大型輻照后檢驗熱室研究設(shè)施調(diào)試管理

王華才 韓華 黃英 湯琪 李顯華 梁政強(qiáng)

(中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

0 引言

大型輻照后檢驗熱室設(shè)施(以下簡稱“熱室”)主要用于輻照后材料和燃料的檢驗。熱室建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及從方案設(shè)計到項目竣工的全生命周期管理。熱室調(diào)試作為項目竣工的重要環(huán)節(jié)，需要對構(gòu)筑物、全系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，主要包括：檢驗設(shè)施的設(shè)計、建造和安裝質(zhì)量；對系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行性能考驗，驗證系統(tǒng)及設(shè)備技術(shù)指標(biāo)；制定合理的運(yùn)行限值和運(yùn)行方式；制定相應(yīng)的運(yùn)行文件。

基于此，本文以熱室為研究對象，結(jié)合項目管理理念與方法，從調(diào)試計劃管理、調(diào)試文件管理、調(diào)試前置工作管理、接口管理以及實施過程管理5個方面展開分析，以期為類似項目調(diào)試管理提供參考。

1 熱室調(diào)試系統(tǒng)及特點(diǎn)

1.1 熱室調(diào)試系統(tǒng)

中國原子能科學(xué)研究院新建的大型熱室總占地面積約6000m2，能夠檢驗多種堆型、不同尺寸燃料棒和結(jié)構(gòu)部件輻照性能。熱室分為主工藝系統(tǒng)、工藝運(yùn)輸系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。

1.1.1 主工藝系統(tǒng)

主工藝系統(tǒng)是整個熱室系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心，分為燃料檢驗線、微觀分析線和力學(xué)性能分析線。其中，燃料檢驗線具備燃料組件和燃料棒的接收、檢查、解體，燃料棒的非破壞性檢驗，燃料棒的切割，樣品制備、儲存和再組裝等功能；微觀分析線具備微觀樣品接收、燃料及包殼材料的微觀結(jié)構(gòu)分析等功能；力學(xué)性能分析線具備包殼及結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能測試功能。

1.1.2 工藝運(yùn)輸系統(tǒng)

工藝運(yùn)輸系統(tǒng)是整個熱室系統(tǒng)的連接點(diǎn)，主要實現(xiàn)核電站、廠內(nèi)乏燃料棒的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及熱室內(nèi)樣品、固體廢物和設(shè)備的轉(zhuǎn)運(yùn)。

1.1.3 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)是整個熱室系統(tǒng)的基礎(chǔ)，分為9個子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)保障主工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行和各項功能的實現(xiàn)。

1.2 熱室調(diào)試特點(diǎn)

熱室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、主要設(shè)備數(shù)量龐大、調(diào)試工作量巨大，整個調(diào)試過程面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如核調(diào)試前置條件復(fù)雜、調(diào)試項目存在交叉以及非核和核調(diào)試管理難度大等。

2 熱室設(shè)施調(diào)試管理

2.1 調(diào)試計劃管理

大型輻照后檢驗熱室設(shè)施的調(diào)試階段分為非核調(diào)試階段和核調(diào)試階段。其中，非核調(diào)試階段是指以冷樣品(非放射性)為對象開展的一系列調(diào)試工作，包括單系統(tǒng)調(diào)試和綜合冷調(diào)試；核階段熱調(diào)試為帶料調(diào)試，指放射性材料進(jìn)入熱室設(shè)施開展的一系列調(diào)試工作，包括熱室屏蔽試驗和熱室?guī)Я险{(diào)試。

由于熱室建設(shè)工程復(fù)雜、接口眾多且建設(shè)和調(diào)試周期緊張，后期面臨施工和調(diào)試同時進(jìn)行的問題。為了在保證施工質(zhì)量和進(jìn)度的前提下加強(qiáng)對調(diào)試的進(jìn)程控制，急需對熱室調(diào)試計劃進(jìn)行規(guī)劃和管理。

