用戶名:
密碼:
驗證碼:
首      頁 核電新聞 政策法規 聚焦核電 核電站一覽 國產化 核電技術 招標信息 專家點評 人物風采 核電視頻 技術論文 供應信息 核 安 全 后端處理 工程圖片 走進核電 供應商名錄 核科普 會議會展 合作交流 政經要聞 網上展臺 核電圖書 企業招聘 求購信息
您的位置:中國核電信息網  >  工程與設備技術  > 工作研究丨國外高放廢液運輸的實踐經驗

工作研究丨國外高放廢液運輸的實踐經驗

來源:中國核能行業協會 發布日期:2023-02-21

高放廢液主要是指乏燃料后處理廠的共去污循環工段的萃余水相,即后處理第一個溶劑萃取周期產生的剩余物。高放廢液由硝酸溶液中的硝酸鹽混合物組成,含有乏燃料中存在的大多數非氣態裂變產物( 大于99.9% ),極少量的鈾和钚,以及活化產物,鋼、鐵、鎳、鉻的腐蝕產物,還可能含有其他后處理過程添加的化學品,如鈉、釓、鎘、硼、氟。


高放廢液的特點是放射性含量高、釋熱量大。因此在貯存、處理和運輸過程中需要特殊的防護,一般情況下會進行玻璃固化再運輸及最終處置,少數情況下會直接運輸。


高放廢液運輸容器的開發對確保其運輸安全至關重要。法國、美國、德國、比利時曾在場內和公共道路上運輸過高放廢液。其中法國、美國、德國研發了一系列適用于高放廢液的運輸容器。本文主要論述國外高放廢液運輸的標準、高放廢液運輸的實踐以及相關容器的使用和研發情況。


國際組織高放廢液運輸相關標準


多個國際組織已制定了放射性物質運輸的法規標準,已被多個國家的法規標準所采納。國際原子能機構自1961年開始發布相關安全標準,如《放射性物質安全運輸條例》,以及放射性物質運輸的事故響應、輻射防護系統、管理系統等相關導則等。國際標準化組織( ISO )、聯合國歐洲經濟委員會( UNECE )、國際鐵路貨物運輸政府間組織( OTIF )、國際民航組織( ICAO )、國際海事組織( IMO )等組織也制定了相關標準。


放射性廢物的貨包可以分為五類:豁免貨包、工業貨包、A型貨包、B型貨包、C型貨包。工業貨包又可以分為三類:1型、2型、3型工業貨包,安全性能要求逐級提高。A型貨包適用于醫用放射性藥物等工業材料,B型貨包適用于放射性更高的材料,其釋放通常會對公眾或環境造成重大危害,如乏燃料棒。高放廢液的容器亦屬于B型貨包。B(M)型貨包的要求比B(U)型貨包更嚴格,其貨包設計、裝運均需要原裝運國及途徑主管部門批準。


高放廢液運輸實踐


通常情況下,高放廢液就地進行后處理和玻璃固化,不考慮轉運。法國、英國等國家具備商業后處理的能力,法國阿格乏燃料后處理廠。法國、美國、德國、比利時等國家已有高放廢液運輸的經驗,主要是因為高放廢液產生地不具備處理能力或即將退役,因此需要直接運輸液體到場內其他設施或場外其他地區。本節將概述法國、美國、德國和比利時的高放廢液運輸狀況,其時間和距離如表1所示,場外運輸可達到700公里至2000公里,場內為幾百米或幾公里。


法國


法國高放廢液主要在科研設施場內運輸,場外運輸的案例是馬爾庫爾玻璃固化廠(AVM)停用后,高放廢液和泥漿轉運至阿格后處理廠進行處理。法國馬爾庫爾玻璃固化廠于1978~1997年運行,以該廠為原型建造的阿格核燃料后處理廠負責處理法國境內58座核反應堆,以及來自澳大利亞和日本等國家的乏燃料。玻璃固化設施R7、T7于1989年、1992年開始投入使用,每年分別可處理800 tHM乏燃料。阿格后處理廠通過歐安諾子公司ORANO TN進行放射性物質運輸。2019年,阿格場外運輸約1300次放射性物質,場內運輸約8880次。2015年,法國通過LR56儲罐分4次將豐特奈—玫瑰中心18號建筑物去污產生的10 m3α廢水運輸到馬爾庫爾污水處理廠進行處理。


法國曾多次利用自研的容器開展高放廢液的場內運輸。1955年法國原子能委員會決定高放廢液集中處理,研發最大裝載能力為200 L 的“灰姑娘”(CENDRILLON)容器,1969年在后處理示范廠(PIVER)用于運輸高放廢液。法國薩克萊研究中心又研發了用于運輸高放廢液的LR44、LR56半掛式車輛,運輸能力為1.28 m3、4.5 m3。截至1994年,法國原子能委員會在薩克萊用LR44完成了200次以上的高放廢液運輸,運輸量達到33×1015Bq。馬爾庫爾2270 m3高放廢液被轉移至馬爾庫爾玻璃固化廠并進行玻璃固化。2014年,法國原子能和替代能源委員會用LR56儲罐進行高放廢液的場內運輸。


