ABSTRACT

Zhejiang Sanmen nuclear power plant and Shandong Haiyang nuclear power plant adopt the third-generation nuclear reactor named AP1000 which is developed by the United States. They are the first companies to use the combined process which combine with the nuclear waste disposal system and a site radwaste treatment facility (SRTF). However, the two plants have some differences in their SRTF processes. This paper contrasts and analyzes the processes of the two SRTF. It has played a positive role for making a comprehensive research on the treatment technologies of AP1000 reactor site radwaste and forming of standard and systematic treatment technologies and equipment. And it has a positive effect on realizing the safety management of the AP1000 reactor site radwaste and implementing the principle of waste minimization.

Keywords:Nuclear Power, SRTF, Routing, Comparative Analysis

对我国AP1000核电离堆废物处理技术 的对比分析

孔德生，李斌，马若霞，耿忠林

中电投远达环保工程有限公司，重庆

收稿日期：2017年4月7日；录用日期：2017年4月21日；发布日期：2017年4月30日

摘 要

浙江三门核电厂和山东海阳核电厂采用美国开发研究的AP1000堆型第三代核电机组，首次采用了核岛废物处理系统与厂址废物处理设施(SRTF)相结合的处理模式，但两厂址废物处理设施(SRTF)处理工艺上存在一定的差异，本文针对两厂址废物处理设施(SRTF)处理工艺进行了对比分析。综合研究AP1000离堆废物处理技术，形成规范化的、系列化的处理技术及装备，对实现AP1000核电厂离堆废物的安全管理、落实废物最小化原则发挥积极作用。

关键词 :核电，SRTF，工艺路线，对比分析

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1. 概述

我国浙江三门核电厂和山东海阳核电厂采用美国开发研究的AP1000堆型第三代核电机组(电功率1250 MW，热功率3415 MW)，首次采用了核岛废物处理系统与厂址废物处理设施(SRTF)相结合的处理模式，并运用多项国外先进成熟工艺，不仅简化了系统、设备，也降低了核电厂的投资、运行及维护成本，更重要的是降低了工作人员职业照射，减少了厂外放射性释放，保障了环境和公众安全，也保障了电厂安全、经济、可靠、高效运行 [1] [2] [3] 。

厂址废物处理设施(SRTF)作为AP1000核电厂的BOP子项之一，其作用是实现全厂范围内放射性固体废物的集中处理和暂存以及部分液体废物的处理。浙江三门核电厂和山东海阳核电厂的SRTF设施，在工艺设计上体现出了其各自不同的特点。

2. 浙江三门核电厂SRTF概况

浙江三门核电厂SRTF由上海核工程研究设计院负责总体设计，关键工艺设备由德国汉莎公司提供。SRTF设计能够满足包容6个机组的废物处理和中间暂存的能力。

2.1. 源项

浙江三门核电RTF废物设计源项均按AP1000 DCD17版数据。主要废物包括：一回路树脂(包括树脂和湿活性炭)、废过滤器芯、化学废液、0.25%燃料包壳破裂冷却剂和蒸汽发生器管道破裂(SGTR)产生的液体废物，可压实干废物、不可压实固体废物、HVAC废过滤器芯。根据源项每台机组每年产生废物总量为163 m³，经过SRTF整备处理后，浙江三门核电的最终货包体积约为50 m³，满足国家的现行标准。

2.2. 主要设计功能及基准

Ø SRTF具有处理6台机组运行产生的放射性废物；

Ø 处理来自于核岛的化学液体废物、燃料包壳破裂率为0.25%情况下的一回路冷却剂和蒸汽发生器管道破裂(SGTR)产生的液体废物；

Ø 处理核岛产生的废过滤芯和放射性废树脂；

Ø 运输和处理核岛及其他放射性厂房产生的放射性干、湿固体废物；

Ø 固体放射性废物的暂存依照4台机组5年产生的废物量设计；

Ø 工作服的检测和洗涤；

Ø SRTF主要设备设计寿命为60年。

2.3. 处理工艺及技术路线

2.3.1. 工艺流程(图1)

