“華龍一號”核島衛(wèi)生出入口優(yōu)化設計

秦文超,夏永震,李 剛,王 欣,黃 鴻

(1.中國核電工程有限公司,北京 100840;2.福建福清核電有限公司,福建 福州 350300)

核島廠房衛(wèi)生出入口是核電廠中工作人員輻射防護及劑量監(jiān)測的重要設施之一，各堆型核電特點不同。原M310堆型的核電廠的核島衛(wèi)生出入口主要參照參考電站進行設計。隨著相關(guān)標準規(guī)范的頒布、放射性污染監(jiān)測設備的發(fā)展，結(jié)合近年來在衛(wèi)生出入口設計、輻射監(jiān)測設備安裝調(diào)試、用戶運行的經(jīng)驗總結(jié)，為體現(xiàn) “華龍一號”作為新一代核電設計的先進理念，開展了核島廠房衛(wèi)生出入口設計優(yōu)化，以使核電廠核島控制區(qū)出入控制及管理更加合理、流暢、便利、高效，符合標準規(guī)范及業(yè)主的實際運行管理需求。

本文簡要介紹了M310堆型核島衛(wèi)生出入口設計方案，分析了用戶需求及以往工程中暴露的設備問題，給出了 “華龍一號”核島廠房衛(wèi)生出入口方案和進出控制流程，詳細說明了 “華龍一號”核島衛(wèi)生出入口在控制流程、通道設置、設備管理、用戶運行管理需求等方面的優(yōu)化分析及設計成果情況。

1 M310堆型核島衛(wèi)生出入口方案簡介

M310堆型的核島廠房衛(wèi)生出入口分為兩個部分，正常運行期間衛(wèi)生出入口和大修期間衛(wèi)生出入口。前者一般為兩臺機組共用，設置在電氣廠房，男女通道分別設置;后者為單臺機組使用，設置專用的停堆檢修更衣室，僅設置男性工作人員衛(wèi)生通道 (見圖1)。

圖1 某M310堆型核電工程核島廠房衛(wèi)生通道分布示意圖Fig.1 The distribution of the controlled area access of some M310 NPP

2 用戶經(jīng)驗反饋與需求分析

2.1 用戶經(jīng)驗反饋

為更好開展 “華龍一號”核島廠房衛(wèi)生出入口設計，通過多次征求用戶經(jīng)驗反饋、開展專題交流會等方式對用戶在衛(wèi)生出入口現(xiàn)存的進出流程問題、設備運行維護維修問題、廠房配套條件設計問題等進行了充分的交流討論和問題梳理，對 “華龍一號”進行問題排查，共排查11項問題，避免類似問題再次出現(xiàn)。

2.2 人員快速通道

根據(jù)核電運行經(jīng)驗，核電廠運行期間將有較多從事低輻射風險活動的人員進入核島輻射控制區(qū)，包括核電廠的管理巡視人員、安全檢查人員、簡易維修人員，以及外單位的監(jiān)督檢查人員、視察參觀人員。從事低輻射風險活動人員的特點為，進入輻射控制區(qū)的停留時間較短，擬進入?yún)^(qū)域的污染水平低，沾污可能性較小。為優(yōu)化輻射控制區(qū)進出管理，確保上述人員進出核島輻射控制區(qū)得到有效控制及輻射防護的前提下，能夠高效快速進出核島輻射控制區(qū)，在核島廠房衛(wèi)生出入口設置人員快速通道。

通過多次的方案比對分析，最終確定人員快速通道方案。該通道與大修期間衛(wèi)生通道緊鄰，不分男女，設置了電子個人劑量計 (EPD)、入口三角閘門和入口劑量計讀出器、C1門、出口三角閘門和讀出劑量計讀出器等設備。

只有停留時間較短、擬進入?yún)^(qū)域污染水平低的人員才能使用該通道，對于需要進入高輻射區(qū)或在控制區(qū)需要停留時間較長的參觀人員，仍需通過正常衛(wèi)生出入口進出核島廠房控制區(qū)，以更好的實現(xiàn)人員輻射防護及放射性沾污控制的目標。人員快速通道的使用受到相關(guān)管理部門的嚴格管理，只有被管理部門允許的情況下方能使用該通道進出輻射控制區(qū)。

3 設備問題分析及優(yōu)化設計

“華龍一號”工程是第三代核電技術(shù)，為體現(xiàn)核島衛(wèi)生出入口在設計上的先進性和創(chuàng)新性，一方面結(jié)合相關(guān)設備的新發(fā)展和新技術(shù)，一方面結(jié)合在以往工程中的衛(wèi)生出入口設計及設備配備、采購、安裝調(diào)試方面積累的諸多經(jīng)驗，在華龍一號核島衛(wèi)生出入口設備控制及數(shù)據(jù)管理方面開展了多項優(yōu)化設計。

