李美山，張存平，紀(jì)永紅，葉國(guó)安，蔣 磊，莫繼鋒

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

中國(guó)原子能科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱原子能院)的一些核設(shè)施，如中國(guó)先進(jìn)研究堆(CARR)和中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)等，在運(yùn)行期間產(chǎn)生的中放廢液無(wú)法采用傳統(tǒng)的管道方式進(jìn)行輸送，只能采用罐車方式運(yùn)輸，為此從德國(guó)Goslar公司引進(jìn)了中放廢液罐車運(yùn)輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在德國(guó)如卡爾斯魯厄等多個(gè)核研究院成功使用，但在國(guó)內(nèi)尚屬首次。該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)輸靈活、方便，不需要鋪設(shè)地下管網(wǎng)。在引進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的接口部分、裝卸料及沖洗部分以及牽引部分不適合原子能院的實(shí)際需求，為此本文對(duì)部分系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1 中放廢液罐車運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 總體布置

罐車運(yùn)輸系統(tǒng)包括運(yùn)輸罐車(貨包)和牽引車，如圖1所示。其中運(yùn)輸罐車是罐車運(yùn)輸系統(tǒng)的重要部件，其外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為：3 600 mm×2 438 mm×2 134 mm，總體布置如圖2所示。

圖1 罐車運(yùn)輸系統(tǒng)

圖2 罐車布置示意圖

1.2 罐體結(jié)構(gòu)

罐車既屬于中放廢液運(yùn)輸裝置，也屬于中放廢液臨時(shí)貯存設(shè)備。因此，其轉(zhuǎn)運(yùn)容器的結(jié)構(gòu)形式滿足多重屏障[1]要求，如圖3所示。

轉(zhuǎn)運(yùn)容器由壓力容器層、空氣夾層和屏蔽層組成，其中屏蔽層包括內(nèi)保護(hù)殼、鉛屏蔽體和外保護(hù)殼。壓力容器一旦發(fā)生泄漏事故，該結(jié)構(gòu)能保證液體被收集在空氣夾層中，而不會(huì)直接泄漏到環(huán)境中。容器結(jié)構(gòu)參數(shù)列于表1。

圖3 轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3D仿真圖

表1 容器結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.3 系統(tǒng)組成

1) 真空、壓空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)用于控制廢液接收容器的壓力，為廢液和沖洗水的接收提供真空。真空泵在絕對(duì)壓力大于5×104Pa時(shí)啟動(dòng)，壓力低于2×104Pa時(shí)停止運(yùn)行。壓空系統(tǒng)主要為氣動(dòng)閥門(mén)提供氣源。

2) 液位測(cè)量、泄漏報(bào)警系統(tǒng)

液位測(cè)量系統(tǒng)包括一套連續(xù)液位計(jì)和兩套固定液位計(jì)。連續(xù)液位計(jì)能及時(shí)顯示液位變化；而固定液位計(jì)能與相關(guān)閥門(mén)聯(lián)鎖：即當(dāng)?shù)竭_(dá)第一個(gè)固定液位控制點(diǎn)(80%)時(shí)，相關(guān)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，停止接收廢液并開(kāi)始轉(zhuǎn)運(yùn)軟管沖洗；當(dāng)?shù)竭_(dá)第二個(gè)液位控制點(diǎn)(90%)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)鎖死，手動(dòng)也無(wú)法操作，保證廢液接收安全。

在壓力容器和屏蔽層之間的空氣夾層中設(shè)有液體泄漏報(bào)警裝置。該裝置采用測(cè)量電阻的方式探測(cè)泄漏液體，具有較高的靈敏度。

3) 氣體凈化系統(tǒng)

氣體凈化處理系統(tǒng)主要處理系統(tǒng)的真空排氣，由于氣體濕度較大甚至可能霧沫夾帶，因此氣體凈化系統(tǒng)首先對(duì)系統(tǒng)排出的氣體進(jìn)行除水[2]，然后再進(jìn)行多級(jí)凈化，凈化后的氣體排入環(huán)境。凈化流程如圖4所示。