核岛侧超标废水采用移动式装置进行处理，处理后的水送回至核岛排放监测槽监测排放，移动式装置产生的浓缩液通过化学废水处理系统收集，送往水泥固化计量槽进行固化处理。

化学废液处理系统通过蒸发、桶内干燥工艺来处理核岛与SRTF内产生的化学废液。

过滤器滤芯处理系统通过直接灌浆的工艺来处理核岛内(化学和容积控制系统、乏燃料池冷却系统、放射性液体废物处理系统等)产生的过滤器滤芯与少量来自移动式处理系统的过滤器滤芯。

核岛与SRTF的暖通系统产生的HVAC过滤器滤芯或其它来源产生的干废物/混合废物通过预处理(如：分拣、切割)、干燥、超级压缩、灌浆等处理工艺来处理。

废树脂处理系统采用热态超级压缩的减容处理工艺 [4] 。废树脂通过接收、脱水、干燥、装桶(160 L桶)完成预处理工序。随后，装满干燥废树脂的160 L桶送往减容主要工序，即超级压缩机进行超压处理。压缩饼经优化组合后装入200 L桶灌浆固定。

工作服采用洗涤烘干，洗衣废液采用监测排放。

2.3.2. 系统描述

浙江三门核电厂SRTF主要由过滤器芯处理系统、HVAC过滤器滤芯/干废物/混合废物处理系统、废树脂处理系统、化学废液处理系统、移动式处理系统等主工艺系统以及与之配套的辅助系统组成，其各主工艺系统的主要功能如下：

1) 过滤器芯处理系统

过滤器芯处理系统用来处理核岛内产生的过滤器滤芯与少量来自移动式设备的过滤器滤芯。将过滤器芯装入200 L钢桶内，灌浆固定后送入暂存库内贮存。

2) HVAC过滤器滤芯/干废物/混合废物处理系统

图1. 三门核电SRTF工艺流程图

HVAC过滤器滤芯/干废物/混合废物处理系统，通过预处理、烘干、超压、灌浆等处理工艺，处理核岛与SRTF产生的HVAC过滤器芯或其他来源产生的干废物/混合废物。

3) 废树脂处理系统

废树脂处理系统采用热态超级压缩的减容工艺。通过接收、除水、烘干、装桶(160 L桶)完成预处理工序。装满烘干废树脂的160 L桶送往超级压缩机进行超压处理，超压饼经优化组合后装入200 L桶灌浆固定。

4) 化学废液处理系统

化学废液处理系统采用桶内干燥工艺来处理核岛与SRTF产生的化学废液。

5) 移动式处理系统

移动式处理系统主要用于处理0.25%包壳破裂液体和蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故产生的废液，处理能力为5 m³/hr，采用活性炭过滤、反渗透和离子交换的方法使处理后的液态流出物符合排放标准。移动式设备产生的浓缩液通过该系统收集，进行水泥固化处理。

3. 山东海阳核电厂SRTF概况

山东海阳核电厂SRTF由中电投远达环保工程有限公司EP总承包，关键工艺设备由美国ES (Energy Solution)公司供货，其余设备由国内采购。SRTF按满足6台AP1000核电机组同时运行的处理能力进行设计建造，并考虑满足8台机组的处理能力。

3.1. 源项

山东海阳核电厂SRTF废物设计源项均按AP1000 DCD17版数据。主要废物包括：一回路树脂(包括树脂和湿活性炭)、废过滤器芯、化学废液、0.25%燃料包壳破裂冷却剂和蒸汽发生器管道破裂(SGTR)产生的液体废物,可压实干废物、不可压实固体废物、HVAC废过滤器芯。根据源项每台机组每年产生废物总量为163 m³，经过SRTF整备处理后，山东海阳核电厂的最终货包体积约为50 m³，满足国家的现行标准。

