廢樹脂處理計量工藝分析與改進

辛克XIN Ke；白龍BAI Long

（①中國核電工程有限公司，北京100840；②中國核電工程有限公司華東分公司，嘉興314300）

0 引言

某核電廠采用AP1000 技術，每臺機組分別設置有獨立的放射性廢物處理系統。廠址廢物處理設施（SRTF），作為核島廢物處理系統的補充，處理核島產生但無法直接處理的廢樹脂等各類廢物[1]。廠址廢物處理設施主要包括廢樹脂處理系統、化學廢液處理系統等，其中廢樹脂處理系統主要用于從核島接收放射性廢樹脂，并對其進行計量、干燥等工藝處理。該系統在國內為首次使用，現場試驗期間發現部分工藝并不可靠。本文結合核島向屏蔽轉運容器的轉運工藝，對比分析了該系統計量工藝無法使用的原因，結合調試試驗對現有工藝進行了優化改造，使計量工藝可用。為后續電廠類似工藝系統的設計、調試、運行等提供借鑒和參考。

1 系統簡介

廢樹脂的轉運計量工藝主要設備包括：廢樹脂緩沖罐、廢樹脂計量罐、廢樹脂沖排水罐、樹脂計量泵、沖排水泵等。

廢樹脂緩沖罐的有效容積為6m3，可從核島接收7-8批次的廢樹脂。廢樹脂首先由核島轉運至廢樹脂緩沖罐，而后由廢樹脂轉運泵轉運至計量罐，計量罐有效容積約為0.6m3，經計量后的廢樹脂排放至錐形干燥器中進行真空干燥，而后將干燥后的廢樹脂排放至160L 壓縮桶內，對其進行壓縮、儲存。考慮到一定的裕量，計量罐每次計量約140L（1 桶）或280L（2 桶），經干燥后排放至160L 的壓縮桶內。

廢樹脂處理系統流程簡圖如圖1 所示。

圖1 廢樹脂處理系統簡圖

圖中，MT-1100 為廢樹脂緩沖罐，主要用于儲存核島產生的放射性廢樹脂；MT-1300 為廢樹脂計量罐，主要用于對廢樹脂進行精確計量；MT-1400 為沖排水箱，貯存介質為水[2]，主要為各項轉運工藝提供除鹽水；沖排水泵MP-1480 主要用于為向各箱體供水提供動力；離心泵MP-1200 主要用于為廢樹脂在緩沖罐及計量罐之間的轉運提供動力。

2 廢樹脂的計量工藝分析

2.1 廢樹脂的轉運計量工藝流程

在廢樹脂被排放至廢樹脂緩沖罐后，由廢樹脂轉運泵提供壓力將緩沖罐中的樹脂“壓出”至計量罐中，由于空氣易壓縮，在樹脂轉運前應先將管道及箱體內的空氣排空。

啟動沖排水泵MP-1480 向廢樹脂計量罐中加水，計量罐中的水位達到90%時，停止沖排水泵（如圖2：流程1），啟動廢樹脂轉運泵MP-1200 向廢樹脂緩沖罐MT-1100 中注滿水，當計量罐中的水位降低至低液位時，該流程停止（如圖2：流程2），然后重新依次啟動流程1 與流程2，繼續向緩沖罐及計量罐及相關管道中注水，直到緩沖罐液位達到99%且計量罐液位達到90%時，系統停止。

圖2 廢樹脂轉運計量工藝簡圖

將管道及緩沖罐計量罐等注滿水后，啟動樹脂轉運流程，廢樹脂轉運泵MP-1200 啟動，從計量罐取水（取水處安裝有濾網用于阻止樹脂通過）將緩沖罐中的樹脂壓至計量罐中（如圖2：流程3）。在計量罐中安裝有兩臺物位開關分別用于計量140L 樹脂及280L 樹脂，操作員可選擇其中的一種計量體積，當物位開關觸發時，計量結束。然后開啟相應閥門，通過重力及壓空對計量罐進行脫水，將水排放回至沖排水罐中。

