李玉鑫，贾建召

(辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116001)

核电站在日常生产及大修过程中，因放射性污染设备及场地检修作业，会产生一定量的放射性污染检修工具，尤其是污染液压扭力扳手，污染类型主要为非固定放射性污染及固定放射性污染。因液压扭力扳手为高价值专用工具，结构复杂，且放射性热点大多淤积在孔洞、接缝、嵌口、内壁、齿轮啮合及沟槽等死角位置，导致其放射性去污难度较大。经查询“中国知网”及“万方数据”等文献数据库，暂未查询到有关污染液压扭力扳手深度放射性去污相关工艺方法的报道，国内核电站大多将其作放射性固体废物处理为主。

作为高价值专用工具，大量放射性污染液压扭力扳手报废给核电站成本管控、放射性废物最小化管理和核电站辐射防护最优化带来了较大压力和挑战。为解决上述一系列技术及管理难题，开发污染扭力扳手的放射性去污关键技术，推进高价值污染报废工器具再循环再利用，红沿河核电站成立“放射性污染液压扭力扳手深度去污课题小组”，经过调研文献资料并参考相关标准要求[1-4]，于2019年3月—5月期间开展了多项污染液压扭力扳手深度去污试验，采用化学去污、机械去污、化学-机械去污、泡沫去污、超声波去污等多种组合工艺，去污手段从易到难，去污深度由浅至深，最终将多台高度放射性污染液压扭力扳手去污合格并现场复用，成功探索了一套合理可行的放射性污染液压扭力扳手深度去污方法。

本文结合现场试验开展情况，对放射性污染液压扭力扳手深度去污方法及实践进行全面深入的总结和阐述，希望为同行提供参考。

1 去污试验材料及准备

1.1 去污试剂

WD-40防锈润滑剂，若干，生产厂家：武迪(上海)实业有限公司。

DEKONEUTRAL® 化学去污剂，若干，生产厂家：HAKA KUNZ公司，德国。

DEKOPUR® FS 500化学去污剂，若干，生产厂家：HAKA KUNZ公司，德国。

HAKUPUR® 化学去污剂，若干，生产厂家：HAKA KUNZ公司，德国。

DEKOWET® 化学去污剂，若干，生产厂家：HAKA KUNZ公司，德国。

ALCATUM化学去污剂，若干，生产厂家：FEVDI公司，法国。

1.2 去污辅助工器具及材料

红外测温仪，1台，生产厂家：FLUKE公司；β放射性表面污染检测仪表，2台(MPR200+β探头)，生产厂家：山西中辐核仪器有限责任公司；80 L塑料白桶，2个；平板小推车(载荷100 kg)，1台；护目镜，10个；去污布(棉质)，若干；钢丝刷，若干；硬塑毛刷、试管刷，若干；一次性防护服，若干；乳胶手套，若干；塑料鞋套，若干；放射性污染防护门槛，若干；放射性污染粘尘垫等，若干。

1.3 去污设备及场所

模块式超声波清洗去污设备：为更好地提升去污试剂的化学去污效果，将化学试剂分子活性激发到最佳状态，本试验选用具有加热功能的模块式超声波清洗去污槽作为去污试验设备，模块式超声波清洗去污设备能够实现内部溶液强迫循环， 设备装配有自锁功能的万向脚轮，能够按照位置需求灵活移动。设备参数如下：

电源：AC 380 V/50 Hz；整机功率：不低于12 kW；设备有效容积1 200 mm×800 mm×500 mm。

超声波振盒及加热器布置要求：去污槽四壁中下位置至少各布置1个超声波振盒和1组加热器； 底壁位置至少均匀布置2个超声波振盒和2组加热器；单个超声波振盒功率不低于3.5 kW、频率不低于26 kHz；单组加热器加热功率不低于4 kW，总体加热温度不超过100 ℃。

