某核電站放射性固體廢物暫存庫貨包堆碼方案的分析與論證

伍大偉

摘要：核電站廠址廢物處理設(shè)施，按照國家相關(guān)規(guī)定，必須與主體設(shè)施“三同時”，尤其是放射性固體廢物暫存庫的設(shè)計和建設(shè)，對核電站后期運行的廢物管理影響重大，影響到庫容量、貯存年限、廢物的裝卸、搬運、堆存和回取，如何選取暫存庫的貨包堆存方案尤為重要，本文即從工程角度研究了暫存庫的堆存方案和措施。

關(guān)鍵詞：放射性固體廢物；暫存庫；堆碼；貨包

1.0前言

某核電站按照GB14589-93《核電廠低、中水平放射性固體廢物暫時貯存技術(shù)規(guī)定》設(shè)計和建造低、中水平放射性固體廢物暫存庫（60m（長）×17.5m（寬）×14.5m（高）），并按機組廢物貯運、使用需求和輻射防護最優(yōu)化原則，庫內(nèi)建造實體隔離的貯存單元（共計13個），經(jīng)過設(shè)計和論證，采用320L碳鋼桶（￠710mm×1002mm）作為放射性固體廢物整備后的最終包裝容器，采用定位精度為±5mm數(shù)控吊車吊運、堆碼320L成品桶，限于篇幅，本文不對暫存庫的詳細設(shè)計和布置進行論證，僅對同一結(jié)構(gòu)暫存庫暫存該類型廢物貨包時的四種堆碼方案，從庫容、建造鋼材增量、運行維護、退役及人員受照、建造成本、堆碼安全穩(wěn)定性等方面進行分析，最終確定建議方案，并在核電工程建設(shè)的實踐中進行了國內(nèi)首建。

1.1直接堆碼方式

該方案，暫存庫整庫采用4.5m（高）、0.2m（厚）混凝土隔墻分為若干貯存單元，每單元為4.05m（寬）×1.438m（長），每個單元內(nèi)能布置5列×18行貨包（320L鋼桶裝，后文簡稱成品桶），庫容緊湊，按規(guī)范，設(shè)計貯存量不應(yīng)少于核電廠三個月所產(chǎn)生的廢物量，并且不超過核電廠五年所產(chǎn)生的廢物量，最多堆碼5層，最多可存放5900桶（8臺機組5年的貨包產(chǎn)量，桶布置時考慮遠距離數(shù)控吊車抓具操作，后同），布置見簡圖1。成品桶入庫時，先吊運、堆碼第一層，每個貯存單元堆滿第一層后，再堆碼第二層，按此方式依次堆碼第三、四、五層，相鄰?fù)伴g距預(yù)留50～70mm便于抓具操作。此方案堆碼時對桶底的結(jié)構(gòu)要求比較高，需要設(shè)計專門的桶底（卡箍式桶底或桶底內(nèi)凹且大于桶蓋），當桶發(fā)生偏移以至于上層桶的重心位置偏移到下層桶蓋直徑范圍之外，桶會失穩(wěn)傾倒，即上層桶體在任意方向偏移下層桶體超過355mm（桶蓋直徑徑的1/2），桶體即發(fā)生傾倒，因此在吊裝操作失誤和設(shè)計基準地震情況下，此堆碼方式可能發(fā)生桶傾倒事故，尤其是處于堆碼層邊界的少數(shù)桶，更容易因吊車操作失誤或地震因素傾倒，運行時對成品桶出入庫吊運操作要求較高，需盡量防止吊裝操作時定位不準、越位吊裝失誤、抓具升降不到位、吊車故障等因素造成桶傾倒或跌落，預(yù)防內(nèi)裝放射性固體物質(zhì)的散落所造成庫內(nèi)污染或人員處理事件所接受的意外照射，但因超過一定強度的地震因素造成成品桶的傾倒或者跌落或不可避免，存在一定的貨包堆碼失穩(wěn)風(fēng)險。

1.2塔式堆碼方式

該方案，成品桶入庫時，先吊運、堆碼貯存單元第一層，一個貯存單元堆滿第一層后，再堆碼第二層，第二層的成品桶堆碼在第一層兩個成品桶中間，按此方式依次堆碼第三、四、五層，形成金字塔式的結(jié)構(gòu)。按照最多堆碼5層，堆碼區(qū)的邊界上，從第5層到下面第4層依次比第1層少堆4、3、2、1個桶，保持現(xiàn)有貯存單元分區(qū)，最多可存放3180桶（可供4臺機組5年的貯存需求），取消貯存單元間隔墻，最多可存放5580桶（可供6臺機組6年的廢物桶貯存），該堆碼方式，不需對桶底結(jié)構(gòu)進行修改，在實體的混泥土隔墻單元內(nèi)即能保證桶自身堆碼的穩(wěn)定性，但對預(yù)防超過一定強度地震時的桶堆碼失穩(wěn)無效，庫容靈活，暫存庫布置樣式見簡圖2。

1.3 托盤堆碼方式

該方案，采用吊車吊運、堆碼成品桶和托盤，先吊運、堆碼貯存單元第一層，一個貯存單元堆滿第一層后，吊車將托盤堆碼在第一層已堆碼的成品桶上，每一個托盤設(shè)計15個成品桶位作為一組（部分區(qū)域需考慮不同規(guī)格的托盤和桶位），依次堆碼第二層托盤和第三層桶，根據(jù)可暫存區(qū)域面積、最多堆碼5層計算，庫容量最多為5120個桶，該方案布置方式見簡圖3、托盤結(jié)構(gòu)見簡圖4。

1.4格架堆碼方式

該方案，設(shè)計專門的鋼結(jié)構(gòu)作為暫存庫永久性的成品桶支撐保護系統(tǒng)（4.050m（寬）×1.438m（長），每個貯存單元由4列×16行格架單元組成），成品桶置于格架單元保護之內(nèi)（每個格架單元內(nèi)貯存5層桶），格架采用DN100/厚4.5mm鋼管和寬70mm扁鋼焊接框架組件與基礎(chǔ)預(yù)埋板連接而成（或優(yōu)化采用定制的格架零件組裝而成），格架單元中心間距882mm，根據(jù)可暫存區(qū)域、最多堆碼5層方式計算，庫容量最多為4280個桶（取消貯存單元間隔墻可增加800個桶位），該方案布置見簡圖5、6。

3.結(jié)論

通過四種堆碼方案的綜合比較，從以下方面評估并得出建議：

（1）庫容量要求高，在成品桶前后端生產(chǎn)工藝能保證桶及桶底結(jié)構(gòu)適應(yīng)性的前提下，謹慎采用直接堆碼方式，能滿足庫容量、運維/退役簡單、投資成本低；

（2）庫容量要求低，可采用塔式堆碼方式（或取消隔墻），能靈活滿足庫容需求、運維/退役簡單、投資成本低；

（3）庫容量要求高、穩(wěn)定性要求較高、投資成本能接受，可采用托盤堆碼方式（或取消隔墻）或與塔式堆碼的組合（核電站新建初期采用塔式堆碼），能靈活滿足庫容需求、運維/退役較簡單、投資成本較低。

（4）穩(wěn)定性要求很高、庫容量要求較高、投資成本能接受，可采用格架堆碼方式（或取消隔墻），能滿足庫容需求、運維/退役較復(fù)雜、投資及退役成本較高。

最終.無論采取何種方式，需獲得審管部門的安全評審認可，綜合分析，最終該核電站采用了托盤堆碼的方式。