摘要：針對(duì)田灣核電站放射性廢物處理中心蒸殘液（泥漿）處理系統(tǒng)試運(yùn)行過程中影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題進(jìn)行了分析，包括蒸殘液（泥漿）槽車攪拌槳變形導(dǎo)致密封失效無法建立儲(chǔ)罐負(fù)壓、桶內(nèi)干燥器溫濕度計(jì)設(shè)計(jì)環(huán)境不滿足實(shí)際運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致可編程邏輯控制器（PLC）順序控制程序（簡稱順控程序）無法正常執(zhí)行、冷凝罐液位計(jì)異常波動(dòng)導(dǎo)致無法判斷烘干效果、桶內(nèi)液位計(jì)異常波動(dòng)導(dǎo)致順控程序無法正常判斷停止條件等。根據(jù)分析結(jié)果，提出了相應(yīng)的解決方案，并對(duì)后續(xù)類似系統(tǒng)的運(yùn)行提出了建議。

引 言

田灣核電站放射性廢物處理中心蒸殘液（泥漿）處理系統(tǒng)由蒸殘液（泥漿）接收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、蒸殘液（泥漿）烘干系統(tǒng)組成。蒸殘液（泥漿）接收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)裝運(yùn)到放射性廢物處理中心的蒸殘液（泥漿）進(jìn)行接收、暫存、循環(huán)攪拌和取樣等操作，其主要設(shè)備包括：蒸殘液（泥漿）運(yùn)輸槽車、蒸殘液（泥漿）接收泵、蒸殘液（泥漿）接收罐、蒸殘液（泥漿）計(jì)量泵。蒸殘液（泥漿）烘干系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)蒸殘液（泥漿）進(jìn)行循環(huán)烘干，使其由液態(tài)轉(zhuǎn)換為固態(tài)，并對(duì)烘干過程中產(chǎn)生的放射性蒸汽進(jìn)行冷凝處理和排放，其主要設(shè)備有：蒸殘液（泥漿）桶內(nèi)干燥器、冷凝液暫存罐。蒸殘液（泥漿）處理系統(tǒng)試運(yùn)行過程中，一些典型問題的發(fā)生將影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，包括：無法建立運(yùn)輸槽車儲(chǔ)罐負(fù)壓且儲(chǔ)罐內(nèi)部出現(xiàn)異音、蒸殘液（泥漿）桶內(nèi)干燥器溫濕度計(jì)故障頻發(fā)、冷凝液暫存罐液位計(jì)異常波動(dòng)、桶內(nèi)液位計(jì)異常波動(dòng)。本文對(duì)這些問題的原因進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)的處理方案。

1 典型問題分析及處理解決方案

1.1 無法建立槽車儲(chǔ)罐負(fù)壓

蒸殘液（泥漿）運(yùn)輸槽車的主要功能是將機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生的放射性蒸殘液（泥漿）轉(zhuǎn)運(yùn)至廢物處理廠房進(jìn)行卸載，然后進(jìn)行烘干減容處理。其工作原理為通過放射性氣體處理系統(tǒng)的離心風(fēng)機(jī)建立儲(chǔ)罐真空環(huán)境，當(dāng)達(dá)到指定參數(shù)（壓力≤2 kPa）時(shí)，順控程序依次啟動(dòng)槽車儲(chǔ)罐攪拌槳對(duì)蒸殘液（泥漿）進(jìn)行攪混、接收泵通過負(fù)壓將槽車儲(chǔ)罐內(nèi)的蒸殘液（泥漿）輸送至接收罐內(nèi)，并執(zhí)行管道沖洗動(dòng)作，zui終沖洗水卸載至接收槽。槽車首次執(zhí)行除鹽水卸載作業(yè)時(shí)，無法建立儲(chǔ)罐真空負(fù)壓環(huán)境且儲(chǔ)罐內(nèi)部出現(xiàn)異音，為了保護(hù)設(shè)備，終止卸載作業(yè)并進(jìn)行設(shè)備檢查。

