ABSTRACT

Under a more challengeable situation of radwaste treatment and disposal, high integrated container (HIC drum) has advantages in respect of ALARA, waste minimization, operability, system complexity and cost. In countries with nuclear technology highly developed, such as USA, HIC is widely used and has abundant project references, the complete equipment of which is continuously verified and improved. Likewise in China, since firstly used in Shandong Haiyang nuclear power station, HIC will be subsequently applied in other radwaste treatment and disposal projects, which inevitably brings about the problem of HIC storage. In accordance with the specifications of GB14500-2002 [1] and GB14589-93 [2] , storage period of low and intermediate radioactive solid waste shall not be more than 5 years. By combining standards and regulations in China as well as project application of Haiyang nuclear power station, this article states the storage requirements of HIC waste drum generated in nuclear power plant and design considerations of interim store.

Keywords:HIC, Waste Interim Store, Design

聚乙烯高整体性容器(HIC)暂存库在核电站中的应用研究

耿忠林，方祥洪，李斌^*

中电投远达环保工程有限公司，重庆

Email: ^*6233469@qq.com

收稿日期：2015年6月25日；录用日期：2015年7月14日；发布日期：2015年7月17日

摘 要

在放射性废固处理处置问题愈发突出的情况下，聚乙烯高整体性容器(HIC桶)在ALARA (合理可行尽可能低)、废物最小化、可操作性、系统复杂性及成本等各方面具有优势，HIC桶在美国等核技术发达国家广泛使用，具备良好的工程应用业绩，拥有被不断验证和改进的成熟配套设备，同样，在我国从山东海阳核电站开始，HIC桶将会陆续应用在放射性废物处理和处置上，这不可避免的会涉及HIC桶的贮存问题，根据GB14500-2002 [1] 和GB14589-93 [2] 的规定，低、中放固体废物的贮存期一般不宜超过5年。本文结合国内的标准规范和海阳核电厂的工程应用,阐述了HIC废物桶在核电厂产生后的贮存要求和暂存库的设计考虑。

关键词 :高整体性容器，废物暂存库，设计

1. 综述

随着核电站的建成投产，将为经济发展提供充足的能源保证，但核电厂在生产出电能时，不可避免产生不同活度和类别的放射性废物，这种对地球生物圈造成很大潜在危害的放射性废物由于理化性能的特殊性，需要按照国家标准和规范要求进行安全、可靠的处理处置，尽量减少废物处置对环境可能造成的不利影响。在废物处理过程中，需要暂存经处理、整备后的废物包，满足国家有关放射性废物管理的要求，以保护人类自身和人类赖以生存的自然环境。

聚乙烯高整体性容器(HIC桶)在ALARA、废物最小化、可操作性、系统复杂性及成本等各方面具有优势，HIC桶在美国等核技术发达国家广泛使用，具备良好的工程应用业绩，拥有被不断验证和改进的成熟配套设备，特别适用于盛装、暂存和处置核电站产生的中、低放射性废树脂和废滤芯。

在国外，选用HIC桶来处理和处置放射性废物的应用越来越多，同样，在我国从山东海阳核电站开始，HIC桶将会陆续应用在放射性废物处理和处置上，HIC桶的相关制造标准也在制定中，深入研究和探讨HIC桶在核电厂的存储和转运方式是迫在眉睫的课题。

2. 聚乙烯HIC的特点

2.1. 聚乙烯HIC的使用情况

1981年7月3日交付第一个HIC，用来贮存和处置未经固化的放射性废物(废树脂和过滤介质)。截至1983年容器的用户数达到26个。如此多的用户表明早已存在使用聚乙烯HIC处理废树脂和废过滤器芯的强烈需求。

从1981年7月3日至今，超过12,000个相同设计的HIC交付使用。另外还有10,000余个不同设计的容器用于其它应用领域(总共超过22,000个在美国、加拿大、墨西哥和韩国)。从第一个HIC交付使用至今，没有容器失效的报告。美国处理三里岛事件时，去污产生的废树脂就采用高整体容器来包装(Φ1.56 m × 2.01 m) [Holzworth, R. E. et al., Seminar on the management of radioactive waste from nuclear power plants, Karlsruhe, Oct. 5-9, 1981]。三里岛事件时产生的聚乙烯HIC容器经历了长达30余年的考验 [3] [4] 。

