秦山30萬機(jī)組01#廠房輻射監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用及可行性改進(jìn)

初德月

【摘 要】本文主要是以秦山一期30萬機(jī)組01#廠房內(nèi)輻射監(jiān)測系統(tǒng)作為背景，同時結(jié)合國內(nèi)其他機(jī)組目前所采用的相關(guān)輻射監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行一個優(yōu)良性對比，并對其運行工況進(jìn)行介紹和分析;再通過近幾年來的監(jiān)測數(shù)據(jù)和事件報告作為相關(guān)依據(jù)，分析當(dāng)下輻射監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況的原因，并針對輻射監(jiān)測系統(tǒng)已發(fā)現(xiàn)的問題提出可行性改進(jìn)建議，為秦山一期30萬機(jī)組的穩(wěn)定運行提供安全保障。

【關(guān)鍵詞】秦山30萬機(jī)組01#廠房;輻射監(jiān)測系統(tǒng);可行性改進(jìn);監(jiān)測儀

中圖分類號： TM623.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0086-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.042

1 簡介

隨著國內(nèi)提出積極發(fā)展核電的政策，核能作為一種清潔、安全、經(jīng)濟(jì)的能源得到了廣泛的應(yīng)用，但由于核電的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的核輻射，進(jìn)而為核能的大力推廣與發(fā)展帶來了一定的阻礙，尤其是在2011年3月福島核事故后，核安全監(jiān)管部門對核電廠放射性水平監(jiān)測的可靠性和功能性提出了更高要求。為此，在2012年5月，國務(wù)還正式發(fā)布《核安全與放射性污染防治“十二五”規(guī)劃及2020 年遠(yuǎn)景目標(biāo)》的相關(guān)文件，其中這樣描述：“保證在所有運行狀態(tài)下核動力廠內(nèi)的輻射照射或由于該核動力廠任何計劃排放放射性物質(zhì)引起的輻射照射保持低于規(guī)定限值并且合理可行盡量低，保證減輕任何事故的放射性后果?！盵1]

那么，核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)就是達(dá)到輻射防護(hù)目標(biāo)的重要系統(tǒng)和技術(shù)保障。根據(jù)“10CFR20、NUREG-0800、RG1.97、HAF002、HAF003等相關(guān)規(guī)定，為了保障核電廠周圍環(huán)境的輻射安全， 將放射性污染降到最低水平， 核電廠必須設(shè)置固定式輻射監(jiān)測系統(tǒng)， 并且必須使輻射監(jiān)測儀表量程始終包含被測樣品的活度濃度值， 以向操作人員提供放射性物質(zhì)防護(hù)屏障是否出現(xiàn)問題的信息。[2-6]所以，輻射監(jiān)測系統(tǒng)的安全可靠性對于確保核電站廠的安全運行是相當(dāng)重要的。

2 輻射監(jiān)測儀表比較

核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測儀表有很多種類，監(jiān)測儀的安全可靠性對于確保核電廠的安全穩(wěn)定運行是非常重要的，本文主要以下述兩類型輻射監(jiān)測的運行情況為例進(jìn)行分析和比較。

（1）氣載放射性監(jiān)測。

（2）區(qū)域γ劑量率監(jiān)測。

2.1 氣載放射性監(jiān)測

氣載放射性指由空氣或其他氣體介質(zhì)所載帶的放射性物質(zhì)， 通常是放射性氣溶膠、碘和放射性氣體的總稱。這里僅以惰性氣體監(jiān)測儀和PING監(jiān)測儀為例，對國內(nèi)外輻射監(jiān)測設(shè)備供貨商提供的典型設(shè)備的主要性能進(jìn)行了比較， 見下表1和表2。

2.2 區(qū)域γ劑量率監(jiān)測

區(qū)域γ監(jiān)測系統(tǒng)是核電廠輻射監(jiān)測的重要組成部分之一，系統(tǒng)正常運行時監(jiān)測廠房內(nèi)可能存在高γ放射性區(qū)域的γ放射性水平，并在γ放射性水平超標(biāo)時產(chǎn)生報警。

近兩年的測量數(shù)據(jù)表明， 這些儀表工作基本正常， 顯示的多是本底數(shù)據(jù)。這里僅以電離室監(jiān)測儀和G-M計數(shù)管監(jiān)測儀為例，國內(nèi)外輻射監(jiān)測設(shè)備供貨商的典型區(qū)域γ監(jiān)測儀的性能比較見表3。

