放射性廢液貯槽安全整治研究

胡朝

（中核龍安有限公司 浙江臺州 317111）

某放射性廢液暫存排放系統已為所在核設施運行服務多年，放射性廢液貯槽、泵、閥門和管路等系統部件已嚴重老化，出現了腐蝕，繼續運行存在安全隱患。此外，由于該設施建造時間較早、原建造標準較低、防水能力較差，存在室外雨水滲透進入放射性廢液貯槽造成廢物量增大和放射性核素擴散的風險。目前，該核設施仍在正常運行，承擔各項生產和運行任務，現有條件下，只能通過對其放射性廢液暫存系統單獨進行安全整治以消除安全隱患。

1 設施現狀

放射性廢液暫存排放系統的廢液貯槽埋設于地面以下，槽口比地面低1.5m，采用3mm 厚不銹鋼板焊接成箱型，尺寸為4m×1.5m×1.2m（長×寬×高），貯槽外圍是磚混加水泥抹面，無放射性廢液的包容能力。經過多年使用，放射性廢液貯槽已有明顯的銹蝕痕跡，貯槽底部沉積了約20cm厚底泥且已出現板結，底泥上方為低水平放射性廢液。由于放射性廢液貯槽頂部為開放式，槽口低于地面，在強降雨時，雨水會由放射性廢液貯槽間西側的墻根滲透進入廢液貯槽間，隨后流入放射性廢液貯槽內。

對廢液和底泥進行核素分析，廢液和底泥中主要含有Cs、Co、Sr、H的4種放射性核素，比活度見表1。槽口地面處實測γ 劑量率達到0.3mSv/h。根據放射性核素分析結果，貯槽內的底泥達到了中放水平，廢液放射性水平相對較低為低放廢液。

表1 放射性核素分析結果Bq/L

2 廢液貯槽整治方案分析

放射性廢液貯槽貯存的廢液和底泥是主要輻射源項，廢液可利用現有排放系統轉運，貯槽底部中放水平底泥的回取和整備是放射性廢液貯槽安全整治的關鍵環節。我國現有許多運行多年的放射性廢液貯罐，放射性廢液貯罐退役活動中廢液底部泥漿回取、放射性泥漿處理等技術仍存在技術瓶頸，是退役的難點和重點，核設施退役是我國核工業短板之一。下文對廢液貯槽內底泥回取和整備的可行性進行初步分析。

2.1 底泥回取方案

2.1.1 人工回取

首先，利用現有廢液排放系統，將槽內放射性廢液排空，然后在廢液貯槽邊緣現場設置移動式屏蔽體，工作人員穿戴鉛屏蔽工作服后，利用長柄工具將貯槽底泥取出，裝入準備好的混凝土型廢物桶，現場設置臨時吊運裝置進行廢物桶的吊運，人工回取底泥存在的問題。

（1）在放射性廢液排空后，貯槽口附近劑量率較高，設置移動式屏蔽體、穿戴鉛防護服屏蔽效果有限，屏蔽體和鉛防護服不便于人員頻繁操作，將延長操作人員停留時間，操作人員的輻射安全難以保證。

（2）現場工作場所空間受限，手工操作效率低，人員停留時間長，存在輻射安全問題。

（3）底泥集中于貯槽底部，操作過程容易出現底泥濺落擴大放射性污染區域，造成放射性物質擴散。

（4）放射性廢液貯槽為方形槽，存在操作死角，會殘留一定量底泥無法處理。

2.1.2 利用泥漿泵回取

考慮到減少操作人員現場操作時間以降低受照劑量，可以考慮采用機械設備進行回取。在不排空底泥上方廢液的情況下，首先，采用壓縮空氣對底泥進行攪拌，使板結底泥破碎并懸浮在廢液中。房間內配置包含泥漿泵、過濾器等設備的回取裝置，循環抽取貯槽內的懸浮液，逐步將底泥過濾收集在過濾器中。底泥回取后，將貯槽內的廢液利用現有廢液排放系統排空，過濾器連同收集的底泥一起整備處理。利用泥漿泵回取底泥，能使操作人員能夠遠距離操作，減少近距離操作時間以降低操作人員受照劑量，但仍存在以下問題。

