽容器中暫存待衰變后集中處理，可減少濾芯固定次數，進而通過減少清潔次數，減少清潔活動產生的放射性廢物；通風濾芯一般劑量率低，運入QT暫存衰變，待清潔解控。

技術廢物產生后，使用紅色和藍色廢物收集袋進行收集。其中，紅色廢物收集袋收集放射性干廢物；藍色廢物收集袋收集濕廢物；游離性水不允許放入藍色廢物收集袋中。安排巡檢人員每日對各個廢物收集點進行巡檢，及時糾正耗材亂用現象。≥2 mSv/h的廢物直接存入收集高放廢物的金屬桶中。放射性廢物現場在N234統一裝車運入QS進行烘干、分揀、壓縮、灌漿固定。其中，報廢的連體服、T恤經過裁剪可作為抹布二次利用，分揀的金屬去污合格后可按非放處理。

控制區產生的廢液按廢水(不含有機溶劑)、廢油和廢溶劑分類收集處理，廢水經過濾布過濾掉固體廢物后，可倒入RPE011PS/RPE002PS/RPE003PS中進入系統進行處理，可減少后續地坑清理產生的廢物。廢油和廢溶劑按照放射性和非放射性倒入收集桶內，經過測量合格后，非放可以轉運出控制區按常規廢油廢溶劑處理，放射性廢油存入QR，放射性廢溶劑存入QV。

2.3.2可燃廢物外運焚燒

為減少技術廢物產生量，放射性干廢物采取外運焚燒方式處置，通過和國內有資質單位合作，將放射性干廢物打包，使用專用容器裝載，采用公路運輸方式陸運至焚燒單位，由焚燒單位進行最終處置，進而降低了固體廢物產生量。2018、2019年分別完成128 m3、280 m3可燃放射性廢物外運處理處置工作。

2.3.3多濾芯支架

正常TES系統濾芯固定采用單芯固定，濾芯支架均設計裝載單個濾芯；4寸濾芯RCV003FI/RCV004FI采用手動更換，更換后進行單芯固定，固定的增容比很高。因此，對此類濾芯采用多濾芯固定，該核電廠設計的多濾芯支架可放入5個4寸濾芯進行固定，廢物的增容比最高可降低80%，將固體廢物體積由5×0.4 m3減少為0.4 m3，切實降低廢物產生量。

2.3.4桶餅裝填率

電廠2016年開始對處理技術廢物的壓縮線進行工藝改進，對技術廢物裝填處理工藝進行改進提升。重新設計200 L金屬桶蓋及桶箍，在確保金屬桶桶餅的穩定性后，將200 L金屬桶的廢物裝填量由90 kg增加到約130 kg；400 L桶固化量增加了120 kg，裝填量提升了約44.4%。預計每年可以降低廢物產生量約50 m3。

2.3.5限制性物品管理

限制性物品指放射性固體廢物處理工藝中難以處理或難以去污的物品以及控制區內難以發現的物料，如辦公家具、木質包裝材料、透明塑料薄膜以及備品備件的包裝材料等，這些物品進入控制區后，成為放射性固體廢物的可能性大大提高。因此控制和減少這類物品材料進入輻射控制區的可能性，可從源頭上降低放射性固體廢物產生量。

核電廠制定了《限制性物品進入輻射控制區管理》程序，規定限制性物品進入控制區前須進行申報和審批，進入后將嚴格執行防污染措施等一系列要求，以降低其成為放射性物品的機率。

2.3.6大修固體廢物產生量控制

大修廢物是放射性固體廢物的主要來源之一，每次大修均通過大修固體廢物控制指標控制大修廢物產生量。該核電廠大修期間對固體廢物產生量的主要控制措施有：

?針對大修全體工作負責人組織開展輻射控制區廢物收集和處理專項培訓，提高輻射控制區工作人員廢物最小化意識；

?規范控制區內耗材的發放，嚴格執行耗材領用登記制度，建立廢物收集跟蹤機制：對廢物收集袋、塑料布和塑料袋等耗材進行編號和領用登記，確保耗材從使用到廢物收集處理，均可追溯到責任人；

?大修期間，組織開展控制區限制性物品檢查，清除無主物品，從廢物產生源頭控制其產生；

?規范非放物料存放點布置，在無防異物需求區域，禁止使用白塑料布鋪設場地；

?檢修輔助耗材使用標準化，跟蹤統計大修期間各個場地的耗材使用情況，制定各檢修場地耗材使用標準。

大修期間現場檢修使用的塑料袋及塑料布是檢修技術廢物的主要來源，每年產生的放射性廢物體積約60 m3，為減少放射性廢物產生量，該電站對塑料布及塑料袋提出減厚方案，在確保安全性能不受影響的情況下將現場所用的塑料布和塑料袋厚度從0.15 mm降低至0.10、0.075、0.05 mm 3級，塑料布寬度設計成兩種：2 000 mm或1 400 mm寬，在塑料布上增設長度標識，根據具體使用需要按需裁剪、領用。

大修期間在同一區域，不同作業的污染場地盡量合并搭設，可減少污染場地重復搭拆情況；建立污染場地分級機制，根據風險高低將污染場地分為1～3級，并據此分別選擇0.1、0.075、0.05 mm厚塑料布；通過以上措施預計每年降低整備廢物產生量約20 m3。

該核電廠商運以來已歷經17次大修，歷次大修的固體廢物產生量見表1所列。

由表1可見，該核電廠單次機組大修放射性固體廢物產生量與大修類型密切相關(十年大修>長大修>短大修)，總體上看呈逐年下降趨勢，說明該核電廠在大修廢物產生量控制方面的措施有效且日趨成熟；大修廢物中，技術廢物所占比例穩定于約90%。

表1 國內某核電廠大修固體廢物產生量

3 放射性固體廢物產生量分析

該核電廠1#機組2012年11月開始裝料，2013年6月投入商運。截止到2019年底，共計4臺機組商運，總計進行大修17輪次。

表2列出了2013—2019年該核電固體廢物產生量及構成。

由表2可見，2014、2015年放射性固體廢物產生量中大修廢物占比較大，2016、2017年逐漸降低至約55%，其原因是：①商運機組運行初期大修檢修工作量大(商運后系統缺陷集中在大修期間處理)，經歷4次大修后，各系統積累缺陷清除，僅執行定檢工作，工作量降低；②運行初期核電廠放射性廢物管理措施不完善(檢修人員在降低放射性廢物產生量方面的行為不規范、意識薄弱，未提出針對性管控措施)，隨著放射性固體廢物管理方面的措施日趨成熟和完善，近年來電廠固體廢物最小化實踐措施深入推廣，大修廢物產生量逐步降低。

由表2還可以看出，濃縮液、廢樹脂、淤積物、水過濾器組成的工藝廢物在機組穩定運行后，產生量占比基本穩定在20%，而技術廢物的產生量與檢修次數呈正相關，由于2015、2017年檢修活動較多，技術廢物產生量略有上升，但是所占的比例從90%降低并逐年穩定在80%左右。說明控制技術廢物產生量的廢物最小化實踐是有效的。

表2 2013—2019年某核電固體廢物產生量及構成

由表2還可以看出，大修期間技術廢物產生量占比較高。因此，控制大修廢物產生量的重點在于控制技術廢物的產生，本文第2.3.4節中的控制方法也正是針對技術廢物。

4 總結

該核電廠在放射性固體廢物最小化實踐方面的工作是卓有成效的。大修廢物產生量控制接近國內先進水平，隨著機組穩定運行及其它放射性固體廢物最小化工藝的應用，該核電廠放射性固體廢物產生量可控制在30 m3/機組以內。