摘要：为适应国家对AP1000核电厂放射性废物排放的要求，满足GB14587-2011《核电厂放射性液态流出物排放标准》中关于放射性核素总排放浓度最高为100Bq/L的限值，对AP1000液体放射性废物系统（WLS）除盐净化工艺进行了优化，提出了“化学絮凝注入+过滤+离子交换”为主的处理工艺。本文重点介绍与此工艺改进相关的布置设计改进，首先对改进的背景进行了描述，然后对工艺系统的改进方案进行了说明，最后给出了WLS除盐净化改进的布置实施方案并对方案进行了总结。改进后的液体放射性废物系统满足相关法规的要求。
关键词：放射性废物排放；除盐净化；布置
1.背景：
在我国全面引进美国西屋公司第三代核电技术“非能动先进压水堆AP1000”后，开工建设了浙江三门、山东海阳两个自主化依托项目。相关法规对核电站放射性废液流出物提出了更严格的排放标准，国标《核电厂放射性液态流出物排放标准》规定：对于滨河、滨湖或滨水库厂址系统排放口处除H-3、C-14外其他放射性核素的总排放浓度上限制为100Bq/L。”的要求，且总排放口下游1km处受纳水体中总β放射性浓度不得超过1Bq/L。西屋公司在原设计中，AP1000液体放射性废物系统能将放射性浓度为3.94x106Bq/L的源项废液降至1000Bq/L以下。本改进主要是对WLS液体放射性废物系统的除盐净化工艺进行了优化，增设化学絮凝注入单元和两台离子交换床以及树脂充填装置，已满足设计基准工况下废液处理要求。
2.系统工艺描述
AP1000液体放射性废物系统主要采用过滤+离子交换处理的方式。该废液处理系统由前置过滤器、4台离子交换器和后置过滤器组成，分别去除废液中的不可溶解的颗粒杂质、放射性离子杂质和废树脂。对于洗涤废液和化学废液，需监测其放射性活度如果大于排放标准，则接到移动处理设备进行处理。
3.系统工艺改进描述
为提高液体放射性废物系统总的去污效果，增加其净化能力。根据现有的WLS系统工艺现状和处理目标，使原系统能充分利用，对WLS系统提出化学絮凝注入+过滤+6台离子交换的处理工艺，改进后系统去污能力满足国家标准对放射性废物的排放要求。
工艺流程如下：正常工况下，流出液暂存槽内的废液经过过滤、一台深床过滤器和五台离子交换床器处理后是送至监测槽。其中在预过滤器进出口处设有在线管道混合器、化学絮凝注入以及颗粒控制管理系统，在预过滤器入口调节pH值，此处注入絮凝剂，PCM在线监测深床出入口的pH值和电导率，调控进料和絮凝注入的浓度。深床上层的活性炭截留废液中的大颗粒物质和胶体颗粒，并通过监测深床出口流体的电流和颗粒计数来控制最佳注入量，以确保较好的去污效果。
PCM控制模块，化学絮凝注入以及颗粒控制管理系统，设备布置在废液监测槽间。PCM控制模块又称化学絮凝装置，用于对放射性废液进行化学预处理。絮凝剂采用自动加药进行，以防止过量絮凝剂对下游树脂床造成影响。
新增两台树脂离子交换器，设备布置在废液监测槽间。用于正常工况下废液的进一步处理和放射性核素的去除。当电厂发生如0.25%燃料元件包壳破损等特殊事件时，WLS系统可将正常运行离子交换序列的下游增加的两台除盐离子交换床投入运行，以补充去污能力。
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新增取样模块、一台取样槽，设备布置在12363废液监测槽间。用于检测放射性浓度、检查多台设备的性能、贮槽内液体在输送、处理或排放前特性测定和用于分析和记录的排放取样的收集。
改进前废液监测槽间的设有废液监测槽和用于服务该监测槽的泵阀模块。由于12363废液监测槽间颠覆性变化，改进后原12363房间取消废液监测槽，服务该监测槽的泵阀模块及相关管道。增设除盐离子交换床、PCM控制模块以及取样模块。
4.布置改进方案实施描述
为实施本改进项，废液监测槽间的布局将发生颠覆性变化。布置改进方案实施分为四部分，房间布局、模块修改、管线布置变化及结构变化。