HIC的体积为0.23 m³~8.5 m³，尺寸、内部结构配置和吊具各式各样，共有上百种不同组合。由于用户的实际使用的要求不同，聚乙烯HIC型号规格各异，特殊情况下有特殊要求 [5] 。表1列出了Duratek公司生产的部分型号的高密度交联聚乙烯HIC的尺寸、容积和净重。图1是PL-8-120 FR和PL 14-215 FR的外观图。

2.2. 聚乙烯HIC材料的物化特性 [5] [6]

聚乙烯HIC的材料为交联聚乙烯。1983年，CNSI生产HIC的原料为飞利浦化学公司的Marlex CL-100中密度交联聚乙烯，使用滚塑成型工艺将原料制造成HIC。现在生产HIC的原料不再是Marlex CL-100，而被称为高密度交联聚乙烯，可以肯定仍然为交联聚乙烯。表2列出了不同时期聚乙烯HIC材料的物理特性。

2.3. 聚乙烯HIC的性能

HIC用于处置放射性活度浓度不高于350 μCi/cm³，自由液体含量小于1%的废树脂和废滤芯，在设计寿期内能保持结构完整性和对废物的包容性，防止放射性核素对环境造成影响。由于废树脂和废滤芯主要含有两种核素Cs-137和Sr-90，其半衰期分别为30年和28年，因此HIC的设计寿命为至少300年。

HIC具有足够的机械强度、化学稳定性(抵御暂存和处置场的外部腐蚀、内容物的内部腐蚀)、热稳定性、抗生物性能、耐辐照、密封性、防水设计和被动排气设计等，保证其达到300年的设计寿命。

表1. 不同型号HIC的尺寸、容积和净重

表2. 不同时期聚乙烯HIC材料的物理特性

图1. PL-8-120 FR和PL 14-215 FR [4]

3. 聚乙烯HIC暂存库的设计遵循的法规标准及原则

3.1. 遵循的法规标准

GB 14500-2002《放射性废物管理规定》[1]

GB14589-93《核电厂低、中水平放射性固体废物暂时贮存技术规定》 [2]

GB12711-1991《低、中水平放射性固体废物包装安全标准》 [7]

GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 [8]

3.2. 暂存库的设计原则

暂存库的设计在运行方面必须保证贮存期间内废物包装的完好性和废物的可回取性；在辐射安全方面应遵循辐射防护最优化的原则和职业工作人员和公众所受的剂量当量不得超过国家规定的限制，并保持可以合理达到的尽可能低的水平。

对于HIC这类容器，在无屏蔽情况下其表面剂量可达Sv级，因此在设计HIC暂存库时库内需配备可屏蔽转运HIC的设备或配备可远程遥控转运的设备。同时应保证转运设备的安全可靠性，制定相应预案。

4. 海阳项目聚乙烯HIC暂存库

4.1. 暂存库的功能

海阳项目HIC暂存库有以下功能：1) 接收HIC屏蔽容器和拖车；2) 将HIC屏蔽容器放进HIC装卸区；3) 取/放HIC屏蔽容器盖螺栓；4) HIC吊车取/放HIC屏蔽容器盖和防撞器；5) 用12.5T吊车转运HIC；6) 将HIC放入脱水验证间(表面污染检测、去污或脱水验证，如要求)；7) 将HIC放入暂存库存放井。

4.2. 暂存库的设计[9]

暂存库采用地上井式储存方式，共设计120个井，可存放240个HIC，贮存井采用混凝土套管形式，每个井直径φ1754 mm，深5.3 m，可叠放2个HIC；井盖采用钢筋混凝土结构，厚度约800 mm。采用混凝土隔层将HIC暂存库隔成2层，上层为HIC的转运空间，下层为HIC的暂存空间，隔层厚度为800 mm，即上层按照AP1000辐射分区的2区进行设计。贮存井设置有通风管路，保持井内负压。在布置上合理的考虑了人员的屏蔽和保护。

