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核设施通风管道干冰喷射去污实验研究……  
摘要:开展了干冰喷射清洗去除通风管道表面防锈漆条件实验及通风管道表面放射性污染去污实验。实验结果表明,采用干冰喷射去污技术去除通风管道表面防锈漆涂层时,防锈漆去除质量随喷嘴行走速度的增加而下降;在5~30 mm范围内的最佳靶距为20mm;在54°~90°(90°时为垂直喷射)范围内的最佳入射角度为8O°;干冰颗粒直径为3 mm时去除防锈漆效果较好;干冰喷射去除通风管道表面防锈漆速度可达0.6 m2/h。对某放化实验室风管表面松散污染去污效率可达95%以上。干冰喷射去污既是利用机械力,又是利用热能以强化去污过程的一种去污方法。专用的喷射去污机以压缩空气作为动力,推动干冰颗粒喷射到被去污的物体表面,利用高速运动的固态干冰颗粒的冲击力、升华、熔化等能量转换,使被去污表面的污染迅速被剥离清除。与铁砂、钢珠等金属小球相比,由于干冰在去污过程中升华,因此去污过程产生的二次废物很少。通风管道是放射性操作实验室的重要配套设施,已有的核设施退役实践表明,退役核设施的通风管道量大,且表面(尤其是内表面)或多或少存在一定程度的放射性污染。退役过程中对通风管道进行有效的去污,使其达到清洁解控水平或降低其废物等级,减少废物量是十分必要的。而去除其表面的防锈漆涂层即可达到较好的去污效果。因此,本文拟采用干冰喷射去污技术对通风管道表面防锈漆进行去污条件实验,以获得优化的去污工艺参数,同时对某放化实验室的放射性污染通风管道进行去污验证,以获得干冰喷射去污效率。
实验
1.1 样品制备
将表面未被污染的通风管道制作成为223 mmX335 mm的长方形样品板(配合去污实验箱样品搁架尺寸),用于干冰喷射去污条件实验。
选取某放化实验室存在放射性污染的通风管道,切割成适当大小,用于干冰喷射去污验证实验。
1.2 仪器设备
干冰制造系统-主要设备干冰制造机(干冰造粒机、干冰制粒机)干冰产量大于30 kg/h,可制备直径为3、4和5 mm 的干冰颗粒,由干冰制造机(干冰造粒机干冰制粒机)和杜瓦瓶组成。干冰喷射去污系统-主要设备干冰喷射器(干冰清洗机、洗模机):最大喷射压力0.8 MPa,包括螺杆空压机、储气罐、气体过滤器、冷冻干燥机及干冰清洗机(干冰喷射器、洗模机)。干冰去污密闭实验箱:配备步进电机,带动喷嘴作一维平移运动,行走速度、靶距、入射角度可调。空气净化装置:JPZ-50o型高效净化小车,中国辐射防护研究院研制,通过管道与干冰去污密闭实验箱相连,净化实验箱内气体。表面污染测量装置:FJ-22O7型表面污染测量仪,262厂,仪器效率为35%。
干冰喷射去污实验系统示意图如图1所示。
 图1 干冰喷射去污实验系统
1.3 实验方法
考虑到喷射去污影响因素的复杂性,设计实验方法时仅使要考察的参数改变,而其他参数保持不变,即采用单一因素法。实验主要考察各去污参数对金属表面油漆涂层的去除效果的影响,包括系统压力、靶距、喷嘴行走速度、入射角度及干冰颗粒直径等。去除质量用计量检定合格并处于有效检定周期内的电子天平(精度为0.01g)称量,靶距用游标卡尺测量5次后取平均值。去污前后样品表面比活度用表面污染测量仪测量5次后取平均值。去污过程中对产生气溶胶进行取样和测量。
结果与讨论
2.1 喷嘴行走速度对防锈漆去除量影响
当喷射靶距为25mm、入射角度为90°(垂直),行走速度在3.1~18.8mm/s之间时,考察了喷嘴行走速度对去除风管表面防锈漆效果的影响规律,结果示于图2。实验结果表明,随着喷嘴行走速度的增加,对于防锈漆的去除质量呈下降趋势,可能是由于行走速度加快致使喷射干冰还未达到较好去除防锈漆的效果,喷嘴已行走至下一处。