（1）壓縮空氣攪拌底泥會使放射性氣溶膠彌散在房間內，需要增加臨時空氣過濾設施；泥漿泵、過濾器等構成的回取裝置會成為二次放射性廢物。

（2）泥漿泵輸送底泥的回取效果與底泥狀態密切相關，底泥構成成分復雜，需選用過濾精度不同的多級過濾器，過濾效果需進行實驗驗證。

（3）收集底泥的過濾器仍需操作人員近距離處理，同樣存在輻射安全隱患。

（4）現場空間受限，布置泥漿泵及過濾器等設備比較困難。

（5）考慮泥漿回取順利完成，泥漿泵、過濾器等回取裝置經運行后，成為放射性固體廢物，增大放射性廢物量，面臨后期廢物處置問題。

2.1.3 機器人回取

為進一步降低操作人員受照劑量，考慮進一步提高底泥回取的自動化水平。在核設施退役活動中，對強輻射、高污染區域或人員難以達到區域的操作，可以考慮采用工業機器人，實施操作過程與人工回取類似。典型的機器人如BROKK 拆除機器人可無線遙控操作，車體緊湊，配備多種破拆工具并可快速更換，在國內放射性廢物處理設施中已有應用，也是未來核設施退役過程中必要的工具之一。在廢液貯槽底泥回取過程中，若采用機器人實施，存在以下幾方面的問題。

（1）機器人設備費用和運行維護費用高，結合廢液貯槽整治工程量、操作時間等各方面條件，經濟性較差。

（2）由于貯槽上方建筑暫不拆除，貯槽所在房間區域空間狹窄，不滿足機器人運行操作空間需求。

（3）廢液貯槽為方形槽，存在操作死角，機器人操作會殘留較多底泥，最終實施過程中仍需要人工進行較大量的操作才能最終完成底泥回取操作。

2.2 底泥整備方案

2.2.1 水泥固化

水泥固化中低放廢物有工藝簡單、設備運行投資少、不需加熱耗能少、操作安全等優點，核設施所在的廠區建設有水泥固化設施，但只能處理低放廢物。由于放射性廢物具有放射性且含有通常混凝土中所沒有的各種化學成分，不同放射性廢物的水泥固化配方不同，需要通過試驗找出最佳配方。廢液貯槽內底泥為多年運行期間沉積物質，化學成分復雜，實施水泥固化前，需進行試驗研究驗證其可行性，廠區現有設施不能滿足水泥固化要求。

2.2.2 桶內干燥

桶內干燥具有很高的減容比，國外核電站逐步開發該技術來處理放射性濕廢物，是放射性廢物處理的新途徑。桶內干燥是利用干燥室對裝有放射性廢物的桶進行加熱，去除其中的水分，干燥后的固體廢物連桶經處理后一并進行貯存或處置。對于放射性底泥，適合采用微波加熱型裝置進行桶內干燥。德國Linn High Therm公司開發了利用微波加熱進行桶內干燥的技術，并建立了試驗工廠，通過監測流量、溫度、壓力及液位，控制微波的能量、底泥進料量，成功進行了模擬廢液的干燥處理；美國能源部利用微波在空腔內分布均勻的特性成功研制了桶內干燥試驗裝置，多次處理了含有超鈾核素的底泥。從廢液貯槽回取的底泥若考慮采用桶內干燥技術進行整備，需新設計建造一套桶內干燥裝置。根據項目實際情況和桶內干燥技術現狀，仍存在較大困難，具體如下。

（1）國內桶內干燥技術處于研究階段，暫無工程應用實例。

（2）桶內干燥裝置需要考慮工藝設備運行及輻射防護措施，現場不具備新建工藝裝置和輻射防護措施的場地條件。

（3）桶內干燥試驗裝置系統較為復雜，投資費用較高。

2.3 結論

2.3.1 底泥回取方案比選分析

對3 種底泥回取方案進行比較分析：人工回取存在難以解決的輻射安全問題；采用泥漿泵回取底泥的效果需要驗證且產生一定量的二次廢物；采用機器人費用太高，且現場空間受限，同樣存在殘留底泥。通過分析可以看出，每種方案都存在一定的可行性，但是也在某方面具有較大的局限性，當前條件下的放射性貯槽底泥回取在工程實施上存在較大困難。

