核电站水池及压力容器内异物打捞技术分析与实践

蒋磊 (辽宁红沿河核电有限公司， 辽宁 大连， 116000)

根据国内核电站的运行经验，机组在检修期间存在异物进入反应堆水池、构件水池、乏燃料水池以及压力容器的风险。异物是指系统中本不应该存在实际存在的影响系统运行质量和安全的物质，这些异物根据存在的位置可分为漂浮物、悬浮物、沉积物。

对于漂浮物的处理较为容易，一般用抄网即可完成打捞，另外系统内有撇渣器也可进行清理；悬浮物的处理，一般可利用水过滤系统进行清除，也可以外加系统设备进行水过滤清理；对于沉积在水底的固体异物，一般利用专用工具进行打捞，对于不影响运行和核安全的异物，经过保守评估后可不作处理。

本文针对悬浮物、沉积物两类异物的打捞处理方法进行分析，以期对我国核电站水池及压力容器内异物的打捞工作有所帮助。

1 异物打捞方法

国内核电站处理水池以及压力容器内异物的打捞方式目前主要有：重锤粘取法、水净化法[1-2]、真空吸取法[3]、气动夹钳夹取法[4]等。此外还有水下机器人打捞，该方法不常见，本文不讨论。

1.1 重锤粘取法

此方法的专用工具为不锈钢重锤，约2 kg。使用时将无卤胶带反贴于重锤下面，做好固定，利用绳子将重锤放入水中，将异物定位后，用重锤压住，利用胶带的粘性将其粘住，然后取出；或在重锤上安装磁铁，利用磁铁的吸力将具有磁性的金属异物吸取，然后取出。

重锤粘取法主要特点：

(1) 操作特点：打捞工具组装快速简单，约10 min完成组装，1～2人约1 h可完成打捞。

(2) 定位要求：重锤对较小的异物在水池难于进行定位粘取，利用磁性吸取定位要求相对于较低，该工具可通过不同形式的设计可到达各类空间进行打捞，空间和环境要求较低。

(3) 打捞范围：此方法打捞能力受限于胶带的粘力或磁铁的吸力。粘取法对于材质没有要求，范围较广，但是可打捞异物重量约<100 g；而磁力法仅能打捞磁性金属异物，重量根据磁力而异，可达1 000 g。

(4) 异物落入风险：该方法工具简单，部件少且相对牢靠，引入异物风险低。但是由于胶带粘性、磁铁吸力在水中对异物粘力和吸力不稳定，极易发生异物掉落的情况，在利用此法打捞时，应提前加工相应的异物收集篮，将异物和重锤一同放入篮中打捞出水。

1.2 水净化法[1-2]

此方法使用的专用工具主要代表为UFV-260型水下过滤器。使用时利用行车将设备放入水中，设备将水进行循环过滤，除去水中杂质。

水净化法主要特点：

(1) 操作特点：以UFV-260为例，该专用工具主要由潜水泵和过滤器组成，设备重量约200 kg，安装人员需经专业培训，过程较为复杂，从组装到下水，至少1 h。根据水质和其处理能力，净化水中杂质时间不能有效估算，至少在5小时以上，整个过程需要人力约7人。

(2) 定位要求：该设备主要用于净化水中杂质，并不针对特定异物进行打捞，故对异物定位要求低。由于该设备体积较大，适用于位置较为开阔的空间。

(3) 打捞范围：该设备利用水泵和过滤器进行水过滤，适用于水中较小的悬浮物，泥沙类的沉积物有一定的清理作用。

(4) 异物落入风险：设备部件较多，引入异物的风险较大，在设备入水前需对设备松动部件进行全面检查并做好记录。对于吸入的异物重新落入的风险不大，可不考虑。

1.3 真空吸取法[3]

此方法使用的专用工具代表为轻型水下真空系统(LUVS)。将异物定位后，利用LUVS真空泵产生吸力将异物吸取住，然后通过异物收集篮取出异物。

真空吸取法主要特点：

(1) 操作特点：该专用工具操作人员需具备操作技能，整个设备重量约11.5 kg，组装过程相对简单，半小时即可完成设备组装，打捞过程需至少5人，整个过程一般<3 h。

(2) 定位要求：对于不同位置的异物定位要求不同，肉眼不可见的情况下需要水下摄像机配合定位，其设备直径约19 cm，小于乏燃料池格栅间距，核电内一般区域均可达，对于难以达到区域可设计专用吸嘴进行异物打捞。

(3) 打捞范围：根据设备特点，能吸取2 g～2 kg的物体，打捞异物的范围较广。

(4) 异物落入风险：该设备的组装过程中需要使用插销等松动部件，引入异物的风险相对较高，入水前需对设备松动部件进行检查，并登记。该设备仅适用于水下操作，需在水下将吸取的异物放入收集篮中或与收集篮一同出水。

1.4 气动夹钳夹取法[4]