美國


美國高放廢液主要在科研設施內進行場內運輸。薩凡納河、西瓦利、漢福德等地建設了玻璃固化設施。1995年美國國家能源局采購了法國研發的LR56容器,在漢福德場址、橡樹嶺國家實驗室、薩瓦納河場址用于在場內運輸B型放射性廢液。


美國曾從加拿大運輸高放廢液。喬克河實驗室用高濃鈾生產醫用同位素鉬-99,無法把副產品液態高濃鈾轉化為固體,因此將其返回美國。高放廢液總量約為6000加侖(22.7 m3 )。廢物存儲在0.057 m3的桶中。2017年至2020年美國使用美國核保險國際公司研發的容器( NAC-LWT B型 )將喬克河實驗室高放廢液運輸到薩瓦納河場址,共計115次、24萬公里。


德國


德國建有后處理示范廠,無商用設施,主要把乏燃料運輸到法國和英國進行后處理,2000年決定停止后處理,具有豐富的乏燃料和玻璃固化體運輸經驗,但僅在場內運輸過高放廢液??査刽敹蚝筇幚韽S( WAK )1971年至1990年處理了超過200噸來自不同實驗堆和核電站的乏燃料。1987年德國將高放廢液從卡爾斯魯厄后處理廠舊的高放廢液貯存廠房( HWL )轉移到新的高放廢液貯存廠房( LAVA )。通過蒸汽發射器分批轉移貯存16年的約63 m3高放廢液,每批1.5 m3。沉積物的數量很?。?重量約0.92% ),裂變钚的含量僅為2.4 kg,占固體總量700 kg的0.34%??査刽敹蚝筇幚韽S于1991年停止使用并開始拆除。這些高放廢液在卡爾斯魯厄玻璃固化廠(VEK)進行玻璃固化后的廢物包被裝入德國核服務公司(GNS)研發的容器(CASTOR)中,并于2011年運輸到格雷夫斯瓦爾德的中間貯存設施。


比利時


歐洲多個國家在比利時共同建造了世界上第一個后處理廠(Eurochemic),該廠于1974年停止運行,47 m3 高放廢液被轉移至玻璃固化廠(PAMELA)。這次轉移沒有遇到任何問題。儲罐壁上以薄層形式沉積的固體的放射性是難以消除的,其存在使退役作業復雜化。玻璃固化示范廠(PAMELA)于1984年開始運行,1991年處理完該后處理廠產生的所有高放廢液后停止運行。


高放廢液運輸容器


高放廢液通常貯存在不銹鋼罐中,可以有效避免硝酸溶液的腐蝕,儲罐帶有強制冷卻系統。法國、美國、德國研發的高放廢液運輸容器( 如LR56、TN MW、NAC-LWT、CASTOR )在國內使用,并銷售到其他國家。俄羅斯開發的TUK系列可以用于運輸乏燃料,未明確提及運輸高放廢液。本節將概述法國、美國、德國最新研發的高放廢液容器。


法國


法國擁有幾十年高放廢液和運輸罐研發經驗。法國薩克萊研究中心研發的用于運輸高放廢液的LR44、LR56半掛式車輛,運輸能力為1.28 m3、4.5 m3,在國內廣泛應用。LR56銷售至美國。


法國歐安諾子公司Orano NPS在國際上擁有400個運輸容器設計專利,已設計150余個運輸概念,每年運輸超過5000次,還可以根據用戶需求改進現有容器或者研發新的容器。Orano NPS設計的低放或高放廢液的運輸儲罐(Citerne)的儲存量為1 m3至18 m3,TN MW(MW代表多種廢物)系列三重功能包裝可用于核設施運行或退役產生廢物的運輸、貯存、最終長期處置,可以避開中間廢物處理過程,確保安全和控制成本。該容器可用于中高放廢物,已經在法國和比利時獲得2型工業貨包至B型運輸許可證,具有模塊化、緊湊和靈活的特點,2017年完成第一次運輸。


TN MW系列容器分為長版和短版兩類。長版適用于大型廢物。短版( 圖1、表2 )可用于運輸、長期中間貯存、最終處置,符合IAEA關于2型工業貨包、A、B(U)、B(U)F等貨包的要求,最大活度為300 TBq鈷-60,最大載重為2 t( 4409 lbs ),可用于干法或濕法操作,耐腐蝕性強。


