某核电站放射性固体废物暂存库货包堆码方案的分析与论证

伍大伟

摘要：核电站厂址废物处理设施，按照国家相关规定，必须与主体设施“三同时”，尤其是放射性固体废物暂存库的设计和建设，对核电站后期运行的废物管理影响重大，影响到库容量、贮存年限、废物的装卸、搬运、堆存和回取，如何选取暂存库的货包堆存方案尤为重要，本文即从工程角度研究了暂存库的堆存方案和措施。

关键词：放射性固体废物；暂存库；堆码；货包

1.0前言

某核电站按照GB14589-93《核电厂低、中水平放射性固体废物暂时贮存技术规定》设计和建造低、中水平放射性固体废物暂存库（60m（长）×17.5m（宽）×14.5m（高）），并按机组废物贮运、使用需求和辐射防护最优化原则，库内建造实体隔离的贮存单元（共计13个），经过设计和论证，采用320L碳钢桶（￠710mm×1002mm）作为放射性固体废物整备后的最终包装容器，采用定位精度为±5mm数控吊车吊运、堆码320L成品桶，限于篇幅，本文不对暂存库的详细设计和布置进行论证，仅对同一结构暂存库暂存该类型废物货包时的四种堆码方案，从库容、建造钢材增量、运行维护、退役及人员受照、建造成本、堆码安全稳定性等方面进行分析，最终确定建议方案，并在核电工程建设的实践中进行了国内首建。

1.1直接堆码方式

该方案，暂存库整库采用4.5m（高）、0.2m（厚）混凝土隔墙分为若干贮存单元，每单元为4.05m（宽）×1.438m（长），每个单元内能布置5列×18行货包（320L钢桶装，后文简称成品桶），库容紧凑，按规范，设计贮存量不应少于核电厂三个月所产生的废物量，并且不超过核电厂五年所产生的废物量，最多堆码5层，最多可存放5900桶（8台机组5年的货包产量，桶布置时考虑远距离数控吊车抓具操作，后同），布置见简图1。成品桶入库时，先吊运、堆码第一层，每个贮存单元堆满第一层后，再堆码第二层，按此方式依次堆码第三、四、五层，相邻桶间距预留50～70mm便于抓具操作。此方案堆码时对桶底的结构要求比较高，需要设计专门的桶底（卡箍式桶底或桶底内凹且大于桶盖），当桶发生偏移以至于上层桶的重心位置偏移到下层桶盖直径范围之外，桶会失稳倾倒，即上层桶体在任意方向偏移下层桶体超过355mm（桶盖直径径的1/2），桶体即发生倾倒，因此在吊装操作失误和设计基准地震情况下，此堆码方式可能发生桶倾倒事故，尤其是处于堆码层边界的少数桶，更容易因吊车操作失误或地震因素倾倒，运行时对成品桶出入库吊运操作要求较高，需尽量防止吊装操作时定位不准、越位吊装失误、抓具升降不到位、吊车故障等因素造成桶倾倒或跌落，预防内装放射性固体物质的散落所造成库内污染或人员处理事件所接受的意外照射，但因超过一定强度的地震因素造成成品桶的倾倒或者跌落或不可避免，存在一定的货包堆码失稳风险。

1.2塔式堆码方式

该方案，成品桶入库时，先吊运、堆码贮存单元第一层，一个贮存单元堆满第一层后，再堆码第二层，第二层的成品桶堆码在第一层两个成品桶中间，按此方式依次堆码第三、四、五层，形成金字塔式的结构。按照最多堆码5层，堆码区的边界上，从第5层到下面第4层依次比第1层少堆4、3、2、1个桶，保持现有贮存单元分区，最多可存放3180桶（可供4台机组5年的贮存需求），取消贮存单元间隔墙，最多可存放5580桶（可供6台机组6年的废物桶贮存），该堆码方式，不需对桶底结构进行修改，在实体的混泥土隔墙单元内即能保证桶自身堆码的稳定性，但对预防超过一定强度地震时的桶堆码失稳无效，库容灵活，暂存库布置样式见简图2。

1.3 托盘堆码方式

该方案，采用吊车吊运、堆码成品桶和托盘，先吊运、堆码贮存单元第一层，一个贮存单元堆满第一层后，吊车将托盘堆码在第一层已堆码的成品桶上，每一个托盘设计15个成品桶位作为一组（部分区域需考虑不同规格的托盘和桶位），依次堆码第二层托盘和第三层桶，根据可暂存区域面积、最多堆码5层计算，库容量最多为5120个桶，该方案布置方式见简图3、托盘结构见简图4。

1.4格架堆码方式

该方案，设计专門的钢结构作为暂存库永久性的成品桶支撑保护系统（4.050m（宽）×1.438m（长），每个贮存单元由4列×16行格架单元组成），成品桶置于格架单元保护之内（每个格架单元内贮存5层桶），格架采用DN100/厚4.5mm钢管和宽70mm扁钢焊接框架组件与基础预埋板连接而成（或优化采用定制的格架零件组装而成），格架单元中心间距882mm，根据可暂存区域、最多堆码5层方式计算，库容量最多为4280个桶（取消贮存单元间隔墙可增加800个桶位），该方案布置见简图5、6。

3.结论

通过四种堆码方案的综合比较，从以下方面评估并得出建议：

（1）库容量要求高，在成品桶前后端生产工艺能保证桶及桶底结构适应性的前提下，谨慎采用直接堆码方式，能满足库容量、运维/退役简单、投资成本低；

（2）库容量要求低，可采用塔式堆码方式（或取消隔墙），能灵活满足库容需求、运维/退役简单、投资成本低；

（3）库容量要求高、稳定性要求较高、投资成本能接受，可采用托盘堆码方式（或取消隔墙）或与塔式堆码的组合（核电站新建初期采用塔式堆码），能灵活满足库容需求、运维/退役较简单、投资成本较低。

（4）稳定性要求很高、库容量要求较高、投资成本能接受，可采用格架堆码方式（或取消隔墙），能满足库容需求、运维/退役较复杂、投资及退役成本较高。

最终.无论采取何种方式，需获得审管部门的安全评审认可，综合分析，最终该核电站采用了托盘堆码的方式。