3.1 人員進出閘門設計優(yōu)化

為保證僅授權(quán)工作人員方可進入控制區(qū)，在衛(wèi)生出入口的入口須設置入口閘門。部分在建和運行電站采用了柵欄門作為入口閘門。該方式成本較高，且有用戶反饋柵欄門經(jīng)常出現(xiàn)自身故障、與入口劑量計讀出器通信失敗導致授權(quán)判斷結(jié)果錯誤等問題。通過市場調(diào)研及技術(shù)發(fā)展、與具有較多國內(nèi)外同類項目執(zhí)行經(jīng)驗的設備廠商進行溝通，本文提出采用三角閘門替換柵欄門的方案。該方式既可保證有效控制人員進出，又可降低成本、降低運行期間的故障率。

3.2 小物件測量設備設計優(yōu)化

安全帽是進入核島輻射控制區(qū)的必須佩戴的安全防護物件，使用頻率較高。根據(jù)運行經(jīng)驗，安全帽相對其他小物件更易發(fā)生沾污，它與工作人員直接接觸，是工作人員輻射防護重點關(guān)注的物品之一。在以往的工程設計中，衛(wèi)生出入口的進出流程上并未考慮安全帽的領取和存放空間的布設及用房、且未設置專用沾污測量設備。

為此，在 “華龍一號”核島廠房衛(wèi)生出入口工藝流程設計增加安全帽存、取、測的流程設置，進行了合理的房間布設，增設了安全帽污染監(jiān)測儀，專門用于對工作人員在控制區(qū)內(nèi)使用過的安全帽進行沾污測量，防止被污染過的安全帽再次被使用。通過該優(yōu)化設計，方便工作人員存取安全帽，避免人員滯留或繞路。安全帽采用輻射工作人員定期測量的方式，也簡化工作人員退出衛(wèi)生出入口的流程。

3.3 控制區(qū)出口邊界設備控制設計優(yōu)化

在目前衛(wèi)生出入口的離開通道上，普遍將出口劑量計讀出器與C2門聯(lián)動進行控制。C2門既作為表面污染沾污測量設備，又作為控制區(qū)出口邊界閘門，即由C2門控制人員離開，C2門的開啟由出口劑量計讀出器觸發(fā)。采用此種控制方式，C2門需完成離開控制區(qū)人員的沾污判斷進而控制人員離開，出口劑量計讀出器需完成EPD劑量信息讀出和數(shù)據(jù)上傳，此外C2門及出口劑量計讀出器之間還需進行復雜的信息交互和邏輯判斷，C2門與出口劑量計讀出器間的邏輯關(guān)系時序圖見圖2。

對于某一工程，C2門及出口劑量計讀出器因工程采購特點可能為不同生產(chǎn)廠家，采用此類邏輯控制關(guān)系，需不同供貨商彼此的設備接口協(xié)調(diào)，修改自身設備的接口及邏輯判斷方式。即使兩類設備屬于同一供貨商，設備間的邏輯判斷仍不可避免。在若干工程項目里，這兩類設備的安裝調(diào)試及運行中，故障問題較多，問題主要集中在C2門與出口劑量計讀出器之間的邏輯判斷出現(xiàn)問題。設計人員、采購人員、現(xiàn)場安裝調(diào)試人員、運行人員均需投入較多的人力及物力解決出現(xiàn)的問題，目前仍有個別工程多次處理但尚未較好解決。

如果在 “華龍一號”工程中仍采用該設計，后續(xù)安裝調(diào)試及運行時仍存在上述風險。為避免上述問題，在確?？刂茀^(qū)出口邊界有效控制的情況下，進行了設備控制邏輯優(yōu)化。本文采用增加出口閘門的方式，出口劑量計讀出器與C2門分離，兩者不再聯(lián)動，而是將出口劑量計讀出器設置在出口閘門上。此時，C2門僅作為污染控制的表面污染監(jiān)測設備，去掉邊界控制功能。邊界控制功能由新增設備種類——出口三角閘門實現(xiàn)。一旦EPD信息通過出口劑量計讀出器成功上傳遠端的服務器后，即可觸發(fā)打開出口閘門，允許人員離開。C2門、出口劑量計讀出器、出口閘門之間的邏輯關(guān)系見圖3。

圖2 C2門與出口劑量計讀出器間的邏輯關(guān)系時序圖Fig.2 The logical diagram of C2 portal and exit dosimeter reader

