放射性廢液取樣裝置初步研究

吳軍龍，南旭陽(yáng)，謝 華，何 赟，張靖波，李江波

（1.西南科技大學(xué)核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng) 621010；2.中核四川環(huán)保工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610006）

0 引 言

高放射性廢液取樣是進(jìn)行高放研究（如水泥固化、玻璃固化等）經(jīng)常遇到的問(wèn)題。因?yàn)槠涓叨鹊奈ｋU(xiǎn)性，所以對(duì)取樣裝置的可靠性要求較高。20世紀(jì)60年代到90年代往往采用人工簡(jiǎn)單的吊樣方式，不僅對(duì)取樣人員的身體危害較大，而且由于取樣罐內(nèi)漆黑，取樣精度也無(wú)法保障。隨著國(guó)家核電業(yè)務(wù)的發(fā)展[1]，越來(lái)越多的放射性廢液產(chǎn)生，需要取樣頻率、數(shù)量進(jìn)一步加大，這就給實(shí)際取樣工作帶來(lái)很大困難，以前的取樣方法已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需要。本文結(jié)合實(shí)際工程問(wèn)題，研制一種適合樣品種類(lèi)多、取樣量大、取樣定位準(zhǔn)確的取樣裝置[2-4]。

1 取樣裝置的總體要求

根據(jù)放射性廢液取樣實(shí)際情況，取樣裝置要滿(mǎn)足以下要求：（1）體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝拆解、操作方便，3～5人即可完成全部工作。取樣完成后，不影響廢液貯存工藝運(yùn)行。（2）定點(diǎn)定位準(zhǔn)確。能準(zhǔn)確地取不同深度的定點(diǎn)位置，且避免大罐中廢液攪動(dòng)造成樣品上下混合，污染樣品品質(zhì)。（3）利于輻射防護(hù)要求避免放射污染及人員受照。（4）取樣時(shí)間短，每次取樣時(shí)間不超過(guò)3h。（5）成本低，幾次取樣后，污染后要被棄置的部分少。

2 取樣裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 取樣裝置組成

取樣裝置主要由真空泵、取樣容器、排氣過(guò)濾器、閥門(mén)（閥門(mén)1、閥門(mén)2、真空補(bǔ)氣閥）、管線(xiàn)等5部分組成，如圖1所示。真空泵為ZX-4型便攜式真空泵，使用220V交流電源，重量約10kg，設(shè)有真空進(jìn)氣、排氣接口，真空度可達(dá)到95%。取樣容器為適當(dāng)容量的磨口玻璃瓶，瓶壁厚薄要求均勻，耐壓情況好。使用之前經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)與標(biāo)定，且在瓶壁外側(cè)將容量刻度進(jìn)行標(biāo)識(shí)。為了便于搬運(yùn)，按照樣瓶盡寸作合適的固定裝置，并按輻射防護(hù)要求加鉛皮屏蔽。過(guò)濾器，由氣溶膠取樣盒加雙層濾紙組成，將其串聯(lián)到取樣抽氣管中，過(guò)濾氣體使真空泵免于污染。閥門(mén)由3個(gè)考克閥組成，連接成三通形式。閥門(mén)之間用軟管連接，兩端用卡箍固定，其作用是調(diào)節(jié)取樣瓶?jī)?nèi)真空度，控制取樣量。管線(xiàn)軟管用1/2″PVC管，配合φ10×3P短節(jié)，組成相應(yīng)的管路系統(tǒng)。同時(shí)在取樣管末端加較長(zhǎng)一些的不銹鋼管，起到配重的作用，可以準(zhǔn)確定位于液面下某點(diǎn)。

2.2 取樣裝置工作過(guò)程

圖1 取樣裝置原理圖

由于高放廢液對(duì)人體的嚴(yán)重危害性及防止放射廢液二次污染，取樣過(guò)程可靠性尤為重要。必須保證一次取樣成功。一次取樣過(guò)程分為兩步實(shí)施，第一步是驗(yàn)證調(diào)試，另一步是實(shí)際取樣。

驗(yàn)證調(diào)試過(guò)程：（1）打開(kāi)閥門(mén)1和真空補(bǔ)氣閥，關(guān)閉閥門(mén)2，起動(dòng)真空泵，正常工作應(yīng)當(dāng)是真空補(bǔ)氣閥甩頭有明顯吸氣現(xiàn)象。（2）真空泵正常工作后，打開(kāi)閥門(mén)2，關(guān)閉真空補(bǔ)氣閥，樣瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓，這時(shí)候取樣管末端應(yīng)有明顯吸氣現(xiàn)象。（3）檢查樣瓶橡膠塞和各接頭，應(yīng)無(wú)漏氣現(xiàn)象。調(diào)試完成后停止真空泵。

