偶建磊，罗文广，廖佳涛，赵登山

（中国核动力研究设计院，四川成都 610213）

0 引言

国内某在役二代核电厂通过将乏燃料水池内原有部分6×6型乏燃料贮存格架（以下简称旧格架）拆除更换为新型高密集格架，实现乏燃料水池贮存容量提高以保证核电站的正常运营[1]。在拆除及更换过程中乏燃料水池始终贮存有一定数量的乏燃料组件，需依靠乏燃料水池内的硼酸水进行冷却降温，因此旧格架的拆除需在水下进行远程操作，同时依据项目目标，还需将旧格架进行清洗去污、包装、转运及贮存。

经调研目前国内还未有在役电站带料实施乏燃料贮存格架水下拆除及更换作业，以国内首次在役核电站扩容改造中旧格架拆除工作实施的工程经验为基础，将实施工艺与辐射防护相结合，提出一种乏燃料贮存格架水下拆除工艺。

1 实施物项及方案介绍

项目中水下拆除的旧格架为6×6 型乏燃料贮存格架，由吊耳、围板、贮存单元、底板、流水孔、支腿组成，乏燃料贮存格架结构如图1 所示。贮存单元个数为36 个，每个贮存单元均设置有流水孔及M39×3 mm 的螺纹孔，其中底板上安装有20 个支腿。

图1 乏燃料贮存格架结构示意图

旧格架水下拆除方案主要为旧格架内燃料组件移位→旧格架水下剂量普查→旧格架水下吊装→旧格架冲洗去污及吹扫→旧格架翻转→旧格架包装转运→旧格架贮存。该工作涉及水下吊装安全及辐射安全，属于高风险作业。

2 实施条件准备

条件准备主要包含：①编制专项辐射防护方案并将辐射防护控制流程融合至实施工艺中；②研制专用工器具，如旧格架水下吊装工具、旧格架水下冲洗装置[2]、旧格架水上冲扫装置、旧格架竖直吊装及翻转装置、辐射监测普查专用工装、链条镀镍电动葫芦、水下长杆刷子工具等，在满足功能需求的同时，提高工作效率；③编制应急预案，如格架辐射水平超标无法吊出水池应急预案，乏池堵漏预案、格架打捞预案及电动葫芦卡死预案，其中格架辐射水平超标无法吊出水池预案规定：若多次水下去污无法满足出水剂量要求，则先将剂量超标的格架依次往后移动，最终使用周围格架进行替代拆除；④增设安全保障措施，如钢覆面快速堵漏装置[3]，该装置可阻止格架坠落冲击使池底及池壁钢覆面破裂而发生放射性硼酸水外泄；⑤进行有效的模拟操作练习，提高工作人员操作熟练程度，减少人员控制区域工作时间。

3 实施工艺

依据实施内容及辐射防护方案规定，制定图2 所示旧格架拆除详细实施工艺，在作业时操作人员应严格遵守控制区作业管理规定，同时应做好防异物及临边作业安全措施。

图2 旧格架拆除实施工艺

3.1 旧格架内乏燃料元件移位

在旧格架拆除之前，需将贮存在旧格架内的乏燃料组件依据其燃耗情况移动至其余指定的贮存格架内。同时还需将相邻格架贮存单元一定范围内的乏燃料组件进行清空，据此可判定旧格架自身的真实剂量水平以及贮存单元内是否存在局部热点。经过现场验证，当移除旧格架周围3 排及以上乏燃料组件后，旧格架水下测量剂量水平无明显变化，为减少乏燃料组件移动数目，确定进行旧格架自身乏燃料及周围格架3 排乏燃料进行移位。

在燃料移位时应严格执行燃料移位方案及操作程序，并确保乏燃料水池内格架贮存空位满足紧急停堆卸料数量。

3.2 旧格架水下剂量水平测量

为全面掌握旧格架的辐射水平，需对格架贮存单元内部进行水下剂量普查。其贮存单元剂量普查方法为：使用碳素长杆工具配合乏燃料吊车将测量仪表AMP-100 探头下放至旧格架A行第1 列贮存单元导向喇叭口处，从导向喇叭口处开始每下降1000 mm 进行定点测量，测量时间为10 s，并依次记录数据至测量点位处。以此类推，将36 个贮存单元全部进行点位测量。图3 所示为其中一行共6 列贮存单元的测量示意图。其中需注意在除固定测量的点位外，在测量过程中，发现剂量水平较高的点时，应及时在图中标识位置并记录数据。

图3 某行6 列贮存单元剂量测量点

根据核电厂辐射防护专项方案确定，格架剂量水平最大值小于10 mSv/h 时，即可满足格架吊出乏池要求，若贮存单元内监测数据大于10 mSv/h，则需进行水下去污，其方法为：使用水下冲洗装置或长杆擦拭工具对测量点位处的贮存单元进行去污冲洗或擦拭冲洗，污水经格架底部流水孔流出旧格架，达到去污效果。围板剂量普查采用扫描普查的方法，即使用测量长杆工具及仪表对4 个面进行扫面普查，记录剂量水平较高区域，若监测数据大于10 mSv/h 则使用长杆刷子工具进行外表面水下去污。若贮存单元或围板经多次水下去污，剂量率下降不明显，则执行格架辐射水平超标无法吊出水池应急预案，使用相邻格架进行替换。

3.3 旧格架水下吊装

旧格架准备起吊前，需将作业无关人员进行清场并通知辐射防护人员上调乏燃料水池间辐射监测系统（KRT 系统）仪表KRT013/014MA 监测报警阈值至10 mSv/h。

