某放射性固體廢物暫存庫的設(shè)計

楊美健 華正韜 趙 奔

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

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某放射性固體廢物暫存庫的設(shè)計

楊美健 華正韜 趙 奔

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

通過分析某放射性固體廢物暫存庫廢物源項的特性，從放射性分區(qū)、貯存單元、運(yùn)行方案三方面，確立了該暫存設(shè)施的設(shè)計原則，并闡述了其初步設(shè)計方案，滿足了接收廢物的要求及運(yùn)行過程中對人員的防護(hù)要求。

放射性廢物，暫存庫，貯存單元，放射性分區(qū)

0 引言

隨著我國核工業(yè)的迅猛發(fā)展，各種不同功能、類型的核設(shè)施大規(guī)模的建設(shè)。在核設(shè)施運(yùn)行期間，由于物料消耗、部件的磨損以及核設(shè)施的維護(hù)檢修等過程都會產(chǎn)生大量的廢棄物。由于受到輻照活化、放射性污染，使得這些廢棄物成為具有一定放射性污染的廢物，即放射性廢物。由于核設(shè)施運(yùn)行期間會產(chǎn)生大量的各類放射性廢物，這些廢物的處理、處置便成為了較為關(guān)鍵的問題。

一般放射性廢物按照廢物的物理形態(tài)可分為放射性固體廢物、放射性液體廢物和放射性氣體廢物。按照污染水平可分為低放廢物、中放廢物和高放廢物[1]。不同類型的廢物其處理、處置手段也不盡相同。對放射性廢物的處理，主要是通過不同的處理手段將各類物理狀態(tài)的廢物以固化體的形式進(jìn)行最終的處置。在運(yùn)行期間，對于不能及時處理、處置的廢物要進(jìn)行暫存。本文主要針對某污染區(qū)治理項目中、低放固體廢物的暫存設(shè)施的設(shè)計進(jìn)行介紹。

1 源項分析

污染區(qū)治理項目，主要是對該區(qū)域內(nèi)的污染土及散落的部分固體廢物進(jìn)行清理，清理的放射性廢物主要包括污染土和反射性金屬廢物。所有廢物都經(jīng)收集后，用200 L放射性廢物桶進(jìn)行包裝，包裝形式如圖1所示[2]。

包裝好的桶裝廢物按照盛裝廢物的類別，其最終的處置方式不同。區(qū)域內(nèi)的污染土經(jīng)包裝后可經(jīng)暫存后送往最終處置。金屬廢物則需要經(jīng)過超級壓縮處理，再裝入放射性廢物剛性包裝、水泥固定，將固定好的鋼箱進(jìn)行暫存后最終送往處置庫進(jìn)行處置。水泥固定鋼箱示意圖如圖2所示[3]。廢物源項統(tǒng)計見表1。

表1 廢物源項統(tǒng)計表

序號廢物類型包裝形式放射性水平廢物量1污染土200L桶包裝后比活度:1.65×104Bq/kg～1.22×106Bq/kg6000桶2金屬廢物2m3鋼箱包裝后比活度:1.61×104Bq/kg～1.85×105Bq/kg330箱

2 方案設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

根據(jù)上述暫存廢物的源項特性及特點，對該暫存設(shè)施的設(shè)計原則主要進(jìn)行以下幾方面的考慮：

1)放射性分區(qū)設(shè)計。由于暫存廢物為放射性廢物，設(shè)施的設(shè)計應(yīng)考慮運(yùn)行期間的人員輻照安全。為控制正常工作條件下的正常照射和防止污染擴(kuò)散，并預(yù)防潛在照射和限制潛在照射的范圍，將需要和可能需要專門防護(hù)手段或安全措施的區(qū)域定義為控制區(qū)，將通常不需要專門的防護(hù)手段或安全措施，但需要經(jīng)常對職業(yè)照射條件進(jìn)行監(jiān)督和評價的區(qū)域定義為監(jiān)督區(qū)。并合理安排氣流、人流、物流，避免放射性物質(zhì)交叉污染。

2)貯存單元設(shè)計。需要進(jìn)行暫存的桶裝、箱裝廢物總體放射性水平較低(低放廢物比活度：<104Bq/kg；中放廢物比活度：104Bq/kg～1011Bq/kg)[4]，但暫存量較大，因此暫存單元的設(shè)計主要從庫容方面進(jìn)行考慮，并考慮運(yùn)行期間的輻照安全。