暂存库内配有12.5 T数控吊车一台，可实现遥控远程准确定位和抓取废物桶，井盖及其他辅助设施，实现废物的进库出库。暂存库布置图详见图2。

4.3. HIC的转运及装卸

在正常情况下核岛厂房产生的废树脂或废过滤器芯等废物在核岛侧装入HIC中，经脱水处理合格后，在核岛侧装入HIC屏蔽容器(CASK)，装有HIC的CASK运输容器预先放置及固定在专用拖车上，通过拖车运送至暂存库内。HIC数控行车利用HIC抓具将CASK专用抓具(此专用抓具专门负责取CASK上部防撞器及吊装CASK上下螺栓平台)抓取，这样就可以利用该抓具完成以下步骤：① 利用HIC暂存库起重机，采用人工辅助的方式将上下螺栓平台吊装至拖车上，并将平台梯子移动至平台旁。② 利用HIC数控行车，采用人工辅助的方式将CASK防撞器吊至拖车尾部。③ 将上下螺栓平台的台阶吊至平台指定位置。④ 人工将CASK盖子的螺栓拧开。⑤ 将HIC抓具上的CASK专用抓具取掉，同时，所有工作人员撤离，离开HIC暂存库。

之后的工序将利用HIC抓具进行抓取作业，步骤如下：① 用HIC抓具(此专用抓具负责对CASK盖子的吊运、HIC的吊运、HIC井盖的吊运)取CASK盖子。② 用HIC抓具将HIC从CASK容器取出。③ 通过HIC数控行车的摄像头核实HIC上的编号，是否与送货单上的编号一致。④ 通过厂房内的HIC吊车及HIC抓具，将HIC送至脱水验证间。⑤ 利用设置在脱水验证间的表面剂量仪对HIC进行表面剂量监测。⑥ 将HIC置于混凝土堡内，采用HIC抓具缠绕抹布对HIC顶表面进行取样。⑦ 取样后送至实验室，对表面污染进行测量，如表面污染合格，则通过HIC暂存库起重机转运至HIC暂存库内，放入预先打开的HIC暂存井内，然后通过HIC吊车将井塞复位，封存HIC；如表面污染超标，则需对HIC表面污染进行去污，一般采用HIC抓具缠绕抹布的形式对HIC进行表面污染去污，经去污检测表面污染合格后送至HIC暂存库井。当HIC被送至最终处置场时，根据需要进行验证脱水。其操作过程为以上过程的逆过程，通过专用运输车送至处置场进行最终处置。

图2. HIC暂存库布置图[9]

因HIC内装有中等放射性物质，因此这一系统转运及装卸过程均需严格按照操作规程进行操作，同时需注意在HIC吊运过程中及当HIC井内有贮存物及HIC井盖打开状态时，严禁在HIC暂存库房顶进行任何人为的活动。

本系统主要设备包括：CASK转运容器(含附件)，CASK运行拖车及牵引车，CASK上下螺栓平台，HIC吊车(含HIC抓具、CASK帽子抓具)，HIC暂存井(含井盖)等组成。

5. 结论和建议

随着核电的迅速发展，放射性废物的处理已在全世界范围内引起越来越多的关注。聚乙烯HIC作为一种较为成熟的处理和处置废滤芯和废树脂的方式，在ALARA、废物最小化、可操作性、系统复杂性及成本等各方面具有明显优势，特别是其工艺流程简单，废物最小化明显，特别适用于我国一址多堆的核电厂，本文介绍的暂存库方案，在保证废物包的完好性、可回取性方面有较大优势，在保证工作人员、公众和环境安全方面做到了合理可行尽可能低，符合我国相关废物处理和暂存标准的通用性要求，在工程实践过程中，将对推动安全贮存起到十分积极的作用。

文章引用

耿忠林,方祥洪,李斌, (2015) 聚乙烯高整体性容器(HIC)暂存库在核电站中的应用研究
Study on the Application of Interim Store of Polyethylene HIC in Nuclear Power Station. 核科学与技术,03,97-102. doi: 10.12677/NST.2015.33014

参考文献 (References)