1.1.1 原因分析 

當(dāng)卸載作業(yè)多次失敗后，運(yùn)行人員就地分步驟執(zhí)行卸載作業(yè)。啟動(dòng)攪拌槳后，槽車儲(chǔ)罐內(nèi)部出現(xiàn)明顯剮蹭碰撞。停運(yùn)相關(guān)設(shè)備，聯(lián)系維修人員進(jìn)行儲(chǔ)罐解體檢查，拆開頂部鉛屏蔽層及頂蓋之后發(fā)現(xiàn)，攪拌槳電機(jī)與攪拌槳脫落后發(fā)生移位，攪拌槳尾部出現(xiàn)變形，在攪拌槳執(zhí)行攪混過程中，攪拌槳尾部與槽車法蘭接口面頻繁碰撞，導(dǎo)致攪拌槳電機(jī)固定螺栓連接處松動(dòng)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，電機(jī)螺栓出現(xiàn)不同程度的脫落，密封圈出現(xiàn)破損，儲(chǔ)罐內(nèi)部與外部環(huán)境聯(lián)通，導(dǎo)致儲(chǔ)罐無法建立真空環(huán)境。

經(jīng)廠家及維修人員現(xiàn)場(chǎng)勘查及分析，確定電機(jī)螺栓出廠時(shí)未緊固到位，在長途運(yùn)輸過程中螺栓松脫，且電機(jī)部分位于槽車鉛屏蔽層內(nèi)部，無法隨時(shí)觀察，試驗(yàn)過程中頻繁啟動(dòng)攪拌槳導(dǎo)致固定螺栓部分脫落，電機(jī)位置出現(xiàn)偏移，攪拌槳受外部應(yīng)力影響而發(fā)生扭曲變形，失去了螺栓固定后，密封圈破損，儲(chǔ)罐失去密封效果。

1.1.2 處理方案及驗(yàn)證 

維修部門聯(lián)合設(shè)備廠家臨時(shí)對(duì)攪拌槳扭曲部位進(jìn)行消缺修復(fù)，回裝時(shí)對(duì)電機(jī)及攪拌槳螺栓進(jìn)行力矩緊固。槽車儲(chǔ)罐回裝完成后，通過沖洗管線向儲(chǔ)罐內(nèi)注入 80%液位除鹽水進(jìn)行卸載驗(yàn)證，順控程序啟動(dòng)約 1 min 后，儲(chǔ)罐壓力≤0 kPa，成功建立負(fù)壓。接收泵啟動(dòng)約2 min 后，接收罐液位出現(xiàn)明顯上漲，同時(shí)槽車儲(chǔ)罐液位出現(xiàn)明顯下降，卸載作業(yè)成功。

由于攪拌槳電機(jī)長期在槽車儲(chǔ)罐屏蔽層內(nèi)運(yùn)行，且操作員監(jiān)控畫面無振動(dòng)參數(shù)監(jiān)測(cè)，為了保證后續(xù)電機(jī)或攪拌槳故障時(shí)攪拌槳不會(huì)再與緩存槽或外壁碰撞導(dǎo)致槽車儲(chǔ)罐或攪拌槳本體受損，運(yùn)行部門提出對(duì)攪拌槳進(jìn)行改造，由原驅(qū)動(dòng)端直接連接攪拌槳，更改為驅(qū)動(dòng)端后端增加一橫 S 彎之后再連接攪拌槳。目前該方案已反饋到相關(guān)設(shè)計(jì)部門，zui終以廠家及設(shè)計(jì)部門方案為準(zhǔn)。

1.2 桶內(nèi)干燥器溫濕度計(jì)故障頻發(fā)

蒸殘液（泥漿）烘干系統(tǒng)通過桶壁上的 4 組電加熱絲（zui高輸出溫度 300℃）對(duì) 165 L 桶內(nèi)蒸殘液進(jìn)行隔桶加熱烘干，使其由液態(tài)變成固態(tài)。當(dāng)桶內(nèi)溫濕度到達(dá)設(shè)定值且重量小于設(shè)定值時(shí)，順控程序自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)下料并進(jìn)行烘干；當(dāng)桶內(nèi)溫濕度到達(dá)設(shè)定值且重量大于設(shè)定值時(shí)，停運(yùn)電加熱絲進(jìn)入停止工況模式。