3.2. 主要设计功能及基准

Ø SRTF具有处理6台机组运行产生的放射性废物，并留有扩展8台机组处理能力；

Ø 处理来自核岛的化学液体废物、燃料包壳破裂率为0.25%情况下的一回路冷却剂和蒸汽发生器管道破裂(SGTR)产生的液体废物；

Ø 处理核岛产生的废过滤芯和放射性废树脂；

Ø 运输和处理核岛及其他放射性厂房产生的放射性干、湿固体废物；

Ø 收集和处理SRTF产生的废物(包括放射性超标废液的处理)；

Ø 固体放射性废物的暂存依照8台机组5年产生的废物量设计；

Ø 工作服的检测和洗涤。洗衣房的能力依据2台机组换料大修，6台机组正常运行原则设计；

Ø SRTF主要设备设计寿命为60年；

3.3. 处理工艺及技术路线

3.3.1. 工艺流程(图2)

核岛侧超标废水以及化学废液采用移动式装置进行处理，处理后的水送回至核岛排放监测槽监测排放。

废树脂和废水过滤器滤芯废过滤器和废树脂采用直接装HIC后进行脱水处理，脱水后的游离水小于1%，再经表面剂量检测后送暂存库暂存。

HVAC 过滤器滤芯/干废物/混合废物系统通过预处理(如：分拣、预压)、超级压缩、灌浆等处理。

图2. 海阳核电SRTF工艺流程图

工作服采用洗涤烘干，洗衣废液采用监测排放处理。

3.3.2. 系统描述

山东海阳SRTF主要由化学废液处理系统、0.25%包壳破裂液体处理系统、SGTR液体处理系统、HIC装料和脱水系统、分拣和压缩系统等主工艺系统组成以及与之配套的辅助系统组成，其各主工艺系统的功能如下：

1) 化学废液处理系统

化学废液采用移动式处理装置处理，处理能力为1.14 m³/hr，其工艺采用化学絮凝和离子交换的方法使处理后的液态流出物符合排放标准。

2) 0.25%包壳破裂液体处理系统

0.25%包壳破裂液体移动式处理装置处理，处理能力为1.14 m³/hr，其作用是处理0.25%燃料包壳破损产生的废液，采用化学絮凝和离子交换的方法使处理后的液态流出物符合排放标准。该设施在SRTF中存放和检修。系统与SGTR液体处理系统串联使用，SGTR液体处理系统是对经前级系统处理后的0.25%包壳破损废液的流出液作净化处理。

3) SGTR液体处理系统

SGTR液体处理系统是移动式处理设施，可以对0.25%包壳破裂液体处理系统处理后的废液作净化处理，也可用于处理蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故产生的废液，处理能力为4.54 m³/hr，采用化学絮凝和离子交换的方法使处理后的液态流出物符合排放标准。该设施在SRTF中存放和检修。

4) HIC装料和脱水系统

HIC装料和脱水系统可将废树脂从核岛一回路系统废树脂传输到HIC，也可将NPP废过滤器放入HIC。加料过程完成后，连接到HIC内部的过滤系统为树脂或过滤器脱水。

5) 分拣和压缩系统

分拣和压缩系统的功能如下：

用于接收和处理从核电站产生的放射性固体废物；

用非破坏性检验方法目视检查桶内废物，确认是否有违禁物品或不能减容的物品；

预压实(如需要)前分拣桶内废物；

灌浆前对废物的同位素分析；

通过超压减容(适用于可压实废物)；

将超压桶(饼块)装入外包装桶；

废物桶在操作单元间的转运；

超压后的废物桶或不能压缩的废物桶灌浆。

该系统的设计可用来处理6台机组产生的放射性废物，并具有8台机组产生的放射性废物处理能力。

4. 对比分析

4.1. 源项

浙江三门核电与山东海阳核电SRTF废物设计源项均按AP1000 DCD17版数据。废物种类和数量一致，经过SRTF整备处理后最终货包体积约为50 m³，均满足国家的现行标准。

4.2. 主要设计功能及基准

浙江三门核电与山东海阳SRTF主要设计功能及基准基本一致，但山东海阳核电SRTF具有处理6台机组运行产生的放射性废物，并留有扩展8台机组处理能力，浙江三门核电SRTF具有处理6台机组运行产生的放射性废物。

