一體化工具去污裝置的設計與應用

陳健菠,陳南水,馬永輝,宋建國,王小平,管海洋,陽文軍,王升榕,柯建端,嚴榮偉

(福建寧德核電有限公司，福建 福鼎，355200)

核電機組運行過程中產生的放射性物質會隨著冷卻劑運動，附著在設備表面，導致核電站運維工具常被污染。雖然核電站采取了一系列的管控措施，但每年被污染的工具依然數量大、種類多。用常規方法去污后，仍有大部分工具因殘存污染水平高且無法計量，而被迫報廢[1-2]；扳手、螺絲刀等工具雖無需計量，但去污后松散污染水平仍高于GB 18871—2002[3]的表面污染控制標準，也將報廢。運行多年來，核電站已報廢了一大批工具，不僅需要采購大量新工具，還需處理因報廢而產生的大量放射性廢物，增加了核電站運營成本。因此需要將這些污染的工具進行有效去污后復用，減少廢物產生量。

目前，核電站常采用擦拭法對沾污工具去污，該去污法雖然操作簡單但局限性強：對于表面平整無縫隙、僅有松散污染的工具去污效果好，但大部分工具因結構復雜導致去污效果差；單次處理的數量少，效率低；人員近距離接觸污染工具，外照射和沾污風險高；二次廢物量大。

核電站現用的超聲波去污設施去污系數和效率有所提高，但每個工序結束后需要取出工件移入另一個水槽中繼續處理，在轉移過程中殘液滴落易造成污染擴散，且不能得到干燥的工具。

1 一體化工具去污裝置的設計與組成

1.1 設計思路

一體化工具去污裝置(下簡稱“裝置”)要求集多個模塊于一體，具有配藥、加熱、去污、漂洗、烘干等功能。能克服常用方法之不足、達到工具復用的目的，具體應滿足如下需求：

(1)適用于多種工具；

(2)利用成熟技術進行組合，優選超聲波+去污劑這種“物理+化學”去污方式，去污效率高；

(3)具有去污、漂洗、干燥的一體化功能，批量工件一次完成從去污到烘干的全過程作業，無需中途取出，輻射風險低、二次廢物量小。

1.2 裝置的設計

該裝置的結構參見圖1，主要由配藥、加熱、去污、漂洗、烘干、控制六個模塊組成：“配藥模塊”由配藥儲罐、超聲波液位計、循環輸送泵、過濾器及加藥口組成；“加熱模塊”由去污液加熱單元、漂洗液加熱單元組成；“去污模塊”由去污槽、超聲波振子盒、頂蓋、工件籃、升降桿、噴淋管、熱風管和排風管組成；“漂洗模塊”由漂洗液儲罐、超聲波液位計、超聲波振子盒、循環輸送泵、過濾器組成；“烘干模塊”由送風機、加熱管及排風機組成；“控制模塊”由電氣控制箱和顯示操作單元組成。其工作原理是利用超聲的“空化效應”沖擊工件不同部位[4]，并結合去污劑的化學作用在適當溫度下高效地將附著于工件上的污染物清除，一次性完成全部工序。

1—配藥模塊；11—配藥儲罐；12—超聲波液位計；13—去污液循環輸送泵；14—去污液過濾器；15—加藥口；101—去污液過濾器進口氣動閥；2—加熱模塊；21—去污液加熱單元；22—漂洗液加熱單元；201—去污液加熱單元進口氣動閥；202—去污液加熱單元出口氣動閥；203—漂洗液加熱單元進口氣動閥；204—漂洗液加熱單元出口氣動閥；3—去污模塊；31—去污槽；32—超聲波振子盒；33—頂蓋；34—工件籃；35—升降桿；36—噴淋管；37—熱風管；38—排風管；301—去污槽去污液排放氣動閥；302—去污槽漂洗液排放氣動閥；4—漂洗模塊；41—漂洗液儲罐；42—超聲波液位計；43—漂洗液循環輸送泵；44—漂洗液過濾器；45—超聲波振子盒；401—漂洗液過濾器進口氣動閥；5—烘干模塊；51—送風機；52—空氣加熱管；53—排風機；6—控制模塊；61—電氣控制箱；62—顯示操作單元。圖1 一體化工具去污裝置結構圖