根據(jù)熱室調(diào)試周期表(表1)，完成主工藝系統(tǒng)試驗項目需要777天。其中，工藝運(yùn)輸系統(tǒng)項目需要169天，輔助系統(tǒng)項目需要652天。因此，必須采用非關(guān)鍵路徑工作并行作業(yè)方式，壓縮調(diào)試工期。同時，由于熱室調(diào)試過程分為多個階段，存在交叉進(jìn)行的項目。例如，在非核調(diào)試階段，通常在單系統(tǒng)全部調(diào)試完成后才開始綜合冷調(diào)試。但是，為了保證調(diào)試進(jìn)度，綜合冷調(diào)試階段某項主工藝檢驗試驗在系統(tǒng)調(diào)試階段相應(yīng)設(shè)備調(diào)試完成且具備單獨(dú)運(yùn)行條件后，輔助系統(tǒng)同時滿足運(yùn)行條件的情況下才可進(jìn)行。雖然交叉調(diào)試對于整個綜合冷調(diào)試階段的連貫性以及模擬實際運(yùn)行工況有一定影響，但是能夠保證進(jìn)行綜合冷調(diào)試階段某項主工藝檢驗試驗時，熱室運(yùn)行相關(guān)輔助系統(tǒng)正常投入運(yùn)行。此外，由于某些設(shè)備(如容器、電子探針等)到貨較晚，可能存在其他系統(tǒng)或設(shè)備已進(jìn)入核調(diào)試階段，而該設(shè)備才開始進(jìn)行調(diào)試的情況。但這些設(shè)備并不影響其他系統(tǒng)或設(shè)備調(diào)試效果，因此，在整個調(diào)試計劃中可以將其單獨(dú)列出進(jìn)行調(diào)試。

綜上所述，在不影響調(diào)試結(jié)果的前提下，將熱室調(diào)試工期盡可能地壓縮或提前，可有效保證熱室建設(shè)項目里程碑節(jié)點(diǎn)的完成。

表1 熱室調(diào)試周期表

(續(xù))

2.2 調(diào)試文件管理

熱室調(diào)試必須遵守經(jīng)過審批的書面文件，因此，在整個調(diào)試過程中應(yīng)制定相應(yīng)的調(diào)試文件，以保障調(diào)試工作的順利進(jìn)行。

在調(diào)試開始前，編制《熱室調(diào)試總大綱》(以下簡稱《總大綱》)，用于指導(dǎo)熱室建設(shè)項目開展調(diào)試工作；根據(jù)《總大綱》，各系統(tǒng)制定了《系統(tǒng)調(diào)試大綱》，詳細(xì)描述了在系統(tǒng)需要進(jìn)行的試驗項目、需要驗證的內(nèi)容和系統(tǒng)驗收準(zhǔn)則等。同時，制定了《調(diào)試管理程序》，作為實施各項調(diào)試活動的文件依據(jù)。在調(diào)試過程中，強(qiáng)化調(diào)試記錄管理，包括調(diào)試過程中的技術(shù)和試驗等過程記錄文件。調(diào)試結(jié)束后，編制調(diào)試報告，包括《試驗結(jié)果報告》和《調(diào)試綜合報告》。其中，《試驗結(jié)果報告》是評價試驗結(jié)果的簡要報告；《調(diào)試綜合報告》是包含試驗過程及試驗數(shù)據(jù)、試驗結(jié)果分析和評價、試驗問題和改進(jìn)等的正式存檔文件。此外，調(diào)試環(huán)節(jié)必須制定相關(guān)的技術(shù)文件，主要包括設(shè)計文件、建造文件、運(yùn)行文件、上級文件等。

為了規(guī)范調(diào)試文件管理，制定并發(fā)布《調(diào)試文件編制要求與變更管理》和《調(diào)試文件編校審批程序》，前者規(guī)定了調(diào)試文件與調(diào)試報告必須包含的內(nèi)容、格式以及變更的流程；后者包括調(diào)試文件編制、校核、審核、審定、批準(zhǔn)與會簽人員的職責(zé)和要求以及編、校、審、批順序。

2.3 調(diào)試前置工作管理

熱室調(diào)試是一項需要多方協(xié)調(diào)與配合的工作。在開始調(diào)試工作前，必須保證前置工作已經(jīng)完成。下面具體分析調(diào)試階段的非核調(diào)試與核調(diào)試前置工作管理。

2.3.1 非核調(diào)試前置工作管理

(1)合理安排調(diào)試組織機(jī)構(gòu)、職責(zé)分工、人力資源、計劃和行政管理工作；保證調(diào)試人員的配備和培訓(xùn)符合要求；相關(guān)人員通過必要的資格審查，并得到授權(quán)。