此方法利用延长杆连接的气动夹钳将异物夹住，从而将异物取出。

气动夹钳夹取法主要特点：

(1) 操作特点：该专用工具操作简单，连接延长杆后整个设备重量约10 kg，组装过程相对简单，半小时即可完成设备组装，打捞过程需至少5人，整个过程一般<3 h。

(2) 定位要求：使用与人眼可见范围内的打捞，配合水下摄像头亦可完成打捞，对于距离较远，异物较小的情况，操作相对困难。

(3) 打捞范围：受制于夹钳的开度和气源压力，适用于长条形异物，重量约0.5 kg以下。

(4) 异物落入风险：该设备仍是组装而成，引入异物的风险相对较高，入水前需对设备松动部件进行检查，并登记。该设备不仅适用于水下操作，在无水条件下亦可工作。

2 异物打捞技术分析

核电内水池及压力容器的异物打捞工作需根据异物尺寸、异物位置、异物形态以及现场环境等因素选择相应的专用工具。核电中异物打捞工作主要发生在构件水池、反应堆水池、乏燃料水池和压力容器中。

2.1 构件水池

构件池充水情况下一般存放有上/下部堆内构件，燃料传输小车也位于构建池。若构建池内存在的异物，在其不影响水池内工作开展以及水池内工作开展不影响其存在的情况下，可不对构件水池的异物进行打捞。水中悬浮物由PTR过滤器中除去，底部异物可以在排完水后进行处理。故在构件池内的异物在非必要的情况下不处理。

如果进行异物打捞，一般情况可直接根据异物的大小、材质选择重锤法和真空吸取法。如果异物处于构件池设备上，需考虑打捞时异物重新掉落的情况，通过制作专用工具，如围栏、网兜、收集篮等，限制其移动范围，增加打捞的可靠性。

2.2 乏燃料水池

乏燃料水池内存放有乏燃料、燃料组件、控制棒组件、新燃料等。若其中存在异物，因为其存在格栅以及乏燃料等，大大增加了异物处理的难度，另外乏燃料可能将异物活化，大大增加了辐射风险，从而使后续处理的难度加大。若固体异物在格栅底部，打捞的难度将更大。

异物打捞需根据ALARA原则进行必要性分析。如果异物的存在不影响乏池的功能和系统的运行，不建议进行异物打捞。如涉及打捞工作，需燃料专业人员和运行经理对打捞的必要性进行分析，根据分析结果提出打捞需求，打捞专业需要根据打捞工作的风险进行判断是否可以进行打捞，这些风险包括辐射、沾污、引入异物、跌落等，然后多方商讨根据ALARA原则决定。

乏燃料水池的异物打捞工作，打捞工具的选择极为重要。重锤，作为最为简易的工具，在此并不能很好的发挥其作用，异物若在格栅上，一旦定位不准，很可能将异物碰落到格栅底部，若在格栅底部，定位不准，胶带脱落，碰伤格栅，异物脱落，这些风险极高，另外其打捞的能力范围有限，故不建议使用此工具；对于水净化类型的工具如UFV-260型水下过滤器，工具极为笨重，处理乏池中悬浮的微小杂质可行，但是对于沉于水底的异物则束手无策；LUVS处理此类异物则较为方便，它的体积较小，并且可利用乏吊和水下摄像头进行精确定位，整个设备可完全进入格栅内，利用泵产生的真空可将异物吸入，格栅上的异物也不必担心掉落，将设备提取放入异物收集篮中，可确保停泵后异物不重新掉落进入乏池；气动夹钳在处理乏池中异物的方面也有一定的适用范围，如螺栓、螺钉、胶带等这类可夹取的异物具有操作的便利性。

在乏燃料水池中进行异物打捞，由于高辐射风险极高，为避免引起KRT探头误报警，故需对燃料厂房20 m的KRT探头进行闭锁。在整个打捞过程中辐射防护专业人员需对异物进行连续测量，并对环境进行检测，避免造成人员误照射。在打捞前，需准备一屏蔽容器放置在现场，若异物剂量率≥2 mSv/h，则在其出水后，立即转运至屏蔽容器中，随后异物按放射性固废处理。

2.3 反应堆水池

反应堆水池位于压力容器正上方，此处若存在异物，异物将有可能进入压力容器中，同样需要根据ALARA的原则进行分析后决定是否打捞。

根据异物存在不同形式，可选择不同的工具。如果肉眼在水池上可以观察到异物，预估异物重量约10～50 g，此种情况下，选择利用重锤进行异物打捞；如果异物是水中的悬浮物，影响水质，可以利用UFV-260型水下过滤器进行净化，由于一回路有系统过滤器，此举略显多余；其他类型处于堆池的异物，确认需要打捞，可以使用LUVS，通过水下摄像头配合；处理微小异物，亦可人工定位处理肉眼可见异物，包括沉于水底的和悬浮的异物；对于可以夹取的异物，亦可适用气动夹钳。