3)運(yùn)行方案設(shè)計。由于廢物的外照劑量遠(yuǎn)高于人員直接操作的水平，因此在暫存庫的設(shè)計中涉及的主要操作過程均采用遙控操作的方式，避免人員受照。

2.2 初步設(shè)計方案

1)貯存單元。根據(jù)廢物的包裝形式不同，廢物暫存分為兩個完全獨立的區(qū)域，200 L鋼桶暫存區(qū)和鋼箱暫存區(qū)以及其他輔助系統(tǒng)的功能房間。廠房布置圖見圖3。

a.鋼桶區(qū)貯存單元。根據(jù)暫存廢物的源項特點，鋼桶的貯存單元在設(shè)計上應(yīng)采取相應(yīng)的屏蔽措施。本項目暫存方案在設(shè)計中對屏蔽措施的要求不高，因此主要考慮因素為廢物的暫存量。暫存庫的設(shè)計國內(nèi)外都有較為成熟的案例，包括核電站的廢物暫存庫、中低放廢物處置庫等。貯存單元一般為貯存井的形式。根據(jù)本設(shè)施暫存的廢物源項特性，在方案設(shè)計中選擇了貯存單元的方案。具體方案為：根據(jù)廢物的放射性水平，在鋼桶暫存區(qū)四周設(shè)置混凝土屏蔽墻，以保證暫存區(qū)之外的區(qū)域符合人員操作的輻射劑量要求。暫存區(qū)域內(nèi)以鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)置貯存單元，廢物桶在暫存單元內(nèi)垂直疊放。

根據(jù)《低、中水平放射性固體廢物容器——鋼桶》的標(biāo)準(zhǔn)要求“鋼桶正位直立式碼放可以負(fù)載5個同樣的桶”。借鑒相關(guān)工程的工程經(jīng)驗，本暫存庫內(nèi)對200 L鋼桶也設(shè)計為4層碼放。

b.鋼箱暫存區(qū)貯存單元。鋼箱的貯存與鋼桶類似，通常也采用在貯存單元內(nèi)進(jìn)行堆疊碼放的方案。鋼箱暫存區(qū)貯存單元較大，輻射防護(hù)屏蔽措施只是簡單的作單元分割。

本設(shè)施所接收的經(jīng)整備后的鋼箱水泥固定體，鋼箱暫存區(qū)設(shè)計方案具體為：鋼箱暫存區(qū)內(nèi)設(shè)置混凝土墻將整個鋼箱暫存區(qū)分成若干個貯存單元，用于貯存鋼箱包裝的水泥固定體，鋼箱為2層碼放。在方案設(shè)計中，通過在貯存單元之間設(shè)置矮墻，并結(jié)合廢物碼放布置及人員活動區(qū)域的情況，盡量能夠避免或減少人員活動區(qū)域內(nèi)的輻照影響。

2)放射性分區(qū)設(shè)計。由于設(shè)施內(nèi)暫存的廢物具有放射性，因而需要對運(yùn)行期間人員操作考慮專門防護(hù)手段或安全措施，對不同輻照水平區(qū)域按要求劃分為控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)。將通常不需要專門的防護(hù)手段或安全措施，但需要經(jīng)常對職業(yè)照射條件進(jìn)行監(jiān)督和評價的區(qū)域定義為監(jiān)督區(qū)。廠房布置分別為控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)[5]。根據(jù)暫存廢物的廢物水平，本設(shè)施分區(qū)布置見圖4。

廢物暫存區(qū)域包括桶裝廢物暫存區(qū)和箱裝廢物暫存區(qū)，以及為排放氣體過濾的排風(fēng)機(jī)房。一般不需人員進(jìn)入。參照輻射防護(hù)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，對該區(qū)域的輻照劑量控制為[5]：a.外照射劑量率不大于0.025 mSv/h；b.氣載放射性物質(zhì)活度濃度α≤0.2 Bq/m3，β≤50 Bq/m3。運(yùn)行期間人員操作區(qū)域其輻照劑量控制值為：a.外照射劑量率不大于0.005 mSv/h；b.氣載放射性物質(zhì)活度濃度α≤0.06 Bq/m3，β≤15 Bq/m3。