(2)所有調(diào)試文件已經(jīng)通過審查批準(zhǔn)。

(3)相關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)、設(shè)備和部件已按照設(shè)計要求和技術(shù)條件安裝完畢；由安裝單位負(fù)責(zé)的系統(tǒng)、設(shè)備和部件的試驗已完成，并完成移交；辦理移交手續(xù)，移交文件應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的要求，并形成有效的書面移交文件。

(4)調(diào)試試驗所包含的電氣、儀控、機(jī)械設(shè)備已經(jīng)通過檢查，且符合調(diào)試試驗要求。

(5)調(diào)試試驗所用的計量器具已經(jīng)檢定合格并在有效期內(nèi)，調(diào)試所需的備品、備件、工器具、易耗品及臨時設(shè)施已準(zhǔn)備齊全。

(6)已做好調(diào)試期間的運(yùn)行、維護(hù)、維修安排；已落實調(diào)試期間的安全、保衛(wèi)、消防、通信、急救和應(yīng)急等措施。

2.3.2 核調(diào)試前置工作管理

在進(jìn)行核調(diào)試屏蔽試驗前，應(yīng)具備的條件如下：

(1)與核調(diào)試相關(guān)的非核調(diào)試已全部結(jié)束，試驗報告已審查認(rèn)可。

(2)熱室屏蔽試驗方案通過審查。

(3)熱室水電、通風(fēng)、輻射監(jiān)測、實物保護(hù)等輔助系統(tǒng)可投入正常運(yùn)行。

在進(jìn)行熱室?guī)Я蠠釕B(tài)調(diào)試前，應(yīng)具備的條件如下：

(1)熱室屏蔽試驗完成，試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。

(2)裝(投)料許可已獲批準(zhǔn)。

(3)燃料組件從廠房轉(zhuǎn)運(yùn)至熱室設(shè)施已獲批準(zhǔn)。

(4)熱室與帶料熱調(diào)試相關(guān)的設(shè)備、系統(tǒng)可投入正常運(yùn)行。

(5)相關(guān)試驗方案和操作規(guī)程通過審查。

(6)熱室應(yīng)急預(yù)案獲得批復(fù)，且已完成應(yīng)急演習(xí)。

2.4 調(diào)試接口管理

在熱室單系統(tǒng)調(diào)試開始前，應(yīng)與安裝單位辦理設(shè)備移交手續(xù)。安裝單位負(fù)責(zé)安裝范疇的調(diào)試工作，如系統(tǒng)和設(shè)備安裝后的清洗試壓、單體設(shè)備試驗等。在安裝和試驗滿足設(shè)計要求，且有關(guān)施工驗收技術(shù)符合規(guī)范并消除單體試驗中發(fā)現(xiàn)的安裝缺陷后，方可辦理移交調(diào)試驗收手續(xù)。調(diào)試隊負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)的性能試驗和整體性能試驗，安裝公司負(fù)責(zé)消除因施工造成的系統(tǒng)或設(shè)備的缺陷。雙方均須遵守相關(guān)的管理制度和規(guī)定，辦理必要的交接手續(xù)，保證人身和設(shè)備安全以及調(diào)試工作的順利進(jìn)行。

2.5 實施過程管理

2.5.1 熱室非核調(diào)試管理

(1)主工藝系統(tǒng)調(diào)試管理。主工藝系統(tǒng)設(shè)備根據(jù)其功能和所處位置，分為燃料組件檢驗系統(tǒng)、燃料棒無損檢驗系統(tǒng)、樣品制樣及再組裝系統(tǒng)、微觀分析系統(tǒng)、力學(xué)性能分析系統(tǒng)5個子系統(tǒng)。主要包括組件檢查及解體設(shè)備、燃料棒非破壞性檢驗設(shè)備、燃料棒刺孔及裂變氣體測量裝置、燃料棒切割設(shè)備、金相樣品制備設(shè)備、金相觀察設(shè)備、透射電鏡制樣設(shè)備、微觀分析設(shè)備、燃料棒焊接設(shè)備、力學(xué)樣品制備設(shè)備、力學(xué)性能分析設(shè)備等。主工藝系統(tǒng)調(diào)試主要是對主工藝系統(tǒng)的設(shè)備在熱室環(huán)境下的使用進(jìn)行調(diào)試。主工藝系統(tǒng)設(shè)備可分開或并行開展試驗，無先后順序，因此，在系統(tǒng)調(diào)試階段，分系統(tǒng)、分設(shè)備需要逐步調(diào)試，多線、并線進(jìn)行調(diào)試。