在使用模擬硼酸蒸殘液烘干（總固含量≥100 g/L、pH 值≥11）過程中，溫濕度計(jì)頻繁出現(xiàn)信號(hào)傳輸故障、溫濕度讀數(shù)負(fù)數(shù)或超限值報(bào)警等問題，導(dǎo)致無法觸發(fā)自動(dòng)停止信號(hào)。

1.2.1 原因分析 

溫濕度計(jì)采用型號(hào)為 EE310的電子溫濕度計(jì)，其zui佳工作環(huán)境溫度為 0℃~180℃，當(dāng) 4 組電加熱絲滿功率運(yùn)行且桶內(nèi)蒸殘液（泥漿）處于半凝固狀態(tài)時(shí)，桶內(nèi)溫度可達(dá)到200℃~250℃，持續(xù)時(shí)間約 20~40 h，此時(shí)環(huán)境溫度嚴(yán)重超出溫濕度計(jì)zui佳工作環(huán)境溫度，從而導(dǎo)致溫濕度計(jì)故障頻發(fā)，引起順控程序判斷故障。

1.2.2 處理方案及驗(yàn)證 

由于市場(chǎng)無法找到與工作環(huán)境溫度相匹配的溫濕度計(jì)，經(jīng)過多次討論，zui終將蒸殘液（泥漿）烘干子系統(tǒng)自動(dòng)停止條件由溫濕度參數(shù)判斷修改為可編程邏輯控制器（PLC）根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)的溫度差、液位差、重量自動(dòng)判斷是否具備停止條件。修改前后的蒸殘液（泥漿）烘干系統(tǒng)順控程序流程見圖 1。

經(jīng)過 4 次模擬蒸殘液烘干驗(yàn)證，順控程序在設(shè)備溫度、液位、重量等判斷參數(shù)滿足相應(yīng)條件的情況下，均可正常觸發(fā)循環(huán)下料、自動(dòng)停止冷卻等動(dòng)作。蒸殘液（泥漿）烘干系統(tǒng)停止條件的修改，保證了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性，提高了蒸殘液減容的效率，同時(shí)可減少后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行中人員意外照射、放射性廢物外泄等風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 冷凝液暫存罐液位計(jì)異常波動(dòng)

桶內(nèi)干燥器冷凝液暫存罐主要負(fù)責(zé)蒸殘液（泥漿）烘干系統(tǒng)在烘干過程中冷凝水的接收及排放，當(dāng)儲(chǔ)罐液位達(dá)到指定排放液位時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)冷凝泵將冷凝液排放至冷凝液暫存罐，整個(gè)排放過程中需記錄冷凝液排放次數(shù)及排放量，用于判斷蒸殘液（泥漿）烘干效果。在執(zhí)行模擬蒸殘液烘干過程中，冷凝液暫存罐液位計(jì)出現(xiàn)液位讀數(shù)異常波動(dòng)，冷凝泵由于液位異常波動(dòng)頻繁觸發(fā)起泵信號(hào)，導(dǎo)致設(shè)備重復(fù)啟停故障，影響冷凝液排放體積的計(jì)算及桶內(nèi)干燥效果判斷。

1.3.1 原因分析 

冷凝液暫存罐液位計(jì)采用SC3051DP差壓變送器，根據(jù)罐內(nèi)壓差變化來反饋液位變化。當(dāng)罐內(nèi)液位由管側(cè)球形面滴落至罐內(nèi)時(shí)，壓力變送器將壓力轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)傳遞至主儀控系統(tǒng)。在模擬蒸殘液（泥漿）烘干過程中，由于單臺(tái)、雙臺(tái)桶內(nèi)干燥器運(yùn)行時(shí)，冷凝液無規(guī)律性產(chǎn)生且冷凝液暫存罐始終處于負(fù)壓環(huán)境，液位出現(xiàn)讀數(shù)異常波動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致冷凝泵頻繁啟停，觸發(fā)啟停保護(hù)，且無法根據(jù)冷凝液排放次數(shù)計(jì)算桶內(nèi)干燥效果。