美國


美國核保險國際公司( NAC International )開發了NAC-LWT、NAC-STC等一系列乏燃料貯存和運輸容器,其運輸系統已獲得美國核管理委員會頒發的160多個許可證或修訂許可證,以及眾多的許可證證書和驗證。其中NAC-LWT系列( 圖2,LWT代表法定重量卡車 )是美國商用乏燃料運輸的主要工業設備,已用于多種類型的固體和液態廢物,可用于卡車、鐵路、船等多種交通工具。美國核管理委員會于2020更新該系列容器的合格證書,有效期至2025年。從20世紀90年代開始,在國外研究堆項目的支持下,美國國家核安全局用該容器從各個國家回收高濃鈾和其他研究堆和商用堆產生的核材料。2016~2020年美國從加拿大運回22.7 m3高放廢液,含有161 kg高濃鈾。


美國核保險國際公司最新研發的最佳模塊化通用運輸桶(OPTIMUS)技術可用于包裝多種放射性廢物。其中,OPTIMUS-H型運輸包裝系統可用于遠程操作的超鈾廢物和乏燃料,OPTIMUS-L型可用于接觸裝卸的超鈾廢物和較低濃度的中放廢物的運輸。OPTIMUS還可用于大型容器( 如110加侖的桶 )、高熱負荷或裂變克當量的容器、產生氣體的材料、含有壓縮或液化氣體推進劑的氣溶膠罐的超鈾廢物。OPTIMUS系統滿足國際原子能機構SSR-6對B(U)F型貨包的要求和美國聯邦法規10CFR71的監管要求。


德國


德國核服務公司(Gesellschaft für Nuklear-Service,GNS)作為乏燃料、中高放廢物包裝容器供應商,已有40年豐富經驗。第一個MOSAIK桶于1977年開發完成,第一個CASTOR桶于1978年開發完成。1985年CASTOR V/21獲得美國貯存許可證。目前四大洲多個國家已使用超過1700個CASTOR和CONSTOR乏燃料桶和超過70000個用于中放廢物的MOSAIK桶。最新一代是用于捷克核電站的CASTOR 1000/19。受當地法規限制,并不是所有容器都獲得了運輸授權。在部分國家,CASTOR桶可用于乏燃料運輸,如韓國使用的CASTOR KN12桶和芬蘭使用的CASTOR TVO桶。


核服務公司CASTOR兩用桶( 圖3 )的主要設計理念是確保在運輸過程,以及隨后幾十年的干式中間貯存的過程中由容器本身實現所有防護目標。實現四個防護目標的方法說明如下:


安全密封放射性物質:桶體采用鍛造不銹鋼蓋和金屬密封的雙屏障系統。在中間貯存期間,通過第二個蓋上的壓力表對雙屏蔽系統的泄露進行永久監測;


屏蔽輻射:桶體由約40 cm厚的球磨鑄鐵制成。桶體和封蓋確保有效屏蔽α、β、γ輻射。在桶壁上的軸向孔中填充聚乙烯緩速棒使中子緩速。第二個封蓋兩面放置聚乙烯板;


消散放射性物質衰變熱:在桶體的外壁安裝散熱片,將桶內的釋熱消散到環境中。從第二代桶到現在,這些散熱片被徑向加工到桶體中,將桶的表面延長了3倍;


確保系統處于次臨界:桶體及其部件的設計保證在正常和事故條件下始終處于次臨界。


結論


從國際形勢來看,各國運輸乏燃料和玻璃固化體的情況較多,一般不直接運輸高放廢液,而是將其固化后再運輸。目前已有高放廢液場內和場外運輸經驗的國家包括法國、美國、德國、比利時,主要是因為高放廢液產生地不具備處理能力或即將退役,因此需要直接運輸液體到場內其他設施或場外其他地區。


法國歐安諾子公司(Orano NPS)、美國核保險國際公司(NAC International)、德國核服務公司(GNS)都開發了運輸乏燃料和高放廢液的容器,即法國TN MW系列,美國NAC-LWT系列,以及德國CASTOR、CONSTOR系列。這些容器可以實現“運輸、貯存”兩用,甚至是“運輸、貯存、處置”三用,這是目前高放廢物運輸容器研發的主要方向。  


(作者:李金鳳 唐祚才 程衛亞 王春紅 單位分別為:中國原子能科學研究院核安全研究所,國家國防科技工業局核技術支持中心)


我來說兩句
網名: 您的聯系方式: (電話,手機)
驗證碼:
查看評論(0)
網友評論請注意

遵守中華人民共和國有關法律、法規,尊重網上道德,承擔一切因您的行為而直接或間接引起的法律責任。

中國核電信息網擁有管理留言的一切權利。

您在中國核電信息網留言板發表的言論,中國核電信息網有權在網站內轉載或引用。

中國核電信息網留言板管理人員有權保留或刪除其管轄留言中的任意內容。

如您對管理有意見請用 意見反饋 向網站管理員反映。

人人超碰日本