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| 核設施通風管道干冰噴射去污實驗研究…… |
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摘要：開展了干冰噴射清洗去除通風管道表面防銹漆條件實驗及通風管道表面放射性污染去污實驗。實驗結果表明，采用干冰噴射去污技術去除通風管道表面防銹漆涂層時，防銹漆去除質量隨噴嘴行走速度的增加而下降；在5～30 mm范圍內的最佳靶距為20mm；在54°～90°(90°時為垂直噴射)范圍內的最佳入射角度為8O°；干冰顆粒直徑為3 mm時去除防銹漆效果較好；干冰噴射去除通風管道表面防銹漆速度可達0.6 m2／h。對某放化實驗室風管表面松散污染去污效率可達95%以上。干冰噴射去污既是利用機械力，又是利用熱能以強化去污過程的一種去污方法。專用的噴射去污機以壓縮空氣作為動力，推動干冰顆粒噴射到被去污的物體表面，利用高速運動的固態(tài)干冰顆粒的沖擊力、升華、熔化等能量轉換，使被去污表面的污染迅速被剝離清除。與鐵砂、鋼珠等金屬小球相比，由于干冰在去污過程中升華，因此去污過程產(chǎn)生的二次廢物很少。通風管道是放射性操作實驗室的重要配套設施，已有的核設施退役實踐表明，退役核設施的通風管道量大,且表面(尤其是內表面)或多或少存在一定程度的放射性污染。退役過程中對通風管道進行有效的去污，使其達到清潔解控水平或降低其廢物等級，減少廢物量是十分必要的。而去除其表面的防銹漆涂層即可達到較好的去污效果。因此，本文擬采用干冰噴射去污技術對通風管道表面防銹漆進行去污條件實驗，以獲得優(yōu)化的去污工藝參數(shù)，同時對某放化實驗室的放射性污染通風管道進行去污驗證，以獲得干冰噴射去污效率。
1 實驗
1.1 樣品制備
將表面未被污染的通風管道制作成為223 mmX335 mm的長方形樣品板(配合去污實驗箱樣品擱架尺寸)，用于干冰噴射去污條件實驗。
選取某放化實驗室存在放射性污染的通風管道，切割成適當大小，用于干冰噴射去污驗證實驗。
1.2 儀器設備
干冰制造系統(tǒng)-主要設備干冰制造機（干冰造粒機、干冰制粒機）干冰產(chǎn)量大于30 kg／h，可制備直徑為3、4和5 mm 的干冰顆粒，由干冰制造機（干冰造粒機、干冰制粒機）和杜瓦瓶組成。干冰噴射去污系統(tǒng)-主要設備干冰噴射器（干冰清洗機、洗模機）：最大噴射壓力0.8 MPa，包括螺桿空壓機、儲氣罐、氣體過濾器、冷凍干燥機及干冰清洗機（干冰噴射器、洗模機）。干冰去污密閉實驗箱：配備步進電機，帶動噴嘴作一維平移運動，行走速度、靶距、入射角度可調�？諝鈨艋b置：JPZ-50o型高效凈化小車，中國輻射防護研究院研制，通過管道與干冰去污密閉實驗箱相連，凈化實驗箱內氣體。表面污染測量裝置：FJ-22O7型表面污染測量儀，262廠，儀器效率為35%。
干冰噴射去污實驗系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
1.3 實驗方法
考慮到噴射去污影響因素的復雜性，設計實驗方法時僅使要考察的參數(shù)改變，而其他參數(shù)保持不變，即采用單一因素法。實驗主要考察各去污參數(shù)對金屬表面油漆涂層的去除效果的影響，包括系統(tǒng)壓力、靶距、噴嘴行走速度、入射角度及干冰顆粒直徑等。去除質量用計量檢定合格并處于有效檢定周期內的電子天平(精度為0.01g)稱量，靶距用游標卡尺測量5次后取平均值。去污前后樣品表面比活度用表面污染測量儀測量5次后取平均值。去污過程中對產(chǎn)生氣溶膠進行取樣和測量。
2 結果與討論
2.1 噴嘴行走速度對防銹漆去除量影響