相鄰的兩個不同控制區(qū)之間用混凝土墻隔離，并根據(jù)實際的輻照水平計算墻體的厚度，如圖5所示，以保障操作人員的輻照安全。

3)運(yùn)行方案。本設(shè)施在運(yùn)行方案主要采用遙控操作手段，通過吊車和自動抓具配合對廢物進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、碼放等操作。

a.鋼桶暫存區(qū)。鋼桶暫存區(qū)的日操作主要包括：廢物接收、廢物轉(zhuǎn)運(yùn)、廢物碼放等幾個環(huán)節(jié)。主要流程為廢物由汽車送至?xí)捍嬖O(shè)施，在汽車門斗內(nèi)將廢物(桶)抓取并吊運(yùn)至貯存單元內(nèi)進(jìn)行碼放?？紤]到廢物源項放射性水平較高，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，鋼桶暫存區(qū)內(nèi)廢物桶吊運(yùn)能夠通過在廠房內(nèi)設(shè)置數(shù)控吊車，配合自動抓具及定位系統(tǒng)，實現(xiàn)對廢物抓取、碼放等的精準(zhǔn)操作，實現(xiàn)遙控作業(yè)。b.鋼箱暫存區(qū)。運(yùn)行期間，鋼箱暫存區(qū)的操作過程與鋼桶類似，操作主要是廢物的吊運(yùn)。本設(shè)施的設(shè)計中對鋼箱的抓具也進(jìn)行了設(shè)計。其功能是在抓取和碼放過程中實現(xiàn)自動的定位、對準(zhǔn)，動力方式主要采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，依靠重力進(jìn)行抓取和鎖死，保證吊運(yùn)過程中的安全、可靠。

3 結(jié)語

根據(jù)設(shè)施或運(yùn)行方式的不同，暫存庫接收的廢物種類、包裝形式各有不同[6,7]。因此，在暫存庫的設(shè)計中要充分結(jié)合廢物源項特點，進(jìn)而使設(shè)計方案更加合理。本文結(jié)合中低放固體廢物暫存庫接收廢物的源項特征，借鑒成熟的設(shè)計方案和經(jīng)驗，分別從貯存單元、輻射防護(hù)設(shè)計、主要輔助系統(tǒng)設(shè)計及運(yùn)行方案等幾個方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析。本設(shè)計滿足了接收廢物的要求及運(yùn)行過程中人員的防護(hù)要求。

廢物暫存庫是核設(shè)施的配套設(shè)施，主要用于放射性廢物的臨時貯存。放射性廢物對公眾具有較大的危害，因此，核設(shè)施運(yùn)行或退役過程中所產(chǎn)生的廢物必須妥善管理，對于產(chǎn)生大量廢物的核設(shè)施或項目需要按照法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)配套相應(yīng)的廢物暫存設(shè)施。通過暫存，可以使廢物設(shè)施在生命周期內(nèi)得到妥善的管理，避免放射性廢物的擴(kuò)散，保證環(huán)境安全和公眾安全。

[1] GB 9133—1995，放射性廢物的分類[S].

[2] EJ 1042—2014，低、中水平放射性固體廢物容器鋼桶[S].

[3] EJ 1076—2014，低、中水平放射性固體廢物容器鋼箱[S].

[4] 從慧玲.實用輻射安全手冊[M].北京：原子能出版社，2007.

[5] GB 18871—2002，電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 胡雅麗，史軍妍.陽江核電站廢物暫存庫(QT)的優(yōu)化設(shè)計[J].輻射防護(hù)期，2015，35(1)：64-65.

[7] 榮 峰，李金艷，王金明.省級城市放射性廢物庫工程設(shè)計[J].核動力工程，2009,30(6):70-71.

On design for some radioactive solid waste temporary depository

Yang Meijian Hua Zhengtao Zhao Ben

(ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd,Beijing100840,China)

According to the analysis of the feature for the waste sources of some radioactive solid waste temporary depository, identifies the design principle for the temporary depository facilities from the radioactive division, depository unit, and operation scheme, and illustrates its primary design scheme, so as to meet the demands of the accepted wastes and of the protection over personnel in the operation.

radioactive waste, temporary depository, storing unit, radioactive division

2016-11-26

楊美健(1985- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2017)04-0199-03

TU249

A