圖3 優(yōu)化后C2門、出口劑量計讀出器、出口閘門之間的邏輯關(guān)系圖Fig.3 The logical diagram of C2 portal，exit dosimeter reader and exit tripod after optimization

通過該措施，C2門與出口劑量計讀出器不再有數(shù)據(jù)信號關(guān)聯(lián)，有效避免了復雜的設備間接口，免去了在不同供貨商設備之間的數(shù)據(jù)接口開發(fā)設計及調(diào)試問題，使得設備間的邏輯時序關(guān)系大大簡化。

4 “華龍一號”核島衛(wèi)生出入口優(yōu)化設計方案

根據(jù)本文第2～4節(jié)，通過對M310堆型核島衛(wèi)生出入口方案分析，結(jié)合用戶經(jīng)驗反饋及新要求，重點分析以往工程項目中暴露的設備問題，最終形成華龍一號核島廠房衛(wèi)生出入口優(yōu)化設計方案，示意圖見圖4和圖5。

華龍一號核島衛(wèi)生出入口設置在人員通行廠房內(nèi)，單堆布置。分為正常運行期間衛(wèi)生通道、大修期間衛(wèi)生通道、人員快速通道。其中正常運行期間衛(wèi)生通道位于人員通行廠房-4.300 m層，男女通道分別設置，用于核電廠自身輻射工作人員使用;大修期間衛(wèi)生通道位于0.000 m層，僅設置男性工作人員衛(wèi)生通道，用于大修期外包單位輻射人員使用;人員快速通道亦設置在0.000 m層，緊鄰大修期間衛(wèi)生通道，不分男女，用于低輻射風險人員使用。

通過用戶經(jīng)驗反饋及用戶交流，在華龍一號核島衛(wèi)生出入口設計中，避免用戶在以往工程中出現(xiàn)的若干運行問題再現(xiàn)。

通過人員快速通道的設置，在進出可控的前提下低輻射風險活動人員快速進出核島輻射控制區(qū)，同時減少了放射性固體廢物的產(chǎn)生，且避免給日常生產(chǎn)人員進出核島控制區(qū)造成影響。人員快速通道獨立于其他衛(wèi)生通道，可單獨進行管理。用戶可根據(jù)需求鎖閉該通道，防止其他人員未經(jīng)授權(quán)通過此通道進入核島輻射控制區(qū)。該設計優(yōu)化有利于電廠人員的輻射安全管理，對電廠核與輻射安全無負面影響。需要說明的是，人員快速通道的運行需嚴格執(zhí)行營運部門的制定的專用管理制度。

通過以往工程設備問題分析進行了設備控制優(yōu)化設計，包括:

1)通過將出口劑量計讀出器與C2門分離，新增了出口三角閘門，在使得人員離開控制區(qū)得到有效控制的前提下，避免了C2門與出口劑量計讀出器間的復雜控制邏輯關(guān)系，簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了通行效率，利于系統(tǒng)運行;降低了設備故障概率，利于業(yè)主日常運行維護。

2)新增安全帽存、取、測流程及房間面積分配，并新增安全帽污染監(jiān)測儀，方便工作人員存取安全帽，避免人員滯留或繞路，對于相對易沾污物件設置了針對性測量設備，有利于工作人員輻射防護。

3)利用三角閘門作為出入控制閘門，在保證人員進出有效控制的前提下，一定程度上降低了系統(tǒng)成本及故障率。

圖4 “華龍一號”核島廠房衛(wèi)生出入口正常運行期間衛(wèi)生通道簡圖Fig.4 The layout of the common controlled area access of the nuclear island of HPR1000

圖5 “華龍一號”核島廠房衛(wèi)生出入口大修期間衛(wèi)生通道及人員快速通道簡圖Fig.5 The layout of the fast access and the controlled area access of the nuclear island of HPR1000 during overhaul

5 結(jié) 論

通過上述分析及優(yōu)化工作，使得核電廠核島廠房衛(wèi)生出入口的出入控制及管理更加合理、流暢。各功能房間布置位置、面積分配更加合理，設備種類配備及邏輯控制關(guān)系更加便于運行，可有效滿足用戶的實際運行管理需求。其中，人員快速通道的設置在國內(nèi)尚屬首例，建議結(jié)合 “華龍一號”示范工程運行后的經(jīng)驗逐步推廣至其他核電項目中。

本文的設計優(yōu)化成果已經(jīng)在 “華龍一號”示范工程福建福清5、6號機組的核島廠房衛(wèi)生出入口中實施。在其他 “華龍一號”在建項目、其他堆型核島衛(wèi)生出入口設計中均采用了全部或部分優(yōu)化成果。經(jīng)過適應性修改，可進一步應用在其他類型核設施的衛(wèi)生出入口設計中。