(2)工藝運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)試管理。工藝運(yùn)輸系統(tǒng)分為9個子系統(tǒng)，包括動力機(jī)械手、主從機(jī)械手、關(guān)節(jié)手、劍式手、吊車、熱室內(nèi)0.3t吊車、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)箱、氣動送樣系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)容器及鉛罐。首先，需要完成主從機(jī)械手、動力機(jī)械手和吊車試驗，保證3個子系統(tǒng)和設(shè)備滿足技術(shù)要求；其次，開展熱室內(nèi)吊車試驗和氣動送樣試驗；最后，進(jìn)行核電站乏燃料棒轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)試驗、廠內(nèi)乏燃料棒和樣品轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)試驗、固體廢物轉(zhuǎn)運(yùn)試驗、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)試驗。

(3)輔助系統(tǒng)調(diào)試管理。輔助系統(tǒng)包括通風(fēng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、通信及實物保護(hù)系統(tǒng)、輻射防護(hù)與監(jiān)測系統(tǒng)、池水冷卻凈化系統(tǒng)、工業(yè)排水系統(tǒng)、廢液收儲轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、氮?dú)饧皦嚎s空氣系統(tǒng)。由于輔助系統(tǒng)繁雜、涉及專業(yè)眾多，需要從多方面開展調(diào)試管理。在責(zé)任方面，按專業(yè)確定各系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，從責(zé)任上落實各系統(tǒng)的調(diào)試工作；在協(xié)調(diào)方面，針對系統(tǒng)調(diào)試涉及的設(shè)備、場地、相關(guān)手續(xù)等，提前做好計劃報批，合理分配內(nèi)部資源并協(xié)調(diào)外部關(guān)系，保障調(diào)試工作有序開展；在試驗方面，提前召開試驗準(zhǔn)備會，介紹調(diào)試試驗內(nèi)容，分析試驗風(fēng)險，做好現(xiàn)場試驗記錄。在進(jìn)度方面，實行現(xiàn)場看板管理，在看板上梳理出各系統(tǒng)調(diào)試節(jié)點(diǎn)、調(diào)試內(nèi)容、調(diào)試進(jìn)度，重點(diǎn)標(biāo)注調(diào)試滯后事項、責(zé)任人和滯后事項解決時間，做到每日匯報，及時推進(jìn)調(diào)試工作按計劃開展。

(4)綜合冷調(diào)試管理。綜合冷調(diào)試階段主要是以模擬燃料組件和燃料棒為試驗對象，在主工藝系統(tǒng)上開展燃料組件和燃料棒熱室檢驗工藝全流程的模擬試驗。同時，所有與熱室運(yùn)行相關(guān)的輔助系統(tǒng)(電氣、通風(fēng)、輻射防護(hù)、儀控、池水冷卻凈化系統(tǒng)等)按照連續(xù)投入運(yùn)行120小時的標(biāo)準(zhǔn)，驗證熱室系統(tǒng)和設(shè)備功能是否達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。在此階段，主要實施過程控制管理，保證綜合冷調(diào)試順利完成。

2.5.2 熱室核調(diào)試管理

熱室核調(diào)試分為屏蔽試驗和帶料熱態(tài)調(diào)試。其中，屏蔽試驗主要是檢驗并保證熱室殼體(墻體、窺視窗、線纜接口、外接管道)的屏蔽能力達(dá)到設(shè)計和運(yùn)行要求，確保熱室?guī)Я险{(diào)試和正常運(yùn)行時人員的輻射防護(hù)安全。帶料熱態(tài)調(diào)試采用放射性燃料組件進(jìn)行試驗，在調(diào)試過程中針對系統(tǒng)、設(shè)備、文件、人員、技術(shù)進(jìn)行全面梳理和總結(jié)，獲得設(shè)施的相關(guān)數(shù)據(jù)。同時，及時發(fā)現(xiàn)熱室存在的各種隱患和問題，制定改進(jìn)措施和方法。帶料調(diào)試是在試運(yùn)行前對熱室設(shè)計、運(yùn)行、安全、維護(hù)進(jìn)行的整體評價，可為熱室安全運(yùn)行提供保障。