同样辐射防护人员需在现场对异物在出水前后剂量率进行测量，如果异物剂量率≥2 mSv，放入屏蔽容器中，按放射性固废处理。

2.4 压力容器

压力容器是核电机组的心脏。若压力容器存在异物，尤其是金属异物，关系核安全，打捞是必行之举。

压力容器中发现异物最有可能是在卸料后的压力容器检查，此阶段，压力容器中没有任何阻挡，如存在异物，可以通过水下摄像头发现。

对于工具的选择类似于堆池，但是对高辐射风险的控制则需按照乏池的模式进行，鉴于此处位置较远，可优先选择LUVS进行打捞，气动夹钳次之。

3 异物打捞实践

国内核电站在水池和压力容器进行异物打捞的事例较多，但见诸于报道并不多见。根据事件的代表性，例举一压力容器中异物打捞工作，据此对异物打捞实践过程进行说明。

由于在压力容器检查过程中发现压力容器内存在异物，异物尺寸约2 cm。此时，现场条件为：①法兰面以上水位； ②RCD模式； ③压力容器已开盖； ④异物位置已确定。

异物较小，重锤定位困难，LUVS可利用摄像头粗略定位后，在其附近将其吸入，据此选择LUVS进行打捞。

3.1 准备工作

工作开始前，组织工作组成员及辐射防护人员召开预工前会，分析现场存在的风险及预防措施，对工作组成员的准备工作进行分工，包括文件、物资、工具、现场布置的准备工作，并对相应工具进行确认可用。

•文件：准备相应的工作包，申请许可证(PI/PX)，根据辐射防护的要求办理相应的辐射许可证。

•工具：轻型水下真空系统(LUVS)、延长杆、屏蔽容器、异物收集篮、水下摄像头、安全带、辐射防护剂量检测仪表。

•物资：纸衣、塑料鞋套、口罩、面罩、吸水纸、细绳。

工作场所需布置场地，包括辅桥(换料机)、上下通道、屏蔽容器以及其他可能污染的场所，并将辅桥移动至压力容器正上方。

3.2 风险分析

打捞工作中存在的风险及预防措施见表1所列。

表1 核电站压力容器内异物打捞工作中存在的风险及预防措施

3.3 实施过程

根据准备情况，确认开工条件。在现场召开工前会，对工作组成员进行分工：水下摄像头操作1人，现场指挥1人，设备牵绳子2人，组装设备2人，操作异物收集篮2人，转移废物1人，剂量检测1人，辅桥(换料小车)移动2人。现场所有指令由现场指挥1人发出，所有工作成员按照指令开展工作。

第1步：确认现场准备情况。工具可用，物资充足，场地布置完整，现场电源可用，取得工作许可证(PI/PX票)和相应的辐射许可证(红区/橙区许可证)。

第2步：下放水下摄像头至压力容器中，确定异物位置，同时将打捞LUVS进行连接。在确认异物位置后，将连接好的设备运至辅桥(换料小车)上，组装设备人员开始连接延迟杆，设备上系有两根细绳，由2人手持，保证设备不下落，4人配合逐渐下放设备至压力容器底部高度约1 m，然后逐渐下放至约10 cm，利用水下摄像头进行监视。

第3步：启动设备，确认设备下水下运转，手持的延长杆会明显感觉到设备转动的扭力，摄像头可以看到水流在吸嘴和出口流动。随后可停止设备或低档(1档)运转。利用摄像头对异物进行定位，移动设备至异物上方，设备操作人员在此期间根据现场指挥的要求对设备进行左右前后上下的移动。现场指挥观察摄像头，并逐渐升档，将异物吸入。

2人牵绳子将异物收集篮放入水中，距离水面约2 m，设备保持运转逐渐提升，操作人员卸掉多余的延长杆，将设备吸嘴与异物收集篮对接。此时可根据现场情况进行判断，若异物较小，重量轻，则停止设备；如异物体积较大并且较重，可使用反冲将异物吐入收集篮中，停运设备。此后，吸嘴和异物收集篮保持对接并逐渐提升。

此时，辐射防护人员利用测量探头对异物进行测量，根据测量结果决定是否提出水面，在提出水面后也需要进行测量。若水下剂量≥500 mSv/h，现场20 m平台则需要清场，然后提出水面后，人员则需要穿着铅衣，远程操作将异物转入屏蔽，并卸载设备滤芯，一同放入屏蔽容器中；如剂量较低，则提升设备至操作平台(辅桥/换料小车)上，并迅速拆卸滤芯，和异物一并放入塑料袋中，转运至20 m平台的高放废物屏蔽容器中。

第4步：拆卸设备，并将设备工具简单擦拭去污，装入黄色塑料袋中转运至待去污点。清理现场。打捞工作结束。

4 结语

核电站异物打捞工作是一项风险极高的工作，工作前一定要分析是否有必要开展。在确定任务后，须做好风险分析(重点注意：打捞过程中防异物措施必须做到位，避免引入新的异物；高辐射风险的应对措施)；异物的后续处理在准备工作时就要考虑到，它的处理方式取决于异物的辐射水平。打捞过程中，异物定位是打捞的关键，现场指令的发出必须统一，并对可能发生的情况做好预案。