2.2 樹脂計量工藝缺陷

在調試期間，經多次試驗發現，計量工藝不能實現廢樹脂的精確計量，計量罐中的物位開關無法識別箱體內部的樹脂量，當樹脂量達到設定值時，物位開關無法觸發，導致計量失敗。試驗數據如表1 所示。

從表1 中的試驗結果可以看出：在自動轉運模式下140L 物位開關在樹脂達到500L 以上時，方有可能觸發，測量誤差極大，計量工藝無法滿足設計要求。

表1 工藝改進前的廢樹脂計量試驗記錄

2.3 對目前計量過程工藝的檢查分析

按照設計方設想，樹脂轉運至計量罐時，樹脂應當是沉積在計量罐下方，樹脂物位應當緩慢穩定上升，直至樹脂高度到達140L/280L 高度時，觸發物位開關，計量工藝停止。在試驗期間，由于物位開關無法正確觸發，導致樹脂計量工藝無法使用。為確認物位開關的可靠性，試驗人員將物位開關拆除，對其進行了檢查驗證，發現其功能無異常。而后試驗人員使用窺鏡對箱體內部進行觀察，發現轉運期間，廢樹脂與水的混合物被噴入箱體，大量樹脂顆粒懸浮在水中，與水形成了較為均勻的混合態樹脂漿，樹脂未沉積在箱體底部，致使物位開關無法監測到樹脂精確的物位，進而導致計量工藝無法正常使用。

2.4 轉運計量工藝與其他轉運方式的對比分析

目前，該核電廠的廢樹脂轉運使用了多種不同的工藝。在核島放射性固體廢物處理系統向廠址廢物處理設施廠房的屏蔽轉運容器轉運廢樹脂的過程中，同樣采用了樹脂物位開關來監測廢樹脂物位，且在其廢樹脂轉運過程中并未遇到相似問題，因此選取兩個子系統的樹脂轉運試驗進行了對比分析。

在調試試驗期間，由臨時箱體模擬核島放射性固體廢物處理系統廢樹脂儲存罐向屏蔽轉運容器進行了樹脂轉運。轉運試驗流程簡圖見圖3。

圖3 轉運試驗流程簡圖

如圖所示，在臨時樹脂箱MT-01 中加入定量的廢樹脂，啟動臨時氣動雙隔膜泵MP-01 將廢樹脂轉運至屏蔽轉運裝置STT 中，當屏蔽轉運容器物位開關觸發時，屏蔽轉運容器入口的閥門V01 將自動關閉，轉運結束。通過測量臨時樹脂箱MT-01 內樹脂量的變化，計算出該次試驗樹脂轉運量約為0.9m3，與屏蔽轉運容器箱體內物位開關觸發位置所代表的廢樹脂體積相同，即此種轉運工藝方式可以實現廢樹脂的正常轉運。由此推斷廢樹脂在向屏蔽轉運容器轉運時，樹脂物位為由底部穩定上升，樹脂并未出現大量的攪混狀態。

將兩次試驗的各項參數進行對比分析：

①樹脂轉運泵流量對比，用于向屏蔽轉運容器轉運樹脂的臨時泵流量為10m3/h，為氣動雙隔膜泵。用于樹脂計量工藝的轉運泵，流量為12m3/h[3]，雖然計量工藝采用的轉運泵流量較大，容易造成樹脂的懸浮，但由于該轉運泵為離心泵，其出口流量波動較為穩定，對比氣動雙隔膜泵，由于該試驗裝置為臨時裝置，氣動雙隔膜泵出口未安裝阻尼器，使泵出口壓力“振幅”較大，出口流量波動不如離心泵穩定，因此計量工藝采用的轉運泵并非導致樹脂攪混的主要原因。

②對比屏蔽轉運容器及計量罐，樹脂向屏蔽轉運容器轉運時，其樹脂入口管道伸至屏蔽轉運容器最底部，與容器底板僅有15mm 距離。樹脂進入屏蔽轉運容器后，從底部逐漸向上堆積，樹脂沉積較快，未發生大規模攪混現象。在計量罐的樹脂入口管道則僅連接至計量罐頂部，樹脂進入箱體后，迅速擴散。對比兩個箱體可知，樹脂入口管道的位置是導致兩者試驗結果不同的原因之一。屏蔽轉運容器樹脂入口管道如圖4 所示。