本工作深度去污试验在核电站放射性热机修厂房放射性去污车间(AC210)实施开展。

2 去污方法思路及评价指标

2.1 去污试验方法

放射性污染液压扭力扳手深度去污方法采用去污手段从易到难，去污深度由浅至深，逐步深入的思路。先用表面活性剂去污液去除松散污染，然后用高效酸性表面去污液去除无机盐、氧化物类附着污染物，再用碱性去污剂去除硫酸盐、硅胶盐类污染物，全程用超声波震动加热加强去污效果。各步骤可重复循环使用，直到去污后去污对象污染水平达标为止。具体试验方法如下:

(1)对放射性污染液压扭力扳手进行放射性污染测量,然后对扭力扳手解体、分类标记及脱油脱脂处理。

(2)第一阶段去污：化学去污(中性)+超声波去污。使用DEKONEUTRAL®中性表面去污剂结合超声波对各部件进行初步清洁清洗，如去污验收未达标执行下一阶段深度去污方案。

(3)第二阶段深度去污：化学去污(酸性)+超声波去污：使用DEKOPUR® FS 500高效磷酸基去污剂结合超声波对部件进行深度去污，如去污验收未达标执行下一阶段深度去污方案。

(4) 第三阶段深度去污：化学去污(碱性)+超声波去污：使用HAKUPUR®高效碱性速溶表面去污剂结合超声波对部件进行深度去污，如去污验收未达标执行下一阶段深度去污方案。

(5) 第四阶段深度去污：化学去污(酸性)+超声波去污：使用DEKOWET®高效酸性表面去污剂结合超声波对部件进行深度去污，如去污验收未达标执行第五阶段深度去污方案。

(6) 第五阶段深度去污：泡沫去污；使用ALCATUM碱性去污剂对待去污部件进行泡沫去污。

在实际去污过程中，第四阶段的DEKOWET®高效酸性表面去污剂为超声波清洗用高效酸性去污剂，结合超声波去污效果更好，但前期去污实践发现DEKOWET®高效酸性表面去污剂对不锈钢材质部件腐蚀深度较大。为将去污腐蚀风险控制到最小，将其作为第四阶段深度去污首选化学试剂。如果前面步骤已经去污达标，即可以免去此步骤以及后续步骤。同样，第五阶段泡沫去污首选化学试剂ALCATUM为碱性去污剂，碱性较强，为将去污腐蚀风险控制到最小，也将此步骤作为必要时备用。

2.2 去污效果评价指标

用去污因子DF和去污率E评价去污的效果：DF为去污前污染物表面放射性活度(A前)与去污后放射性活度(A后)之比，即DF=A前/A后。DF越大，说明去污效果越好。去污率E为经过去污后去除的放射性活度占原来总活度的比例，E=(A前-A后)/A前=1-A后/A前。去污率越接近1越好。

3 去污试验具体步骤

3.1 液压扭力扳手表面污染测量

首先对16台污染的液压扭力扳手(M系列和A系列，生产厂家：HYTORC)使用MPR200+β探头进行表面污染测量，测量数据列于表1。

表1 去污前液压扭力扳手的表面污染水平

3.2 液压扭力扳手解体及分类标记及脱油脱脂处理

红沿河核电站使用的液压扭力扳手(M系列和A系列)，外壳均为TITAL399铝钛合金，内部转动机构为高强度合金材质，结构图示于图1。 两个系列液压扭力扳手主子部件编号概述列于表2。

表2 两种扳手的部位编号

测量完成后，对污染液压扭力扳手进行解体处理：取下反作用力臂3，取下保持帽11，取下驱动轴5，拆除防尘罩31，取下驱动销19，拆开驱动板4，取下棘轮6，取下棘爪63及其他部件，拆下旋转接头12，旋转拆下油缸底座3，取出油缸2。

