吳軍龍，南旭陽，謝 華，何 赟，張靖波，李江波

（1.西南科技大學(xué)核廢物與環(huán)境安全國防重點學(xué)科實驗室，四川 綿陽 621010；2.中核四川環(huán)保工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610006）

0 引 言

高放射性廢液取樣是進行高放研究（如水泥固化、玻璃固化等）經(jīng)常遇到的問題。因為其高度的危險性，所以對取樣裝置的可靠性要求較高。20世紀(jì)60年代到90年代往往采用人工簡單的吊樣方式，不僅對取樣人員的身體危害較大，而且由于取樣罐內(nèi)漆黑，取樣精度也無法保障。隨著國家核電業(yè)務(wù)的發(fā)展[1]，越來越多的放射性廢液產(chǎn)生，需要取樣頻率、數(shù)量進一步加大，這就給實際取樣工作帶來很大困難，以前的取樣方法已無法滿足實際需要。本文結(jié)合實際工程問題，研制一種適合樣品種類多、取樣量大、取樣定位準(zhǔn)確的取樣裝置[2-4]。

1 取樣裝置的總體要求

根據(jù)放射性廢液取樣實際情況，取樣裝置要滿足以下要求：（1）體積小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝拆解、操作方便，3～5人即可完成全部工作。取樣完成后，不影響廢液貯存工藝運行。（2）定點定位準(zhǔn)確。能準(zhǔn)確地取不同深度的定點位置，且避免大罐中廢液攪動造成樣品上下混合，污染樣品品質(zhì)。（3）利于輻射防護要求避免放射污染及人員受照。（4）取樣時間短，每次取樣時間不超過3h。（5）成本低，幾次取樣后，污染后要被棄置的部分少。

2 取樣裝置設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 取樣裝置組成

取樣裝置主要由真空泵、取樣容器、排氣過濾器、閥門（閥門1、閥門2、真空補氣閥）、管線等5部分組成，如圖1所示。真空泵為ZX-4型便攜式真空泵，使用220V交流電源，重量約10kg，設(shè)有真空進氣、排氣接口，真空度可達(dá)到95%。取樣容器為適當(dāng)容量的磨口玻璃瓶，瓶壁厚薄要求均勻，耐壓情況好。使用之前經(jīng)過檢驗與標(biāo)定，且在瓶壁外側(cè)將容量刻度進行標(biāo)識。為了便于搬運，按照樣瓶盡寸作合適的固定裝置，并按輻射防護要求加鉛皮屏蔽。過濾器，由氣溶膠取樣盒加雙層濾紙組成，將其串聯(lián)到取樣抽氣管中，過濾氣體使真空泵免于污染。閥門由3個考克閥組成，連接成三通形式。閥門之間用軟管連接，兩端用卡箍固定，其作用是調(diào)節(jié)取樣瓶內(nèi)真空度，控制取樣量。管線軟管用1/2″PVC管，配合φ10×3P短節(jié)，組成相應(yīng)的管路系統(tǒng)。同時在取樣管末端加較長一些的不銹鋼管，起到配重的作用，可以準(zhǔn)確定位于液面下某點。

2.2 取樣裝置工作過程

圖1 取樣裝置原理圖

由于高放廢液對人體的嚴(yán)重危害性及防止放射廢液二次污染，取樣過程可靠性尤為重要。必須保證一次取樣成功。一次取樣過程分為兩步實施，第一步是驗證調(diào)試，另一步是實際取樣。

驗證調(diào)試過程：（1）打開閥門1和真空補氣閥，關(guān)閉閥門2，起動真空泵，正常工作應(yīng)當(dāng)是真空補氣閥甩頭有明顯吸氣現(xiàn)象。（2）真空泵正常工作后，打開閥門2，關(guān)閉真空補氣閥，樣瓶內(nèi)形成負(fù)壓，這時候取樣管末端應(yīng)有明顯吸氣現(xiàn)象。（3）檢查樣瓶橡膠塞和各接頭，應(yīng)無漏氣現(xiàn)象。調(diào)試完成后停止真空泵。