圖4 屏蔽轉運容器底部簡圖

③采用臨時箱體向屏蔽轉運容器轉運樹脂時，屏蔽轉運容器內部在轉運前已排空，內部為空氣，氣動雙隔膜泵抽取臨時箱體內的樹脂將其轉運至屏蔽轉運容器中，屏蔽轉運容器的出口管線為排氣管線，設置在箱體上部，即在箱體底部介質中，僅在樹脂管道入口處的壓力導致樹脂產生了一定的波動，且隨著樹脂的逐漸增多，對波動將產生一定的緩沖作用，進一步使樹脂層較為平穩的上漲，為物位開關的在線觸發提供了條件。

在由緩沖罐向計量罐轉運樹脂時，計量罐與緩沖罐均需注滿水，轉運泵的吸入口管線在計量罐內部。轉運泵的出口管線安裝在緩沖罐中，通過轉運泵的出口壓力將緩沖罐的樹脂壓出，排至計量罐中。由此，計量罐下部的的轉運泵入口管道及頂部的樹脂填充管道附近均將產生較大的壓力波動，使箱體內部的樹脂攪混程度進一步加深。

基于上述試驗對比，確認了轉運計量工藝的問題，為使廢樹脂沉積在箱體底部、樹脂物位穩定上漲，試驗人員更改了轉運工藝。當樹脂向計量罐轉運時，使轉運泵間斷運行，即每運行一定時間，則使該系統樹脂轉運泵暫停離線3 分鐘，以使樹脂可以逐漸沉積在計量罐底部，進而使樹脂物位到達設定值時，及時觸發物位開關。

同時在操作界面，增加了計量工藝、泵首次啟動時間及后續間隔時間等參數設置，使操作員可以按照實際情況對參數及時進行調整。經現場多次驗證，綜合計量結果準確性及系統轉運效率，各項參數設定如下：在計量140L 樹脂時，使泵首次連續運轉30s，而后每次使轉運泵暫停3 分鐘后，連續運轉6s，直到140L廢樹脂物位開關觸發；計量280L 樹脂時，使泵首次連續運轉40s，而后每次使轉運泵暫停3 分鐘后，連續運轉6s，直到280L 廢樹脂物位開關觸發。試驗數據如表2 所示。

表2 工藝改進后的樹脂計量數據記錄

從表2 的試驗結果可以看出：將樹脂物位開關設置為“離線”觸發模式后，樹脂計量準確，誤差較小。工藝改進有效。

3 結論

該核電廠的廠址廢物處理設施的廢樹脂處理系統為國內首次使用，其廢樹脂轉運計量的工藝設計并不完善，通過一系列試驗及分析結論如下：

①在計量罐的管道布置上應當考慮使樹脂避免出現攪混狀態，不應當將樹脂入口管道直接連在箱體的最高位置。

②雖然目前廢樹脂處理系統能夠實現樹脂的計量工藝，但其仍然存在一定的誤差，由于有精確計量要求，轉運設備應盡量選擇計量泵，并將計量泵的沖程次數作為計量設定值，這樣能更好的實現計量功能。由于每次轉運均需多次啟停廢樹脂轉運泵，對離心泵及其電機壽命均造成了一定影響。在后續項目時，需考慮更換泵的種類。

③計量工藝改進對樹脂處理工藝效率的影響。

經改進計量工藝后，由于在計量期間，增加了靜置時間，導致計量工藝時間大幅增長，降低了廢樹脂緩沖、計量子系統的效率。但綜合考慮整個廢樹脂處理系統，其計量后的干燥工藝需要每批次需要耗費約5 小時以上，在正常運行期間，當執行廢樹脂干燥工藝時，可以同時向計量罐轉運下一批次的樹脂，通過工序優化，縮短廢樹脂處理周期，通過工藝改進提高廢樹脂計量準確性，從而提高整個系統的運行效率。