1.3.2 處理方案及驗(yàn)證 

針對(duì)該故障，對(duì)儀表采用異常波動(dòng)曲線抑制及儀表本體復(fù)位、修改儀表量程等手段均無法將問題徹底消除。結(jié)合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境以及廠家建議，在液位計(jì)安裝中增加一根 500 mm 緩沖管（圖 2），原 0 點(diǎn)液位高度由罐內(nèi)的 110 mm 延長至 610 mm，儀表測(cè)量范圍由110~576 mm 修改為 610~1076 mm。經(jīng)驗(yàn)證，液位讀數(shù)異常波動(dòng)現(xiàn)象消失。

1.4 桶內(nèi)液位計(jì)異常波動(dòng)

桶內(nèi)液位計(jì)主要作用為烘干過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桶內(nèi)液位，為順控程序中液位損失率及液位zui終高度提供數(shù)值判斷。但在模擬蒸殘液烘干過程中，液位計(jì)出現(xiàn)異常數(shù)值波動(dòng)及跳零現(xiàn)象，跳零后短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)，影響順控程序執(zhí)行。

1.4.1 原因分析 桶內(nèi)液位計(jì)采用型號(hào)為

SCLD-93雷達(dá)液位計(jì)，從雷達(dá)傳感器的針狀天線以大約 1 ns 的時(shí)間發(fā)射短雷達(dá)脈沖，該脈沖被介質(zhì)反射并作為回音被天線接收。由此測(cè)得的充填高度被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號(hào)并作為測(cè)量值輸出。但在實(shí)際執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)以幾個(gè)因素影響其判斷：①蒸殘液由液體轉(zhuǎn)換為固態(tài)過程中，蒸殘液沸騰冒泡，雷達(dá)波探測(cè)泡頂?shù)玫交匾?；②蒸殘液烘干過程中產(chǎn)生含有少量酸堿的蒸汽，該化學(xué)物質(zhì)對(duì)液位計(jì)喇叭口進(jìn)行腐蝕，導(dǎo)致喇叭口銹蝕，雷達(dá)波發(fā)送時(shí)，喇叭口銹蝕部位產(chǎn)生回音反饋。

1.4.2 處理方案及驗(yàn)證 

經(jīng)與儀表廠家溝通，決定將型號(hào)為 SCLD-93的雷達(dá)液位計(jì)（金屬針式天線）更換為型號(hào)為 SCLD-99 的雷達(dá)液位計(jì)（球面耐腐蝕材質(zhì)天線），可有效避免雷達(dá)天線被侵蝕性氣（液）體腐蝕。液位計(jì)更換驗(yàn)證過程中，液位曲線無明顯異常波動(dòng)，且該系列設(shè)備多次正確觸發(fā)順控程序執(zhí)行循環(huán)下料或停止動(dòng)作。

2 結(jié) 論

田灣核電站放射性廢物處理中心蒸殘液（泥漿）處理系統(tǒng)屬于國內(nèi)首套全程自動(dòng)化蒸殘液（泥漿）處理系統(tǒng)，與以往的通過旋流器處理的蒸殘液（泥漿）系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)提高了處理效率，同時(shí)又大幅度降低了人員就地操作次數(shù)，減少了人員接觸放射性物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，可為國內(nèi)核電廠提供參考和借鑒。

但因系統(tǒng)屬于國內(nèi)首套設(shè)備，其實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況存在一定偏差，同時(shí)每批次處理的蒸殘液（泥漿）化學(xué)指標(biāo)不固定，后續(xù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中需重點(diǎn)關(guān)注以下問題：

（1）蒸殘液（泥漿）由液態(tài)轉(zhuǎn)換為無游離水純固態(tài)的zui佳烘干溫度，保證桶內(nèi)蒸殘液（泥漿）zui佳烘干效果。

（2）目前該系統(tǒng)采用的加熱方式為 4 組電加熱絲，但隨著時(shí)間的變化及加熱絲性能的下降，加熱效率也會(huì)隨之下降，需考慮更換熱源方式，如采用熱油或者蒸汽加熱。

（3）蒸殘液（泥漿）烘干過程中每次自動(dòng)投料液位高度及初始液位高度設(shè)定值需固化，以保證zui終烘干后桶餅高度滿足設(shè)計(jì)要求。