解体完成后，对所有主子部件进行分类整备、标记，解体后各组件照片示于图2。

对各子部件分类标记完成后，使用WD-40防锈润滑剂对标记测量后的主子部件逐一进行脱油脱脂处理，再执行后续各阶段深度去污，去除油污的原因如下：

1)油污进入会导致去污溶液浑浊，不易观察待去污件表面去污状态。

2)油污中含有放射性松散物质，进入去污溶液，会造成二次污染及污染扩散。

3)油污附着在待去污件表面，会形成一层油隔离膜，会间接影响后续各阶段化学试剂对待去污件表面去污效果。

4) 深度去污产生的放射性废液会排入放射性废水回收处理系统，该系统现无法处理含油废液。

综上所述，开展深度去污前，尽量将待去污件表面附着的油脂清除干净。

3.3 第一阶段去污试验

将脱油脱脂处理后的待去污部件依次摆放至模块式超声波清洗去污设备内部，彼此间隔不小于4 cm。将调好配比的去污溶液注入模块式超声波清洗去污设备内部，开启模块式超声波清洗去污设备电源、加热器、超声波振盒、强迫循环。待去污溶液温度达到80 ℃后，试验正式开始并记录数据。具体试验方法及参数列于表3。

去污试验结束后，将待去污部件取出并用清水冲洗干净，焙干后使用MPR200+β探头对所有部件逐一进行表面污染测量，并做好记录。如去污验收结果>0.4 Bq/cm2(非放射性物质辐射控制β表面污染限值)，则继续执行下一阶段深度去污试验。

3.4 第二至第五阶段深度去污试验方法

将上一阶段深度去污试验后验收不合格的待去污部件依次摆放至模块式超声波清洗去污设备内部，彼此间隔不小于4 cm。将调好配比的去污溶液注入模块式超声波清洗去污设备内部，开启模块式超声波清洗去污设备电源、加热器、超声波振盒、强迫循环。待去污溶液温度达到80 ℃后，试验正式开始并记录数据。其中，加热器布置参数，超声波振盒布置及参数，强迫循环流量，去污验收标准每个步骤均与第一阶段相同(见表3)， 第二至第四阶段深度去污的具体试验方法，所用试剂配比ρ及试验参数列于表4(与第一阶段相同部分省略)。

图1 M系列和A系列两种扳手的结构及部件编号

图2 扭力扳手解体部件

去污试验结束后，将待去污部件取出并用清水冲洗干净，焙干后使用MPR200+β探头对所有部件逐一进行表面污染测量，并做好记录。

表3 第一阶段去污试验的条件参数

表4 第二至第四阶段去污试验的试剂配比及不同的条件参数

本实验中，由于第四阶段深度去污试验后所有主、子部件已经去污合格，第五阶段深度去污试验不需再执行。如去污不合格，可继续执行第五阶段深度去污试验。

第五阶段深度去污试验方法及参数拟定如下：

首先执行泡沫去污：选用ALCATUM泡沫去污试剂进行去污(pH：11.5，无需注水稀释)，泡沫去污时间为20 min。泡沫去污完成后，执行超声波去污：将待去污部件用清水冲洗干净，依次摆放至模块式超声波清洗去污设备内部，彼此间隔不小于4 cm。将SED除盐水注入模块式超声波清洗去污设备内部，开启模块式超声波清洗去污设备电源、加热器、超声波振盒、强迫循环等操作参数同第二至第四阶段相应内容。超声波去污时间3 h。

3.5 去污后液压扭力扳手组装及功能再鉴定

所有液压扭力扳手主子部件，经去污合格后方可进行组装，组装工序与解体工序相反。组装完成后的液压扭力扳手必须进行功能再鉴定及计量检定，确保去污后的扳手在额定压力范围内运转正常、无渗漏、输出扭矩精度符合作业要求。功能再鉴定合格后方可投入现场使用。

4 去污试验结果和讨论

4.1 各阶段去污实验测量结果

经过第一至四阶段深度去污试验，16个扭力扳手去污前后表面污染水平记录列于表5。

由于第四阶段深度去污试验后所有主、子部件已经去污合格，第五阶段深度去污试验没有继续执行。

表5 扭力扳手各阶段去污前后表面污染水平

4.2 去污效果评价

根据各阶段去污后测量的表面污染水平，计算了各去污阶段后达到的去污因子DF，结果列于表6。

表6 各阶段去污后累积达到的去污因子

由表6可知，第一阶段深度去污因子一般为2左右，第二阶段完成后可达到8左右，第三阶段结束后可以达到100～200，第四阶段结束后一般可以达到1 000左右。16个扳手经过四个阶段深度去污后，总的去污因子DF平均值为1130(1.13×103)，达到103数量级。

