核电站放射性废树脂贮存和输送的设计优化

王富明

（中核集团江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

【摘　要】核电站在运行过程中,一回路冷却剂净化所利用的树脂在每次机组大修后都将进行更换，更换后的废树脂都将贮存于放射性液体废物贮存系统，贮存一定时间后,废物中短寿命放射性核素得到充分衰变后送往放射性废物固化系统进行水泥固化处理。但在废树脂输送过程中多次出现因树脂沉积管道而使系统无法正常运行的情况，本文旨在介绍该情况的处理经验，为我国核电厂在放射性废树脂管道输送方面的作业提供一点经验。

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关键词 放射性废树脂；树脂输送；树脂沉积；技术改造

放射性液体废树脂贮存系统（下面称 KPK20系统）是核电站用于接收和贮存电站运行、维修期间所产生的放射性废树脂，在这些废树脂贮存一定时间后，废树脂中的短寿命放射性核素得到充分衰变后送往放射性废物固化系统（下面称KPC系统）进行水泥固化处理。但在机组功率运行后，一回路冷却剂净化系统（下面称KBE 系统）过滤器每年大修更换一次树脂，一回路冷却剂处理系统（下面称KBF系统）过滤器每年至少更换一次树脂。KPK20贮槽中放射性树脂的工作随之增多，系统设备的设计缺陷逐渐暴露出来。在2008、2009、2010年连续发生几起KPK20系统设备故障，导致系统无法运行的事件。而通过总结分析这些系统设备运行故障主要集中在对放射性废树脂的贮存和输送环节，经过分析、初步理论计算和多次试验，提出了合理的技术改造方案，在技改实施后取得了良好的效果。

1　系统运行中的故障及原因简述

在将贮槽KPK20BB001中的树脂倒入贮槽KPK30BB001过程中，运行7 秒钟，出口压力0.6MPa，保护跳泵。现场检查发现：泵腔漏油，泵鼓轮断裂。事后维修检查发现管道和泵腔内残留大量树脂且KPK20 贮槽内实际树脂含量高达70%。因此在上一次输送作业残存于管道中的大量树脂及贮槽内过高的树脂含量是导致该故障的主要原因。现场情况如下图所示：

2　问题分析

经研究分析在树脂输送泵进、出口管线上没有设计冲洗管线，在输送完树脂后，管道和泵腔内残留大量树脂，进而导致在再次启动树脂输送泵时，由于泵的出入口管道及泵腔内沉积有大量树脂，使承载树脂流动的介质－水大量减少，从而无法使树脂和水两相无法在管道内流动，最终造成输送泵无法正常运行。其次，贮槽中树脂与水的比例过高使得树脂在贮槽中大量沉积甚至板结成块，在进行树脂输送过程中仅靠进入贮槽底部的单根压缩空气管线也难以使树脂与水搅拌均匀，造成泵在启动后进入泵体的树脂过量。经分析该系统有以下几点不合理之设计：

1）压空吹扫管线设计及操作不合理；

2）输送泵出入口管道缺少冲洗管线；

3）在树脂输送操作过程中操作人员无法观察树脂的流动情况；

4）原设计中树脂储罐中树脂的含量较高。

3　解决方案

针对以上分析设计缺陷，对贮槽及输送泵进出口管道进行了一系列的技术改造进而保证树脂输送的正常运行。

（１）在之前KPK的设计中压空管线是接在KPK系统的树脂传输管线上的，虽然运行人员按照计划每周都要对KPK系统的储罐进行压空疏松，但是实际上按操作单要求定期疏松时候使用只从KPK系统储罐的底部的传输管线上进压缩空气而不对水箱底部的环形管进行压空疏松，同时KPK的压空疏松管线管径非常小，压空供应能力不足，这就造成在每次疏松后树脂回落的速度非常的快使疏松效果大打折扣。所以改造压缩空气管线由树脂输送管线单根接入改为贮槽底部多根环形接入。如图所示：

（2）输送泵的进出口处增加冲洗水管及窥视孔，在输送树脂操作开始前和结束后对泵的出入口管道进行清水冲洗操作，使管道中不再有树脂沉积，窥视孔则用于观察树脂输送过程中树脂的流动情况；如图所示：

（3）通过计算确定贮槽中树脂体积含量不超过40％，操作人员通过导入贮槽的废树脂量和最终贮槽液位计算出树脂的体积含量，保证贮槽中水含量在进行树脂输送操作时足以承载树脂正常流动。

对于贮槽中树脂体积含量不超过40％，目前只是设计人员经过大量试验并考虑核电厂放射性废物固化处理成本最终确定。因为固化系统KPC对KPK传输树脂的要求较高，但因设计原因，KPC系统和KPK系统的关联性不强，KPC系统希望KPK系统传输的树脂和水的比例尽量的高，这样才能减少废液的产生和容易固化，但KPK系统在传输树脂时如果要使堵管现象较少发生就需要树脂和水充分的混合，这样树脂和水的比例可能较低，而增加水的传输量才能使管线发生堵塞的几率降低也更利于KPK泵的运行。对于解决此问题，可以增加KPC系统排水返回KPK系统的管线，使其在固化之前能对KPK系统传输的树脂进行压实，增加KPC系统储罐的容积可以使KPK向KPC传输树脂中的水的比例增加这样树脂在管道内沉积的可能性将降低而且停泵后的反冲洗效果也会好很多。

4　技术改造后系统运行效果及结论

经过以上对该系统的技术改造后，在进行KPK系统向KPC系统输送废树脂操作时，没有再次出现因大量树脂沉积在管道中而使输送泵无法正常运行的情况，从而使核电站机组产生的放射性废树脂得以在KPC系统中进行固化处。依此，验证了对该系统所进行的一系列技术改造是行之有效的。并且该系列技术改造对该电站后续机组三废系统的设计建造甚至对国内其他核电站三废系统的设计建造提供了经验。

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参考文献

［１］蒋国元.WWER-1000核电站设备与系统[M].原子能出版社,2009-9.

［２］国家核安全局.核电厂放射性废物管理系统的设计，核安全法规，HAD0401/02,2001[Z].

［３］景思睿,张鸣远.流体力学[M].西安交通大学出版社,2008-06-01.

［责任编辑：汤静］