4.3. 处理工艺对比

浙江三门核电与山东海阳核电SRTF处理工艺如下表1。

从上表可知可压实干废物、不可压实固体废物以及HVAC废过滤器芯三种废物，浙江三门核电与山东海阳核电SRTF的处理工艺基本一致；0.25%包壳破损冷却剂、蒸汽发生器管道破裂(SGTR)产生的废液、化学废液、废树脂(包括树脂和湿活性炭)以及废过滤器芯的处理工艺存在一定的差异。

4.3.1. 处理工艺相同部分

可压实废物两电厂SRTF均采用了分拣、烘干、预压、超压、灌浆固定的处理工艺；不可压实废物采用切割、直接灌浆固定的处理工艺；HVAC过滤器芯采用挤压、预压、超压、灌浆固定的处理工艺。但山东海阳核电采用200 L钢桶收集，压饼装入320 L钢桶灌浆固定，三门核电采用160 L钢桶收集，压饼装入200 L钢桶灌浆固定。

4.3.2. 处理工艺不同部分

1) 废树脂(包括树脂和湿活性炭)

浙江三门核电采用热态超级压缩处理工艺，山东海阳核电采用直接装入HIC (高整体容器)的处理工艺，比较分析见表2。

以上两种工艺均为物理方法，相对于传统的水泥固化均有一定的减容效果，但从废物最小化和处置因素考虑，在后续建造的废物处理设施中，废树脂的处理工艺可以采用减容因子更大，最终货包物性更为稳定的工艺，如湿法氧化、蒸汽重整等。

2) 化学废液

浙江三门核电将化学废液转运至SRTF厂房采用桶内干燥+压缩固定工艺进行处理，山东海阳核电通过移动式处理装置采用化学注入、深床过滤、离子交换工艺进行处理，比较分析见表3。

表1. 对比分析表

表2. 废树脂处理工艺对比分析表

表3. 化学废液处理工艺对比分析表

3) 0.25%包壳破裂废液和蒸汽发生器管道破裂(SGTR)产生的废液

浙江三门核电和山东海阳核电均采用移动式处理装置，浙江三门核电的移动装置处理工艺为深床过

表4. 0.25%包壳破裂废液和蒸汽发生器管道破裂(SGTR)产生的废液处理工艺对比分析表

表5. 废水过滤器芯处理工艺对比分析表

滤 + 反渗透 + 离子交换，山东海阳核电的处理工艺为深床过滤+离子交换。山东海阳核电移动式处理装置只产生废树脂和活性炭二次废物，不产生浓缩液，其处理方式与核岛侧的方式一致；而浙江三门核电移动式处理装置由于多了反渗透单元，其装置除产生废树脂和活性炭外，还将产生一定量的浓缩液，需进一步处理。比较分析见表4。

4) 废水过滤器芯

浙江三门核电采用灌浆固定工艺，山东海阳核电采用直接装入HIC (高整体容器)的处理工艺，比较分析见表5。

5. 结束语

综上所述，浙江三门核电与山东海阳核电在废物的源项、设计功能以及整备处理后的包装废物量基本一致，但部分废物的处理工艺存在一定的差异，主要是废树脂、化学废液、废水过滤器芯以及0.25%包壳破裂废液和SGTR废液，总体来讲双方工艺技术上各有特点，均采用较为先进的处理工艺，但浙江三门核电SRTF处理工艺相对复杂，设备较多。

AP1000核电机组作为国家核电自主化依托课题予以重点发展的第三代先进的压水堆型，对国家的经济发展有着积极的作用。采用安全可靠的方法对AP1000核电机组离堆废物进行处理(整备)、贮存，完善废物的管理措施，将对AP1000核电技术的发展产生积极影响。综合研究AP1000离堆废物处理技术，形成规范化的、系列化的处理技术及装备，实现AP1000核电厂离堆废物的安全管理、落实废物最小化原则发挥积极作用。

文章引用

孔德生,李 斌,马若霞,耿忠林. 对我国AP1000核电离堆废物处理技术的对比分析
Comparison and Analysis of AP1000 Nuclear Reactor Waste Treatment Technology in China[J]. 核科学与技术, 2017, 05(02): 94-102. http://dx.doi.org/10.12677/NST.2017.52013

参考文献 (References)