对于第一至第四阶段深度去污试验产生的放射性废液(质量约为0.48 t)，分别取样送核电站的放化分析实验室(RC)进行了分析。

根据放化分析的测量结果，去污液中主要含有核素为54Mn、58Co、60Co和95Mb,对各阶段去污废液中几种核素的放射性活度进行测量并计算各自的总的活度，然后总体估算了去污流程的总去污因子和去污率。计算方法和结果如下。

考虑各液压扭力扳手已基本去污干净，去污完成后总γ≈0，扭力扳手本体携带的放射性污染核素已基本转移至各阶段深度去污试验产生的放射性废液之中。因此，液压扭力扳手在各阶段去污前、后的放射性活度(A前、A后)参考各阶段试验产生的放射性废液的放射性活度进行估算。

A前=ΣAi，Ai为第i次液压扭力扳手深度去污后去污废液中放射性活度估算值；其中按照测量结果和废液体积计算得出A1=0.177 6 MBq；A2=0.192 MBq；A3=0.225 6 MBq；考虑第四次深度去污后总γ<0.04 MBq/t且总γ≈0，为更加精确估算去污因子，参考放化分析方法的本底值，第四阶段深度去污后总γ取值约为0.001 MBq/t，所以估算的A4≈0.001 MBq/t×0.48 t=0.00048(MBq)。那么

A前=ΣAi=A1+A2+A3+A4=0.1776+0.192+0.2256+0.00048=0.59568(MBq)；

A后≈A4=0.00048 MBq；

所以，方法的总 去污因子DF=A前/A后≈1 240；

去污率E=(A前-A后)/A前=(0.59568-0.00048)/0.59568=0.9991

由此可知，根据废液活度估算的本次放射性污染液压扭力扳手深度去污试验去污因子约为1 240，和前面用表面污染测量结果计算的结果1 130符合较好，总去污因子达到103以上,去污率约为0.9991。经过四个阶段深度去污后，全部16台扭力扳手均实现了达标复用，实现了预期的目标，效果良好。

4.3 去污试验代价利益分析

使用本去污方法成功将16台高度放射性污染拟报废的液压扭力扳手实现去污复用，减少放射性金属固体废物约3 m3，创造废物再利用价值及减少放射性废物处置成本超300万元(RMB)。

本次去污实践共产生放射性液体废物约1.92 t，排入核电站放射性废水回收系统，经蒸发、浓缩处理后，采用水泥固化工艺处理，处置便捷，成本低廉，易于实现。

本次去污实践共产生其他放射性废物约0.6 m3，经预压、超压处理后，采用水泥固定工艺处理，处置便捷，成本低廉，易于实现。

综上所述，本次去污实践取得的利益成果明显，代价较低，去污实践合理、正当，方法可行、有效。

5 结语

本次“放射性污染液压扭力扳手深度去污试验”成功实践、探索了一套“放射性污染液压扭力扳手深度去污方法”， 总去污因子达到103量级，去污后全部扭力扳手达标复用，实现了预期的目标，效果良好。说明去污试验效果评价指标良好，本方法实用、有效。

建议对去污工艺继续进行深度探索：后续试验可尝试探索“泡沫去污”+“超声波去污”及其它去污工艺的深度去污效果。另外根据液压扭力扳手结构复杂，主子部件较多，且热点多淤积在死角位置，其放射性去污难度较大等特点，建议在现场对扭力扳手使用过程中，加强污染防护的源头管控措施及其技术研究，尽量减少污染。后续将探索“可剥离膜污染防护”等源头管控技术的可行性及具体措施。