圖2 取樣現(xiàn)場

實際取樣過程：（1）關(guān)閉閥門2，將取樣管從儀表套管下放至標(biāo)定深度并固定。（2）打開閥門1和真空補氣閥，起動真空泵，再打開閥門2。（3）手動控制真空補氣閥，將其緩慢關(guān)閉，這時樣瓶形成負(fù)壓，從取樣管慢慢有料液進入樣瓶。觀察進料管，手動控制真空補氣閥開度，調(diào)節(jié)樣瓶真空度，可以調(diào)節(jié)抽料速度。（4）料液接近樣瓶刻度線時同時手動調(diào)節(jié)真空補氣閥和閥門2開關(guān)，料液達(dá)到預(yù)定量的刻度線，關(guān)閥門2，開真空補氣閥，停真空泵。（5）關(guān)閥門1，打開閥2，使樣瓶內(nèi)外壓力平衡。（6）拆除排氣管、過濾器芯、抽氣管、閥門組合、樣瓶橡膠塞、取樣管，并進行簡單擦拭去污，一同做固體廢物處理。（7）蓋上樣瓶原磨口蓋，核對樣品標(biāo)簽，送至指定地點，取樣結(jié)束。（8）若一次取若干個樣，只需準(zhǔn)備新樣瓶及取樣管，重復(fù)以上操即可完成。

取樣現(xiàn)場如圖2所示，圖2（a）為電機伺服系統(tǒng)，完成對真空泵的控制及照明控制，通過控制電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)裝置內(nèi)真空度的速度及抽真空的程度，電機使用的供電系統(tǒng)是220V的交流電，在實際工作中可以十分方便連接到就近的插座上。圖2（b）為真空緩沖罐，完成對氣流的調(diào)節(jié)，其上接真空表，指示罐內(nèi)的真空程度，用來反饋電機轉(zhuǎn)速的快慢，當(dāng)真空程度達(dá)到設(shè)定要求后，電機不再運行，使得裝置系統(tǒng)達(dá)到合理的真空度。圖2（c）為取樣瓶及支架，完成樣品的取樣及對取樣瓶的固定。為了保護人員的安全，必須對取樣瓶進行固定，在整個裝置工作過程中，取樣人員離取樣瓶等要保持安全距離，以防意外發(fā)生。圖2（d）為熱實驗中確保實驗人員安全而轉(zhuǎn)移運送的防護鉛皮，防止取樣過程中放射性廢液意外濺出。

2.3 實際運行情況

取樣裝置研制完成后，分別進行了A類高放廢液、B類高放廢液和C類高放廢液樣品3次實際取樣。從表1可以看出，對A、B、C 3類高放射性液體取樣，最大誤差為5%，最小誤差為2.7%，完全滿足工程實際需要。

3 結(jié)束語

本工作利用虹吸原理設(shè)計一套放射性取樣裝置，對中核四川環(huán)保工程有限責(zé)任公司存放的部分核電站放射性廢液進行成功取樣。該裝置具有安全、可靠、環(huán)保等特點，完全滿足工作需求，較好地解決了放射性廢液取樣的工程問題，且構(gòu)造簡單，易于操作，有很強的使用和推廣價值。但同時該裝置的遠(yuǎn)程控制，取樣精度等還有待改進。

表1 樣品取樣情況

[1]吳王鎖.加強人才培養(yǎng)措施迎接核化學(xué)與放射化學(xué)的第二個春天[J].核化學(xué)與放射學(xué)，2009（31）：94-105.

[2]王朝陽.防虹吸倒流的典型裝置及試驗[J].給水排水，2011（38）：391-392.

[3]魏俊明.秦山第三核電廠放射性廢液處理系統(tǒng)性能改進[J].核動力工程，2007，28（5）：91-94.

[4]徐維暉.脈沖液體射流泵裝置性能試驗研究[J].核動力工程，2010，8（5）：48-51.

[5]張軟玉.核信號數(shù)值仿真方法的研究及應(yīng)用核[J].電子學(xué)與探測技，2006，26（4）：421-424.

[6]王經(jīng)瑾.核電子學(xué)（上冊）[M].北京：原子能出版社，1985：20-22.

[7]王芝英.核電子技術(shù)原理[M].北京：原子能出版社，1983：192-195.