圖2 取樣現(xiàn)場(chǎng)

實(shí)際取樣過(guò)程：（1）關(guān)閉閥門(mén)2，將取樣管從儀表套管下放至標(biāo)定深度并固定。（2）打開(kāi)閥門(mén)1和真空補(bǔ)氣閥，起動(dòng)真空泵，再打開(kāi)閥門(mén)2。（3）手動(dòng)控制真空補(bǔ)氣閥，將其緩慢關(guān)閉，這時(shí)樣瓶形成負(fù)壓，從取樣管慢慢有料液進(jìn)入樣瓶。觀(guān)察進(jìn)料管，手動(dòng)控制真空補(bǔ)氣閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)樣瓶真空度，可以調(diào)節(jié)抽料速度。（4）料液接近樣瓶刻度線(xiàn)時(shí)同時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)真空補(bǔ)氣閥和閥門(mén)2開(kāi)關(guān)，料液達(dá)到預(yù)定量的刻度線(xiàn)，關(guān)閥門(mén)2，開(kāi)真空補(bǔ)氣閥，停真空泵。（5）關(guān)閥門(mén)1，打開(kāi)閥2，使樣瓶?jī)?nèi)外壓力平衡。（6）拆除排氣管、過(guò)濾器芯、抽氣管、閥門(mén)組合、樣瓶橡膠塞、取樣管，并進(jìn)行簡(jiǎn)單擦拭去污，一同做固體廢物處理。（7）蓋上樣瓶原磨口蓋，核對(duì)樣品標(biāo)簽，送至指定地點(diǎn)，取樣結(jié)束。（8）若一次取若干個(gè)樣，只需準(zhǔn)備新樣瓶及取樣管，重復(fù)以上操即可完成。

取樣現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示，圖2（a）為電機(jī)伺服系統(tǒng)，完成對(duì)真空泵的控制及照明控制，通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)裝置內(nèi)真空度的速度及抽真空的程度，電機(jī)使用的供電系統(tǒng)是220V的交流電，在實(shí)際工作中可以十分方便連接到就近的插座上。圖2（b）為真空緩沖罐，完成對(duì)氣流的調(diào)節(jié)，其上接真空表，指示罐內(nèi)的真空程度，用來(lái)反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，當(dāng)真空程度達(dá)到設(shè)定要求后，電機(jī)不再運(yùn)行，使得裝置系統(tǒng)達(dá)到合理的真空度。圖2（c）為取樣瓶及支架，完成樣品的取樣及對(duì)取樣瓶的固定。為了保護(hù)人員的安全，必須對(duì)取樣瓶進(jìn)行固定，在整個(gè)裝置工作過(guò)程中，取樣人員離取樣瓶等要保持安全距離，以防意外發(fā)生。圖2（d）為熱實(shí)驗(yàn)中確保實(shí)驗(yàn)人員安全而轉(zhuǎn)移運(yùn)送的防護(hù)鉛皮，防止取樣過(guò)程中放射性廢液意外濺出。

2.3 實(shí)際運(yùn)行情況

取樣裝置研制完成后，分別進(jìn)行了A類(lèi)高放廢液、B類(lèi)高放廢液和C類(lèi)高放廢液樣品3次實(shí)際取樣。從表1可以看出，對(duì)A、B、C 3類(lèi)高放射性液體取樣，最大誤差為5%，最小誤差為2.7%，完全滿(mǎn)足工程實(shí)際需要。

3 結(jié)束語(yǔ)

本工作利用虹吸原理設(shè)計(jì)一套放射性取樣裝置，對(duì)中核四川環(huán)保工程有限責(zé)任公司存放的部分核電站放射性廢液進(jìn)行成功取樣。該裝置具有安全、可靠、環(huán)保等特點(diǎn)，完全滿(mǎn)足工作需求，較好地解決了放射性廢液取樣的工程問(wèn)題，且構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于操作，有很強(qiáng)的使用和推廣價(jià)值。但同時(shí)該裝置的遠(yuǎn)程控制，取樣精度等還有待改進(jìn)。

表1 樣品取樣情況

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