通過表1-表3的比較可以得出以下結(jié)論：

（1）對于不同的測量對象， 國外供貨商提供的設(shè)備類別遠(yuǎn)多于國內(nèi)供貨商，尤其是一些關(guān)鍵的輻射監(jiān)測儀表（如PING 監(jiān)測儀、用于LOCA工況的區(qū)域γ監(jiān)測儀等），由于國內(nèi)的設(shè)備技術(shù)還尚未成熟，我國已運行的核電廠大多數(shù)都還依賴于國外供貨商提供的設(shè)備。

（2）對于相同的測量對象，國外供貨商能夠提供多種類型探測器構(gòu)成的監(jiān)測儀， 而國內(nèi)供貨商提供的設(shè)備類型相對單一。

（3）國外供貨商提供的設(shè)備大多是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，其安全級儀表的設(shè)備鑒定條件能夠符合絕大多數(shù)核電廠的運行條件，而國內(nèi)供貨商提供的設(shè)備，其性能適應(yīng)性具有局限性。

（4）各供貨商設(shè)備的測量范圍和能量響應(yīng)也都不盡相同，同時設(shè)備的測量誤差也有差別，國內(nèi)產(chǎn)品的測量誤差相對高于國外產(chǎn)品。

3 異常數(shù)據(jù)描述與分析[8]

本文僅以秦山30萬機(jī)組01#廠房輻射監(jiān)測系統(tǒng)作為相關(guān)依據(jù)，進(jìn)行分析如下：

秦山30萬機(jī)組R02系統(tǒng)I通道測量數(shù)據(jù)異常變化。

（1）事件描述：2013年7月21日、8月15日、8月24號，R02系統(tǒng)I通道出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常。根據(jù)輻射監(jiān)測系統(tǒng)工控機(jī)記錄的歷史數(shù)據(jù)，剔除因更換P通道過濾紙/I通道過濾盒造成通道測量結(jié)果平衡前的短時數(shù)據(jù)升高外，R02系統(tǒng)/R27系統(tǒng)在是7-8月出現(xiàn)堆頂A通道B通道、PIG的P通道和I通道共五次數(shù)據(jù)異常，情況如下。

7月12日，17：21～17：39 I通道數(shù)據(jù)上升，之后17：39～17：50，P通道數(shù)據(jù)上升，到達(dá)高報狀態(tài)。7月21日9：08～10：37，I通道數(shù)據(jù)上升;8月2號00：53～01：03，R27堆頂A通道數(shù)據(jù)上升;10：00～10：40，P通道和I通道數(shù)據(jù)上升，且P通道數(shù)據(jù)到達(dá)高報狀態(tài)。

2013年8月15號6：11分開始，I通道數(shù)據(jù)異常升高，之后曾波動狀態(tài);10：37～10：42，P通道亦出現(xiàn)短時的異常升高。8月24日6：43～8：15，I通道數(shù)據(jù)異常升高，之后數(shù)據(jù)曾現(xiàn)波動狀態(tài)。

（2）事件分析。

1）R02/R27系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)與物理分析（多道譜儀的核素分析）結(jié)果的比較。

根據(jù)運行堆積的要求，運行人員在發(fā)現(xiàn)R02/R27系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)異常時均安排了保健物理處的物理分析人員對氣溶膠取樣濾紙/或I過濾盒進(jìn)行了多道譜儀的核素分析，結(jié)果均為主要放射性核素低于探測限。

由于堆頂A通道B通道、PIG的P通道和I通道這四個通道測量原理接近，采取的是邊采樣邊測量，在測量周期ΔT（2S）內(nèi)測得的計數(shù)增量為ΔN換算成測量濃度，響應(yīng)速度快且靈敏度極高，對樣品中是否存在放射性物質(zhì)給出定性的判斷。而離線采用多道譜儀對氣溶膠取樣濾紙/或I過濾盒進(jìn)行核素分析對樣品中的放射性物質(zhì)給出定量的分析，但受樣品本底計數(shù)、取樣后的積分效應(yīng)的影響，對取樣氣體中出現(xiàn)的少量放射性物質(zhì)無法給出正確的結(jié)論。這一點從電廠歷次的壓力邊界泄漏事件中均得到了驗證。

2）R02/R27系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)異常的分析。

I、首先對于單個P通道數(shù)或者單個堆頂通道（A或者B）數(shù)據(jù)升高來說，不排除是管道沉積物的可能。

II、對于I通道來說，結(jié)合以往測量數(shù)據(jù)，出現(xiàn)儀器本身原因?qū)е聰?shù)據(jù)異常升高的可能性較小。

III、根據(jù)以往歷史PIG系統(tǒng)對放射性物質(zhì)的測量圖形上來看對于7月12號，8月2號，P通道和I通道數(shù)據(jù)幾乎同步升高，且有達(dá)到高報狀態(tài)。這說明PIG系統(tǒng)從取樣口抽到了放射性物質(zhì)。在8月2號不同時R27A通道、P通道、I通道有數(shù)據(jù)異常應(yīng)引起關(guān)注。