(1)安全管理。在核調(diào)試階段，調(diào)試對象為放射性材料，因此，調(diào)試現(xiàn)場的安全管理十分重要。具體措施如下：

1)定期組織調(diào)試人員學(xué)習(xí)安全知識，了解“三違行為”；每次會議前組織“安全每會一講”，組織觀看違反安全管理規(guī)定的典型實例，培養(yǎng)安全意識；對于外來人員，在進(jìn)入熱室前宣讀《安全告知書》，告知現(xiàn)場存在的風(fēng)險點(diǎn)。

2)制定并發(fā)布了《場地及環(huán)境控制》《相關(guān)方安全管理程序》《特征設(shè)備安全管理程序》《安全環(huán)保檢查規(guī)定》《內(nèi)部安全許可管理程序》《重大危險源安全管理程序》等多項安全管理制度。

3)在熱室核調(diào)試階段，實行調(diào)試許可證管理制度。在進(jìn)入調(diào)試現(xiàn)場前，必須填寫《試驗許可申請》或《工作許可申請》，并取得調(diào)試負(fù)責(zé)人同意。試驗涉及多系統(tǒng)配合時，許可申請必須由相應(yīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人簽字確認(rèn)，嚴(yán)格控制人員出入、明確邊界條件，從而保證熱室熱調(diào)階段的安全。

(2)輻射防護(hù)管理。熱室核調(diào)試階段涉及放射源、核電站燃料組件和燃料棒等放射性材料，必須采取必要的輻射防護(hù)管理，防止放射性物質(zhì)泄漏、放射源遺失等事故發(fā)生，以保證設(shè)施、系統(tǒng)、環(huán)境、人員的安全。具體措施如下：

1)制定熱調(diào)試期間放射性物質(zhì)管理規(guī)定，包括《熱室放射源管理規(guī)定》《熱室核材料管理規(guī)定》《放射性廢物處理規(guī)定》，確保放射性物質(zhì)在設(shè)施內(nèi)的安全使用及其在設(shè)施內(nèi)的轉(zhuǎn)移和貯存安全。

2)在熱調(diào)試期間監(jiān)測輻射數(shù)據(jù)，根據(jù)《熱室輻射監(jiān)測計劃》《熱室個人劑量監(jiān)測管理規(guī)定》，對全室環(huán)境、流出物、個人劑量和工作場所進(jìn)行定期監(jiān)測，保證各項指標(biāo)滿足合理限值。

3)依據(jù)《熱室監(jiān)督區(qū)、控制區(qū)管理規(guī)定》，區(qū)分放射性等級，并發(fā)布《熱室放射性區(qū)域進(jìn)出管理規(guī)定》。

4)配備專業(yè)的劑量值班員。負(fù)責(zé)每日對熱室各場所輻射劑量進(jìn)行巡視、監(jiān)測、記錄，嚴(yán)格執(zhí)行輻射防護(hù)相關(guān)管理規(guī)定，監(jiān)督試驗人員正確使用輻射監(jiān)測儀器和防護(hù)工具等。

5)制定《熱室運(yùn)行限值與條件》《熱室異常工況處理規(guī)定》等應(yīng)急預(yù)案。對于調(diào)試環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，積極采取相應(yīng)措施，保證放射源和核材料、重要設(shè)備以及人員安全。

3 結(jié)語

燃料元件輻照性能研究是實現(xiàn)我國核燃料自主研發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熱室建設(shè)能夠提高燃料元件輻照性能的研究水平，對于推動我國核電技術(shù)國產(chǎn)化具有重要意義。熱室調(diào)試是熱室建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將項目管理理念引入熱室調(diào)試管理流程，能夠保證熱室調(diào)試階段的安全、質(zhì)量、進(jìn)度，實現(xiàn)熱室調(diào)試目標(biāo)，為國內(nèi)同類輻照后檢驗設(shè)施調(diào)試提供參考。