 图2 喷嘴行走速度与防锈漆去除质量的关系
2.2 靶距对去除风管表面防锈漆效果影响
当喷嘴的平移速度为15.6 mm l/s、入射角度为90°(垂直),靶距为5~3O mm时考察了靶距对去除风管表面防锈漆效果的影响规律,结果示于图3。实验结果表明,当靶距在5~30 mm范围内变化时,随着靶距的增加,对防锈漆的去除质量先增加,当靶距达20mm时,对防锈漆的去除质量达到最大值,尔后靶距继续增加,防锈漆的去除质量呈下降趋势。
 图3 靶距与去除风管表面防锈漆质量关系曲线
2.3入射角度对干冰喷射去除风管表面防锈漆影响
当靶距为20mm,行走速度为9.4 mm/s,入射角度在54°~90°范围内变化时,考察了干冰对风管表面防锈漆去除的效果,结果示于图4。实验结果表明,在54°~90°范围内,随着入射角度的增加,去除风管表面防锈漆的质量先随之增加,当角度达8O°时,去除质量达到最大值,之后随着角度的继续增加,去除质量则呈下降趋势。因此,入射角度为8O°时,干冰喷射去除风管表面防锈漆效果最佳。
 图4 入射角度对于冰喷射去除风管表面防锈漆影响
2.4 去污速度
采用实验获得的最佳去污参数对风管进行防锈漆去除速度实验。实验结果表明,采用约300 g的干冰颗粒去除风管表面的防锈漆用时40s,去除防锈漆面积为69.6 cm ,由此可计算出实验条件下,干冰喷射去除防锈漆涂层速度为0.6m2/h。
2.5 干冰颗粒直径与防锈漆去除量关系
采用3、4、5mm直径的干冰颗粒对风管表面的防锈漆进行去污实验,结果示于图5。可见,相同条件下随着干冰颗粒直径的增大,每100g干冰颗粒去除防锈漆的面积减小。因此,去除金属表面防锈漆推荐使用直径为3mm的干冰颗粒。
 图5 干冰颗粒直径对去除防锈漆的影响
2.6 放射性污染通风管道去污
先对某放化实验室拆卸下来的污染通风管道进行表面污染测量,同时进行擦拭取样,确定其表面污染为a污染。采用干冰喷射方法对其进行去污,对去污后的通风管道再次进行表面污染测量和擦拭取样,从而计算干冰喷射去污效率。去污前后表面污染水平测量结果列于表1,擦拭取样分析测量结果列于表2。去污结果表明,对于风管表面较为平整的部分,去污效果较好,去污后表面污染水平达到或接近清洁解控水平;而对于存在褶皱的部分,去污效果稍差,去污后表面污染水平约为0.4 Bq/cm2;对于采用气体热切割过的风管边缘部分,存在烧焦的痕迹,放射性污染也因此与风管基材结合更为紧密,去污后表面污染水平约为1Bq/cm2。擦拭取样后对样品进行分析测量的结果显示,干冰喷射去污效率较为理想,对风管的平均去污效率大于95%。且经去污后,擦拭物中放射性活度均为本底水平,说明污染部件表面的松散污染已基本去除干净,表面污染测量所得到的污染部件表面依然留存的放射性污染为固定性污染,与基材结合较为紧密或已迁移至基材里层。
表1 去污前后风管表面污染水平测量结果
 表2 风管去污前后擦拭取样测量结果
3 结论
采用干冰喷射清洗去污技术去除通风管道表面防锈漆涂层时,防锈漆去除质量随喷嘴行走速度的增加而下降;在5~30mm范围内的最佳靶距为2Omm;在54°~90°(90°时为垂直喷射)范围内的最佳入射角度为8O°;干冰颗粒直径为3 mm时去除防锈漆效果较好;干冰喷射去除通风管道表面防锈漆速度可达0.6 m2/h;对于某放化实验室较为平整的污染通风管道去污效果较好,去污后可达到或接近清洁解控水平;存在褶皱的部分,去污效果稍差;与风管基材结合更为紧密的污染较难去除;对该批风管表面松散污染去污效率可达95%以上。

 
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