IV、經(jīng)查閱CEAS 7月8月歷史工單，堆頂兩個通道數(shù)據(jù)同時上升都是發(fā)生在堆頂管路沖洗完成之后的時間點。所以7月11號，7月25號，8月22號，堆頂?shù)腁通道和B通道數(shù)據(jù)曲線同時上升是因為管路沖洗完成重新抽取01#廠房氣體的原因，這屬于正常的現(xiàn)象。

（3）分析結(jié)論：通過這段時間內(nèi)這四個通道測量數(shù)據(jù)的分析，可以得出如下結(jié)論：R02系統(tǒng) P通道和I通道的測量數(shù)據(jù)異常表明在取樣點曾經(jīng)出現(xiàn)過與反應(yīng)堆廠房空氣正常本底有差異的放射性異常。

4 秦山一期30萬機(jī)組01#廠房輻射監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)建議

4.1 存在的問題

秦山一期30萬機(jī)組輻射監(jiān)測儀絕大多數(shù)由國內(nèi)供貨商提供，其中國產(chǎn)儀表當(dāng)下存在的問題有：A、國內(nèi)制造廠家缺乏總體設(shè)計、成套設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的能力;B、國內(nèi)設(shè)備制造與國外成熟技術(shù)存在差異;C、國內(nèi)輻射監(jiān)測系統(tǒng)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。

（1）通過與其他機(jī)組的輻射監(jiān)測儀相比較，PIG監(jiān)測儀的性能略低于13N和氚監(jiān)測儀。

（2）氣溶膠取樣管路的設(shè)計，如若有過多的彎頭和較長的水平管路，將會容易產(chǎn)生沉積物進(jìn)而導(dǎo)致儀表誤報警。

（3）測量數(shù)據(jù)傳送到輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機(jī)時，國外某公司的PIG監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)是通過模擬信號進(jìn)行傳輸?shù)?，而其他監(jiān)測儀則是通過數(shù)據(jù)通訊進(jìn)行傳輸。如果上述異常測量數(shù)據(jù)來自輻射監(jiān)測專用計算機(jī)，那么這些異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生也很可能是由于在通訊過程中或是專用計算機(jī)的應(yīng)用軟件出現(xiàn)偶發(fā)故障引起的。

4.2 改進(jìn)建議

（1）對于國產(chǎn)設(shè)備存在的一系列問題，雖然目前技術(shù)還處于研究開發(fā)階段，但與此同時，在2006 年年初， 國務(wù)院發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》[9-10]，通過這一點可以看出，政府要堅持市場競爭和政策引導(dǎo)相結(jié)合， 加大對核電國產(chǎn)化政策的扶持力度。所以今后的核電廠在推行國產(chǎn)化設(shè)備的建設(shè)上是未來發(fā)展的一條必由之路，但對于我們30萬機(jī)組的老電廠而言，由于技術(shù)上的狹隘性，從各方面不得不考慮是否還是需要依靠國外設(shè)備來維持一定的穩(wěn)定運行。

（2）在系統(tǒng)管路布置的設(shè)計中， 凡是涉及微塵取樣的管道， 應(yīng)盡可能縮短水平管道段的長度，彎頭的數(shù)量在滿足使用條件下做得盡可能少，以減少微塵在水平管道段和彎頭的內(nèi)管壁上的沉積損失，提高微塵（氣溶膠）的貫穿率。

（3）在集控設(shè)備的選用過程中，應(yīng)根據(jù)《核電廠安全有關(guān)計算機(jī)軟質(zhì)量保證細(xì)則》、《核電廠安全系統(tǒng)計算機(jī)軟件》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對儀表的應(yīng)用軟件研制提出檢驗和確認(rèn)的要求，特別是1E級儀表應(yīng)用軟件的要求，以確保儀表在運行過程中的安全可靠性。

5 結(jié)語

輻射監(jiān)測系統(tǒng)在確保核電廠的安全運行和電廠工作人員及周圍居民免受超劑量輻照等方面發(fā)揮著重要作用，同時作為數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的一個專設(shè)系統(tǒng)，其重要性不言而喻。通過上述分析，可以看出，目前秦山30萬機(jī)組各類儀表還存在諸多缺陷和問題，很有必要從提高靈敏度、儀表數(shù)字化等方面進(jìn)行改進(jìn)，以整體提升儀表的測量技術(shù)水平、有效地提高儀表的運行穩(wěn)定性和可靠性。

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[8]秦山一期事件報告/經(jīng)驗反饋

Qinshan an incident report / experience feedback

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