4.1房间布局
废液监测槽间位于辅助厂房5区的107’2”（+2.184m）层，现设有监测槽（WLS-MT07A），房间内117’6”（+5.334m）标高处设有钢平台，用于布置服务该监测槽的泵阀模块。
4.2模块修改
改进后原废液监测槽间取消废液监测槽，服务该监测槽的泵阀模块及相关管道。增设除盐离子交换床、PCM控制模块、取样模块及相连管道。
KB11模块布置在66’6”（-10.211m）层4区的除盐装置/过滤器间，KB11模块主要布置一台深床离子交换器和三台离子交换床，四台离子交换器串联。深床离子交换器装有活性炭用于去除放射性废液中的核素，其余三台离子交换器可以装填一般处理的混合树脂。当处理废液不需要某台容器内专门离子交换介质时，该容器都能被旁通。同时增设从除盐装置/过滤器间至废液监测槽间的新增管线。
4.3 管线布置变化
核辅助厂房12363房间依据核岛辐射分区及说明中的描述，属于Ⅳ类中等放射源房间。除盐装置/过滤器间的除盐装置KB11模块属于Ⅴ/Ⅸ类高放射源房间，中间隔离区为Ⅵ类高放射源区。所以在布置方案中对两个房间连接的管线必须使用同等辐射分区的房间进行管道的连接，在12253管廊间和12269管廊间都属于Ⅷ类高放射源房间，按辐射分区及说明中的描述Ⅵ/Ⅶ/Ⅷ类等同Ⅴ类限制区房间，在此类房间尽量减少需要人为操作的设备与阀门等。
改进项管线布置方案如下：
1）增设从除盐装置/过滤器间至废液监测槽间的取样管线
深床过滤器出口取样管线；离子交换器出口取样管线；离子交换器B出口取样管线；离子交换器B出口取样管线；后过滤器出口取样管线，通过管廊间与废液监测槽间的取样模块相连接。
2）增设从废液监测槽间PCM控制模块至除盐装置/过滤器间管道混合器的絮凝剂和碱添加管线，PCM控制模块的碱添加管线；PCM控制模块的絮凝剂管线；通过管廊间与废液监测槽间的PCM控制模块相连接。
3）增设从厂用气至管道混合器的供气管线
在废液监测槽间布置有与预过滤器相连的管线，通过废液监测槽间的压缩空气管线为预过滤器供气。
4）增设从除盐离子交换器至WSS废树脂槽入口总管废树脂出口管线
在废液监测槽间离子交换器废树脂出口管线，通过管廊间与除盐装置/过滤器间临近的WSS废树脂出口管相连接。
5）修改废液监测槽间的地坑疏水管线，WLS系统正常运行期间，满足其以0.76m3/h连续疏排给到地坑。在废液监测槽间地面新增地坑疏水管线。
6）增设穿房间的贯穿件
考虑从废液监测槽间至除盐装置/过滤器间的布置管道需经过部分楼板和墙体。在确定了管线的布置情况及楼板与墙体的开孔位置后，按贯穿件及套管标准手册进行选型，确定贯穿件形式
5结论
通过对AP1000液体放射性废物系统除盐净化工艺进行优化，满足核电厂液体放射性废物排放的要求。AP1000放射性废液处理工艺的布置，布置改进无需对厂房进行任何改动，但添加了设备、管道和阀门，并且工艺设备成熟可靠。PCM控制模块会产生一定的放射性废物，在一定程度上增加了放射性废物固化处理成本，但增加此设备，对离子交换器单元产生的废树脂会减少，相应的也减少放射性废树脂的处理费用。该改进工艺的去污能力为满足内陆核电厂放射性废物排放标准，提供了设计参考，能提升我国核电厂研发设计的自主创新能力。
参考文献
[1]GB14587-2011，核电厂放射性液态流出物排放标准：2011年；
[2]液体放射性废物系统手册（WLS），中国核电工程有限公司：2012年3月；
[3]贯穿件及套管标准手册，中国核电工程有限公司：2014年7月；
论文作者:杨乐,韩双
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/12
标签：废液论文; 放射性论文; 管线论文; 模块论文; 过滤器论文; 废物论文; 离子交换论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;