當噴射靶距為25mm、入射角度為90°(垂直)，行走速度在3.1～18.8mm／s之間時，考察了噴嘴行走速度對去除風管表面防銹漆效果的影響規(guī)律，結果示于圖2。實驗結果表明，隨著噴嘴行走速度的增加，對于防銹漆的去除質量呈下降趨勢，可能是由于行走速度加快致使噴射干冰還未達到較好去除防銹漆的效果，噴嘴已行走至下一處。
2.2 靶距對去除風管表面防銹漆效果影響
當噴嘴的平移速度為15.6 mm l／s、入射角度為90°(垂直)，靶距為5～3O mm時考察了靶距對去除風管表面防銹漆效果的影響規(guī)律，結果示于圖3。實驗結果表明，當靶距在5～30 mm范圍內變化時，隨著靶距的增加，對防銹漆的去除質量先增加，當靶距達20mm時，對防銹漆的去除質量達到最大值，爾后靶距繼續(xù)增加，防銹漆的去除質量呈下降趨勢。
2.3入射角度對干冰噴射去除風管表面防銹漆影響
當靶距為20mm，行走速度為9.4 mm／s，入射角度在54°～90°范圍內變化時，考察了干冰對風管表面防銹漆去除的效果，結果示于圖4。實驗結果表明，在54°～90°范圍內，隨著入射角度的增加，去除風管表面防銹漆的質量先隨之增加，當角度達8O°時，去除質量達到最大值，之后隨著角度的繼續(xù)增加，去除質量則呈下降趨勢。因此，入射角度為8O°時，干冰噴射去除風管表面防銹漆效果最佳。
2.4 去污速度
采用實驗獲得的最佳去污參數(shù)對風管進行防銹漆去除速度實驗。實驗結果表明，采用約300 g的干冰顆粒去除風管表面的防銹漆用時40s，去除防銹漆面積為69.6 cm ，由此可計算出實驗條件下，干冰噴射去除防銹漆涂層速度為0.6m2／h。
2.5 干冰顆粒直徑與防銹漆去除量關系
采用3、4、5mm直徑的干冰顆粒對風管表面的防銹漆進行去污實驗，結果示于圖5�？梢�，相同條件下隨著干冰顆粒直徑的增大，每100g干冰顆粒去除防銹漆的面積減小。因此，去除金屬表面防銹漆推薦使用直徑為3mm的干冰顆粒。
2.6 放射性污染通風管道去污
先對某放化實驗室拆卸下來的污染通風管道進行表面污染測量，同時進行擦拭取樣，確定其表面污染為a污染。采用干冰噴射方法對其進行去污，對去污后的通風管道再次進行表面污染測量和擦拭取樣，從而計算干冰噴射去污效率。去污前后表面污染水平測量結果列于表1，擦拭取樣分析測量結果列于表2。去污結果表明，對于風管表面較為平整的部分，去污效果較好，去污后表面污染水平達到或接近清潔解控水平；而對于存在褶皺的部分，去污效果稍差，去污后表面污染水平約為0.4 Bq／cm2；對于采用氣體熱切割過的風管邊緣部分，存在燒焦的痕跡，放射性污染也因此與風管基材結合更為緊密，去污后表面污染水平約為1Bq／cm2。擦拭取樣后對樣品進行分析測量的結果顯示，干冰噴射去污效率較為理想，對風管的平均去污效率大于95%。且經(jīng)去污后，擦拭物中放射性活度均為本底水平，說明污染部件表面的松散污染已基本去除干凈，表面污染測量所得到的污染部件表面依然留存的放射性污染為固定性污染，與基材結合較為緊密或已遷移至基材里層。
3 結論
采用干冰噴射清洗去污技術去除通風管道表面防銹漆涂層時，防銹漆去除質量隨噴嘴行走速度的增加而下降；在5～30mm范圍內的最佳靶距為2Omm；在54°～90°(90°時為垂直噴射)范圍內的最佳入射角度為8O°；干冰顆粒直徑為3 mm時去除防銹漆效果較好；干冰噴射去除通風管道表面防銹漆速度可達0.6 m2／h；對于某放化實驗室較為平整的污染通風管道去污效果較好，去污后可達到或接近清潔解控水平；存在褶皺的部分，去污效果稍差；與風管基材結合更為緊密的污染較難去除；對該批風管表面松散污染去污效率可達95%以上。 |
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