2 工藝實施

2.1 工作流程

使用該裝置執行去污工作主要分為8個步驟，工作流程簡圖見圖2。

圖2 去污工作流程簡圖

2.2 去污工藝流程

2.2.1去污準備

(1)確認設備可用，接通水(除鹽水，壓力≥0.3 MPa)、電(380 V、50 Hz)、氣(壓力≥0.6 MPa)，開機；

(2)根據需求選擇運行方式：“去污-漂洗-烘干”、“漂洗-烘干”或“烘干”。

2.2.2制備試劑

(1)制備去污液：注入除鹽水至需求液位，從加藥口據需注入適量去污劑。基于“工具去污后復用”的目的，一般選擇中性或者堿性去污劑，參考核設施放射性去污的良好實踐，推薦使用DEKONEUTRAL?中性表面去污劑、HAKUPUR?高效堿性速溶表面去污劑，根據工具初始污染狀態可將濃度控制在5%～10%范圍[5]。需要注意的是，因工具需要復用，不宜使用對金屬腐蝕性大的酸性去污劑；因起泡劑在超聲波的作用下會產生大量泡沫溢出設備，故不能使用起泡去污劑。

(2)制備漂洗液：注入除鹽水至需求液位。

2.2.3裝入工件

將待去污件分類、分批裝入工件籃并推入裝置內，關蓋。

2.2.4自動去污

(1)設備啟動，去污液被加熱到預定溫度后傳輸到去污槽內。去污溫度可根據選用的去污劑、物件污染水平等綜合選擇，一般控制在60～80 ℃范圍；

(2)超聲裝置啟動，對工件進行去污。根據核設施放射性去污的良好實踐，本裝置的超聲波選用了28 kHz、60 kHz兩種頻率，據需選擇，28 kHz用于粗洗，60 kHz用于精洗；

(3)達到預定去污時間，超聲裝置停運，去污液排放閥打開，待去污液全部排到配藥儲罐后關閉。

2.2.5自動漂洗

(1)漂洗液加熱到預定溫度(可與去污液同溫)后被輸送到去污槽內，達到需求液位后將漂洗液輸送泵調至低頻運行，保持去污槽漂洗液持續循環；

(2)超聲裝置啟動，對工件進行漂洗；

(3)達到預定漂洗時間，超聲裝置和漂洗液輸送泵停運，漂洗液排放閥打開，待漂洗液全部排向漂洗液儲槽后關閉。

2.2.6自動烘干

(1)啟動送風機，打開加熱器加熱空氣，將去污槽內溫度升至預定溫度(40 ℃左右為宜，慢速干燥)；

(2)通過排風機將抽出的熱空氣送入漂洗儲槽內的液下布氣管，用水洗滌空氣中可能含有的放射性物質；

(3)達到預定干燥時間，加熱器關閉；空冷工件至室溫后，送風機和排風機關閉。

2.2.7工件取出與驗收

取出并檢測工件的松散污染水平，若不滿足需求，可再次去污。建議采用“間接測量法”檢測，取樣后，在低本底點距離探頭2～3 cm處測量[6]。

2.2.8工作收尾

(1)斷開水、電、氣，檢查裝置表面污染狀況(必要時去污)，整機移至存放點；

(2)去污液可復用，濃度不足時據需添加；可根據工藝要求或去污液的臟污程度來決定是否更換，去污液排到電站廢液處理系統，排空后清理槽內污垢。漂洗液同理；

(3)當流量減至初始流量的一半時，可更換濾芯。廢濾芯按放射性廢物處理。

3 應用實踐

使用該裝置對某濱海核電站的批量污染工具進行去污，去污前后的數據列于表1。

表1 污染工具去污數據

通過工程實踐，表明該裝置具有如下優點：

(1)該裝置有三種執行程序，可據需選擇；

(2)該裝置的超聲波設有兩種頻率、三種組合。在去污、漂洗過程中均使用超聲波，提升去污、漂洗效果；

(3)去污劑可反復利用，減少廢液產量；

(4)該裝置具有去污、漂洗、干燥的一體化功能，工件放入后無需中途取出，一次完成從去污到烘干的全過程作業，可降低作業班組的集體劑量；

(5)該裝置的加熱器模塊設計為集約管式雙側電加熱器，由2個獨立加熱單元組成，分別加熱去污液和漂洗液，既避免兩種液體混合，又可節省加熱模塊空間和減少熱量損失；

(6)該裝置的去污槽頂蓋為升降式，并與工件籃固定，便于取放去污件；

(7)頂蓋在烘干結束冷卻到室溫后氣動開啟，避免熱蒸汽外泄；

(8)設備實現全自動控制，操作簡單，占用空間小，移動方便。

4 結束語

該裝置是基于“工具復用”的理念設計的，可實現對工具的有效去污，同時不破壞工具、不影響其性能，可多次去污。實踐表明，該裝置對常見工具去污效果好，去污后工具可復用，減少了報廢量；與傳統方法相比，使用該裝置對污染工具去污，風險低、集體劑量低、二次廢物少、作業效率高、能得到干燥的工具，達到了設計目的。

因電站放射性廢液處理系統不能處理含油廢水，因此暫不能直接處理油污重的工具，這將是下一步研究方向。