使用水下摄像头确认水下吊装工具与旧格架底部流水孔（水下吊装接口）抓取正常，旧格架吊装脱离池底50 mm 左右，试吊10 min，确认无异常后，辅助吊车以最小速度带动水下吊装工具将旧格架从水池底部缓慢起升，当旧格架顶部距离乏燃料水池液面100 mm 后，辐射防护人员使用长杆专用工具将旧格架围板及贮存单元底座进行实时剂量监测，监测数据小于10 mSv/h 时，则继续将旧格架从乏燃料水池吊装至清罐池中。在吊运前应提前规划好转运路径并铺设好红色塑料布及吸水纸，应尽可能的减少通过乏池区域，禁止通过乏燃料组件上方。

若辐射防护人员监测数据大于10 mSv/h 或KRT013/014MA 报警，则立即将旧格架返回至水池中，进行水下去污。若贮存单元或围板经多次水下去污，剂量率下降不明显，则执行格架辐射水平超标无法吊出水池应急预案，使用相邻格架进行依次替换。

3.4 旧格架冲洗去污及吹扫

旧格架吊装至装灌池上方后，辐射监护人员恢复KRT013/014MA 阈值。当旧格架在清罐池内下降至1.5 m 后，去污人员穿戴气衣使用高压水枪对格架的底部围板及支腿进行冲洗去污，同时在旧格架下降的过程中对上部的围板进行去污，旧格架完全下降至清罐池底部后，使用高压冲洗装置依次对旧格架贮存单元进行冲洗去污，冲洗去污时应对剂量普查较高处进行重点去污。

去污完成后拆除吊具，辐射防护人员使用长杆剂量仪表对格架外表面及支腿进行去污后的扫描式剂量普查，标记格架最高剂量水平位置，去污后的剂量水平应低于2 mSv/h。若高于2 mSv/h 应使用高压冲洗装置进行冲洗去污，若多次去污仍高于2 mSv/h，且剂量水平无明显下降，应使用长杆擦拭工具对热点处进行擦除冲洗后测量，若多次去污剂量率仍不下降，则需在转运前使用铅皮对热点进行包裹屏蔽直至满足要求。

最终使用格架吹扫工具对贮存单元底部凹槽内的积水进行吹扫，并将旧格架放置15～18 h 自然晾干，防止在后续翻转污水外流造成污染扩散。

3.5 旧格架翻转

操作人员在燃料厂房20 m 平台使用旧格架竖直吊装工具连接吊耳起吊旧格架，并利用底板螺栓孔在旧格架底部安装翻转装置。燃料厂房0 m 外在转运平板车上安装接水盘，在接水盘上部依次放置防雨布、格架包装袋、红色塑料布，在非承载区域铺设白色塑料布，作为过渡区域。同时在红色塑料布上方靠近格架底部翻转区域铺设吸水纸，防止在后续翻转污水外流造成污染扩散。

转运平板车运行至吊装孔下，操作人员使用格架吊装及翻转工具配合平板车前进将旧格架由竖直状态翻转至水平状态。

3.6 旧格架包装、转运

操作人员穿戴纸衣、鞋套及乳胶手套拆除翻转工具，辐射防护人员进行出控制区放行前剂量率及污染水平测量，满足放射性物质厂内运输的辐射防护测量与检查要求（表1、表2）后放行出控制区，若超过相应限值，则需进行表面去污或在热点处增加铅皮屏蔽。然后依次进行红色塑料布、格架包装袋包装，并对过渡区域进行剂量普查，确认无污染后撤除白色塑料布。

表1 厂区放射性运输的剂量率[4]

表2 厂区放射性运输的污染水平限值

旧格架包装完毕后，包装袋外侧覆盖遮雨布，并使用封车带将格架固定。在转运路线经过其他机组边界时，应在转运前提前通知相关人员对转运路线中的辐射监测系统相关仪表进行报警解除，待通过后，进行恢复操作。同时应避免在恶劣天气进行转运。

3.7 旧格架贮存

将包装后的旧格架通过转运小车集中存放至指定放射性物品贮存区域，格架的贮存位置应按照出厂测量的剂量水平大小进行调整，优先将剂量较高的格架存放至贮存区域中央，以减少对人员通道的影响。

当旧格架全部贮存完毕后，辐射防护人员应对整个贮存区域进行剂量普查，判断剂量水平是否满足核电厂的控制区分区管理规定限值，若高于限制值，则对剂量较高的区域搭设铅屏蔽墙，并在控制区人行通道入口显眼处张贴辐射标牌。

4 结束语

依据该工艺对20 台旧格架进行水下拆除、去污及包装贮存实施，旧格架中水下测量最大剂量率为5.1 mSv/h，经对测量处热点进行水下冲洗去污后下降至0.57 mSv/h，同时使用铅皮在剂量较高处屏蔽后进行包装后满足厂区放射性运输的剂量率要求。贮存区域人行通道的辐射水平、控制区边界的辐射水平、个人最大剂量及均小于辐射防护专项方案限值。

核电厂乏燃料贮存格架水下拆除工艺研究实现了旧格架拆除的实施目标，预防或降低了实施中的风险后果，同时采用辐射防护最优化原则，规范了工作人员操作流程，保障了核电厂正常运营，实施过程中未出现工业安全及辐射防护事件，工作人员个人剂量、集体剂量及环境剂量均符合要求规范。该工艺及相关应急预案可为后续其他核电厂的格架更换及退役提供参考，同时将对后续格架解体及处理工作提供借鉴。