面向熱室的聚變堆內(nèi)部器件清洗去污遙操作裝置關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、中國聚變工程試驗堆CFETR是繼EAST東方超環(huán)之后的中國新一代的托卡馬克裝置。熱室作為CFETR的重要輔助設(shè)施，不僅僅在維護中發(fā)揮重要作用，還肩負著0.3-0.5高DutyTime運行和建設(shè)安裝期間以及退役期間相關(guān)工作。熱室是處理放射性廢物的場所，它不同于一般設(shè)備的維護場所，其內(nèi)部處理的均是高放射性的有毒有害物質(zhì)，因此熱室內(nèi)的各種工藝十分復(fù)雜。清洗去污是聚變裝置內(nèi)部部件在熱室內(nèi)維護和退役的重要環(huán)節(jié)，清洗技術(shù)在降低熱室內(nèi)輻射劑量和限制熱

2、室放射性流出物的過程中，扮演著極為重要的角色。熱室內(nèi)放射性污染物清洗效果的優(yōu)劣不僅涉及從業(yè)人員職業(yè)照射水平、核設(shè)施放射性流出物管控、遙操作裝置及核安全裝置壽命及可靠性、放射性污染物擴散和環(huán)境保護等重大問題，還直接影響到聚變實驗的進行以及聚變裝置安全。
　　本研究以維護和退役的中的清洗去污為研究對象分別從設(shè)計原則、特殊工藝要求、清洗方法選擇、遙操作執(zhí)行方案選擇與設(shè)計、清洗工藝流程設(shè)計、相關(guān)執(zhí)行部件的設(shè)計分析及驗證、清洗廢棄物的處理處

3、置以及循環(huán)使用等方面開展了面向熱室的聚變堆內(nèi)部器件清洗去污遙操作裝置關(guān)鍵技術(shù)研究，具體工作如下:
　　針對聚變裝置熱室的研究較少，缺乏相關(guān)指導(dǎo)原則和評判依據(jù)的現(xiàn)狀，從整體維護工藝路線及相關(guān)設(shè)計原則和特殊要求入手，提出了預(yù)研階段CFETR整體維護方案:明確了維修和退役兩種維護方式，并在此基礎(chǔ)上針對IVC和遙操作等相關(guān)部件的維護給出了詳細的維護流程，系統(tǒng)的分析和研究了熱室遙操作裝置R&D過程中需要遵守的ALARA、BAT、BEP、全生

4、命周期管理等涉及核涉氚操作的相關(guān)原則，并詳細剖析了熱室內(nèi)維護相關(guān)研究中各原則需要詳細考慮的關(guān)鍵要素和相關(guān)原則之間的相互聯(lián)系，為后續(xù)清洗方法的選擇和決策問題提供相關(guān)的指導(dǎo)依據(jù)。
　　針對熱室內(nèi)清洗去污的對象，確定了聚變裝置內(nèi)產(chǎn)生的顆粒成分和組成以及性狀，分析了維護過程中放射性顆粒潛在的危害，明確了清洗去污工作的必要性和重要性，針對殘氚和相關(guān)環(huán)保要求以及清洗過程中產(chǎn)生的清洗廢物的處理給出的相關(guān)處理方案和設(shè)計指導(dǎo)意見，并對多種放射性污染

5、表面清洗方法從多方面進行分析和甄別，選擇了最適合的干冰爆破清洗作為熱室內(nèi)清洗去污首選方法，結(jié)合該方法存在的若干問題，逐一分析提出了解決方法，并制定了聚變裝置熱室內(nèi)清洗去污的總體工藝路線。
　　針對涉核涉氚情況下的清洗去污的防護措施進行了相關(guān)研究，設(shè)計了雙層包覆結(jié)構(gòu)的清洗容器，并結(jié)合包覆結(jié)構(gòu)內(nèi)簡單直接的流水作業(yè)式操作的要求，對清洗執(zhí)行方案進行了分析，提出了大覆蓋清洗范圍結(jié)合直線運送的清洗執(zhí)行方案，并設(shè)計了適合該運送方案的氣力輸送式的

6、寬口噴射器、以及運輸裝置，并進行了相關(guān)的計算分析，最后提出了通過三重氣閘室進行氣體環(huán)境隔絕的清洗工藝方案和熱室內(nèi)清洗去污操作的具體實施流程。
　　基于CFD方法開展了熱室內(nèi)遙操作清洗去污作業(yè)使用的氣力輸送式干冰清洗寬口噴射器的設(shè)計與仿真，對噴射器的內(nèi)部的連續(xù)流場進行了數(shù)值模擬計算，得到了該噴射器內(nèi)流場內(nèi)的壓力、速度、流線等流動特性，在連續(xù)流場仿真的基礎(chǔ)上對該噴射器進行了氣固二相流的顆粒噴射仿真模擬，之后進一步開展了包層模塊清洗效果

7、仿真模擬，并最終驗證了包覆結(jié)構(gòu)內(nèi)簡單直線運動下的大覆蓋面的清洗作業(yè)方案的可行性，并通過不同沖蝕速率下的沖蝕痕跡的范圍和沖蝕程度等參數(shù)考察了噴射器的清洗效果。
　　針對清洗過程中產(chǎn)生的大量的清洗廢氣，分析廢氣組成，制定了以凈化提純二氧化碳為目的處理策略，結(jié)合相關(guān)成熟的氣體工業(yè)的技術(shù)，設(shè)計并研究了氧化吸收、深冷精餾、變壓吸附三種清洗廢氣凈化循環(huán)使用的方案，從原理上實現(xiàn)了清洗廢物和放射性廢物最少化的目的，完備了清洗的整體方案。使得干冰爆