圖4 氣體凈化處理流程

4) 攪拌系統(tǒng)

總之，非瓣膜性房顫抗凝的要求就是通過(guò)消除折返治療房顫，控制心室率，同時(shí)盡可能恢復(fù)竇性心律及防止血栓，以促進(jìn)改善患者預(yù)后。

雖然氣體攪拌具有不需要運(yùn)動(dòng)部件、操作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低等優(yōu)點(diǎn)[3]，但在其攪拌過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢氣。因此，裝置采取液下攪拌器的方式對(duì)罐內(nèi)廢液進(jìn)行攪拌，以防止形成沉淀和積垢，方便廢液的輸送。

5) 自控系統(tǒng)

為盡量減少操作人員受照時(shí)間以及重要環(huán)節(jié)上的誤操作[4]，控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行編程控制，如廢液接收、排空、沖洗及轉(zhuǎn)出等過(guò)程均一鍵操作。

1.4 裝卸料及沖洗工藝

罐車在接口設(shè)施內(nèi)安全停靠后，利用轉(zhuǎn)運(yùn)軟管快速對(duì)接閥門(mén)將設(shè)施廢液出口(進(jìn)口)與罐車廢液進(jìn)口(出口)快速連接，啟動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)或卸料程序，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，操作人員站在安全警戒線外觀察。

廢液裝卸完畢后，操作人員啟動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)軟管沖洗程序，系統(tǒng)自行沖洗，操作人員站在安全警戒線外，利用長(zhǎng)桿式劑量率儀檢測(cè)軟管表面劑量，適合人員靠近時(shí)停止沖洗。轉(zhuǎn)運(yùn)完畢后拆卸快速接頭。

2 系統(tǒng)分析與改進(jìn)

2.1 接口系統(tǒng)分析與改進(jìn)

在初步設(shè)計(jì)方案[5]中，罐車運(yùn)輸系統(tǒng)的進(jìn)、出料接口位置均設(shè)置在罐車頂部，且設(shè)施接口相關(guān)閥門(mén)為手動(dòng)閥門(mén)，如圖5所示。分析認(rèn)為該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于出口設(shè)置在頂部有利于管道液體排空。但其明顯的缺點(diǎn)在于：1) 軟管拆卸操作時(shí)需工作人員到罐車頂部，非常不便；2) 罐車系統(tǒng)并未考慮接口閥門(mén)的控制問(wèn)題；3) 屏蔽工作箱內(nèi)相關(guān)閥門(mén)均為手動(dòng)閥門(mén)，人工操作時(shí)間較長(zhǎng)。

圖5 罐車接口初步設(shè)計(jì)方案示意圖

考慮到操作便利和人員安全，對(duì)接口部分提出如下改進(jìn)：1) 將接口位置改在罐車底部；2) 屏蔽工作箱改為普通工作箱(通過(guò)計(jì)算，不影響人員操作安全)；3) 手動(dòng)閥門(mén)改為電動(dòng)閥門(mén)并由罐車的控制屏顯示、控制。為解決裝卸料豎管道排盡問(wèn)題，通過(guò)增加細(xì)支管道(DN15)來(lái)解決。經(jīng)改進(jìn)后整個(gè)操作由罐車統(tǒng)一控制，真正實(shí)現(xiàn)了一體化。改進(jìn)后的罐車接口部位示意圖如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后罐車接口部位示意圖

2.2 裝卸料與去污沖洗系統(tǒng)分析與改進(jìn)