2.3.2 底泥整備比選分析

對兩種底泥整備方案進行比較：由于底泥成分復雜，廠區現有水泥固化設施無法滿足本項目底泥的固化需要，水泥固化方案需要通過試驗驗證配方；桶內干燥技術研究國內尚無工程應用，僅進行了非放射性濃縮液、廢樹脂桶內干燥裝置的初步研究，工程化難度較大。

綜上所述，底泥回取及底泥整備兩個工程環節都存在較大的困難，且兩項工程環節為前后順序，要最終實現底泥的安全處理，還需要將兩個環節在工程上銜接起來，在工程實施中進一步增大實施難度。因此，放射性廢液貯槽底泥回取和底泥處理方案難度較大，在當前技術和工程條件下可行性較低。

3 廢液貯槽安全封存方案

IAEA 把核設施退役分為3 種策略，即立即拆除、封固埋葬和延緩拆除。立即拆除通常是一種優先策略，是在核設施關停之后開始去污、拆除和場址的清污，放射性物質轉運到已經準備好的貯存或處置場地。封固埋藏是把核設施整體或它的主要部分處置在它的現在位置或核設施邊界范圍的地下，讓其衰變到允許從審管控制釋放的水平。延緩拆除也稱為安全貯存或安全封存，是設施在保證安全條件下進行長期貯存，讓放射性核素進行衰變，待條件成熟后再進行拆除活動。對于安全封存，需考慮包容、隔離、監測、防止人員和動物闖入等安全措施，IAEA有專題技術報告論述安全封存要求。美國漢福特廠區的9座反應堆屬于天然鈾石墨水冷堆，由于石墨生產堆退役技術復雜工程實施難度大，選擇了安全封存方案，已經完成了部分反應堆的安全封存。在目前條件下，對放射性廢液貯槽單獨退役處置可行性較低，為消除放射性廢液貯槽的安全隱患、保障核設施正常運行，可考慮對放射性廢液貯槽進行安全封存。結合放射性廢液暫存排放系統現狀，對低放廢液貯槽采取的安全封存措施如下。

（1）排空廢液貯槽內現有廢液，拆除已出現老化和腐蝕的廢液接收排放管路，避免進一步腐蝕，消除廢液接收排放及暫存過程存在的放射性廢液泄漏風險。

（2）對廢液貯槽間廠房外部進行安全整治，提高廠房周圍場地高度，進一步對房間外墻增加防水措施，避免雨水積聚滲入廢液貯槽所在房間。

（3）在貯槽上方增設鋼板或混凝土板進行屏蔽，減少放射性底泥對鄰近房間產生的不必要輻射照射。

（4）房間內增設進排風管道進行定期通風，有效降低房間內放射性氣溶膠水平，房間增設氣溶膠取樣點，定期了解房間內氣溶膠濃度水平。

（5）貯槽內增設液位報警系統，信號引入核設施控制室，可以及時發現放射性廢液貯槽異常情況。

（6）采取實體和行政管理措施，防止人員誤入廢液貯槽間。

核設施退役工程中，為安全、經濟地完成退役任務，需開展針對性的研究和論證。當前，我國針對停運核設施未明確制定核設施退役的策略，上述安全整治措施針對現有的安全隱患和實際情況考慮整治方案，可以排除安全隱患，安全整治措施工程量較小，具有較好的工程可行性。

4 結語

本文所述放射性廢液貯槽運行多年已存在嚴重安全隱患，擬進行拆除退役，根據源項調查結果和實際情況，貯槽拆除的難點是底泥的回取和整備。通過對底泥回取和整備方案進行比選分析，本文認為無論從技術可行性方面，還是從經濟合理性方面，該貯槽均不具備單獨拆除退役的條件，通過采取必要的安全措施消除貯槽現有安全隱患，使其能夠安全封存，是目前最為合理可行的途徑。本文提出的放射性廢液貯槽安全整治方案對類似核設施退役或安全整治工作也有一定的借鑒意義。