初步設(shè)計(jì)方案是根據(jù)德國(guó)的運(yùn)行情況，將裝卸料與去污沖洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)為液位控制操作模式，即液位到達(dá)80%后停止接收廢液，開(kāi)始轉(zhuǎn)運(yùn)軟管沖洗操作，當(dāng)液位達(dá)到90%后停止沖洗操作。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在整個(gè)過(guò)程中人員僅需按下啟動(dòng)鍵即可，但前提是設(shè)施貯罐廢液存量至少大于0.8 m3；同時(shí)由于沖洗過(guò)程人員不能及時(shí)停止，產(chǎn)生的二次廢液量較大，不能實(shí)現(xiàn)廢物最小化。而原子能院廢液貯存罐體積較小，如CARR和CEFR兩設(shè)施的廢液貯罐約0.5 m3，原接收模式則無(wú)法實(shí)現(xiàn)廢液接收、軟管沖洗等全過(guò)程操作，因液位無(wú)法達(dá)到規(guī)定液位的80%，造成系統(tǒng)進(jìn)入無(wú)限循環(huán)模式，而不能進(jìn)行下一步操作。

為適應(yīng)中放廢液的貯存罐容積不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，將操作系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，使其既可利用液位進(jìn)行控制，也可手動(dòng)停止操作。

同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)軟管的沖洗操作也做了類似于廢液接收過(guò)程的改進(jìn)，這樣在去污效果達(dá)到后，便可停止沖洗操作而無(wú)需達(dá)到規(guī)定液位，減少了二次廢液產(chǎn)生量。

在今后運(yùn)行過(guò)程中沖洗轉(zhuǎn)運(yùn)軟管時(shí)，沖洗水罐可先保持空罐，利用真空對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)軟管吹掃幾次，然后再多次注入少量水(5～10 L)進(jìn)行沖洗去污。

2.3 牽引系統(tǒng)分析與改進(jìn)

由于牽引車由國(guó)內(nèi)配套，因此德方提供的拖車僅考慮了駐車剎車，而沒(méi)有考慮行車剎車。由于原子能院兩堆廠區(qū)路段坡度較大，在行駛過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)剎車情況，如不能保證有效剎車，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)溜車現(xiàn)象。

針對(duì)引進(jìn)拖車沒(méi)有行車剎車的缺點(diǎn)，在牽引車國(guó)內(nèi)配套的過(guò)程中，充分考慮了如下因素：運(yùn)輸路線中最大坡度、坡道起步以及拖車和牽引車行車剎車等。綜合考慮后將原設(shè)計(jì)的2.5 t牽引車變更為8.0 t牽引車。

其次，將拖車的駐車剎車到位設(shè)定為系統(tǒng)啟動(dòng)的前提條件，即將駐車剎車的信號(hào)傳給整個(gè)系統(tǒng)，如果該信號(hào)不到位系統(tǒng)則無(wú)法啟動(dòng)。避免了在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)生溜車，而出現(xiàn)軟管接頭脫落的現(xiàn)象。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證各項(xiàng)工藝的改進(jìn)效果，在罐車系統(tǒng)到貨后制作了模擬臺(tái)架，定性地進(jìn)行了功能驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：1) 改進(jìn)后的接口系統(tǒng)操作方便；2) 能順利完成不同體積貯罐中廢液的提取和軟管沖洗；3) 在原子能院現(xiàn)有路況下國(guó)內(nèi)配套牽引車能安全牽引和駐停。

4 結(jié)論與建議

1) 罐體采用多層結(jié)構(gòu)，利用真空轉(zhuǎn)運(yùn)中放廢液，并配備必要監(jiān)測(cè)手段的罐車系統(tǒng)技術(shù)合理、操作安全可靠。

2) 罐車運(yùn)輸系統(tǒng)經(jīng)適應(yīng)性改進(jìn)后，能更好地滿足原子能院中放廢液運(yùn)輸?shù)囊?，并能保證操作人員的安全。

今后罐車運(yùn)輸系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)研究時(shí)，可借鑒該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)重點(diǎn)解決好接口、空氣凈化以及沖洗水最小化等問(wèn)題。

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