秦文超,夏永震,李 剛,王 欣,黃 鴻

(1.中國(guó)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(hù)及劑量監(jiān)測(cè)的重要設(shè)施之一，各堆型核電特點(diǎn)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(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的頒布、放射性污染監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展，結(jié)合近年來(lái)在衛(wèi)生出入口設(shè)計(jì)、輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝調(diào)試、用戶(hù)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為體現(xiàn) “華龍一號(hào)”作為新一代核電設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念，開(kāi)展了核島廠房衛(wèi)生出入口設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及業(yè)主的實(shí)際運(yùn)行管理需求。

本文簡(jiǎn)要介紹了M310堆型核島衛(wèi)生出入口設(shè)計(jì)方案，分析了用戶(hù)需求及以往工程中暴露的設(shè)備問(wèn)題，給出了 “華龍一號(hào)”核島廠房衛(wèi)生出入口方案和進(jìn)出控制流程，詳細(xì)說(shuō)明了 “華龍一號(hào)”核島衛(wèi)生出入口在控制流程、通道設(shè)置、設(shè)備管理、用戶(hù)運(yùn)行管理需求等方面的優(yōu)化分析及設(shè)計(jì)成果情況。

1 M310堆型核島衛(wèi)生出入口方案簡(jiǎn)介

M310堆型的核島廠房衛(wèi)生出入口分為兩個(gè)部分，正常運(yùn)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(tái)機(jī)組共用，設(shè)置在電氣廠房，男女通道分別設(shè)置;后者為單臺(tái)機(jī)組使用，設(shè)置專(zhuān)用的停堆檢修更衣室，僅設(shè)置男性工作人員衛(wèi)生通道 (見(jiàn)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(hù)經(jīng)驗(yàn)反饋與需求分析

2.1 用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)反饋

為更好開(kāi)展 “華龍一號(hào)”核島廠房衛(wèi)生出入口設(shè)計(jì)，通過(guò)多次征求用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)反饋、開(kāi)展專(zhuān)題交流會(huì)等方式對(duì)用戶(hù)在衛(wèi)生出入口現(xiàn)存的進(jìn)出流程問(wèn)題、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)維修問(wèn)題、廠房配套條件設(shè)計(jì)問(wèn)題等進(jìn)行了充分的交流討論和問(wèn)題梳理，對(duì) “華龍一號(hào)”進(jìn)行問(wèn)題排查，共排查11項(xiàng)問(wèn)題，避免類(lèi)似問(wèn)題再次出現(xiàn)。

2.2 人員快速通道

根據(jù)核電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，核電廠運(yùn)行期間將有較多從事低輻射風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)的人員進(jìn)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(jiǎn)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(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)人員的特點(diǎn)為，進(jìn)入輻射控制區(qū)的停留時(shí)間較短，擬進(jìn)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(jìn)出管理，確保上述人員進(jìn)出核島輻射控制區(qū)得到有效控制及輻射防護(hù)的前提下，能夠高效快速進(jìn)出核島輻射控制區(qū)，在核島廠房衛(wèi)生出入口設(shè)置人員快速通道。

通過(guò)多次的方案比對(duì)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(shè)置了電子個(gè)人劑量計(jì) (EPD)、入口三角閘門(mén)和入口劑量計(jì)讀出器、C1門(mén)、出口三角閘門(mén)和讀出劑量計(jì)讀出器等設(shè)備。

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

3 設(shè)備問(wèn)題分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

“華龍一號(hào)”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(shè)計(jì)上的先進(jìn)性和創(chuàng)新性，一方面結(jié)合相關(guān)設(shè)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(shè)計(jì)及設(shè)備配備、采購(gòu)、安裝調(diào)試方面積累的諸多經(jīng)驗(yàn)，在華龍一號(hào)核島衛(wèi)生出入口設(shè)備控制及數(shù)據(jù)管理方面開(kāi)展了多項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 人員進(jìn)出閘門(mén)設(shè)計(jì)優(yōu)化

為保證僅授權(quán)工作人員方可進(jìn)入控制區(qū)，在衛(wèi)生出入口的入口須設(shè)置入口閘門(mén)。部分在建和運(yùn)行電站采用了柵欄門(mén)作為入口閘門(mén)。該方式成本較高，且有用戶(hù)反饋柵欄門(mén)經(jīng)常出現(xiàn)自身故障、與入口劑量計(jì)讀出器通信失敗導(dǎo)致授權(quán)判斷結(jié)果錯(cuò)誤等問(wèn)題。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研及技術(shù)發(fā)展、與具有較多國(guó)內(nèi)外同類(lèi)項(xiàng)目執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備廠商進(jìn)行溝通，本文提出采用三角閘門(mén)替換柵欄門(mén)的方案。該方式既可保證有效控制人員進(jìn)出，又可降低成本、降低運(yùn)行期間的故障率。

3.2 小物件測(cè)量設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)化

安全帽是進(jìn)入核島輻射控制區(qū)的必須佩戴的安全防護(hù)物件，使用頻率較高。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，安全帽相對(duì)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(hù)重點(diǎn)關(guān)注的物品之一。在以往的工程設(shè)計(jì)中，衛(wèi)生出入口的進(jìn)出流程上并未考慮安全帽的領(lǐng)取和存放空間的布設(shè)及用房、且未設(shè)置專(zhuān)用沾污測(cè)量設(shè)備。

為此，在 “華龍一號(hào)”核島廠房衛(wèi)生出入口工藝流程設(shè)計(jì)增加安全帽存、取、測(cè)的流程設(shè)置，進(jìn)行了合理的房間布設(shè)，增設(shè)了安全帽污染監(jiān)測(cè)儀，專(zhuān)門(mén)用于對(duì)工作人員在控制區(qū)內(nèi)使用過(guò)的安全帽進(jìn)行沾污測(cè)量，防止被污染過(guò)的安全帽再次被使用。通過(guò)該優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(cè)量的方式，也簡(jiǎn)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(shè)備控制設(shè)計(jì)優(yōu)化

在目前衛(wèi)生出入口的離開(kāi)通道上，普遍將出口劑量計(jì)讀出器與C2門(mén)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行控制。C2門(mén)既作為表面污染沾污測(cè)量設(shè)備，又作為控制區(qū)出口邊界閘門(mén)，即由C2門(mén)控制人員離開(kāi)，C2門(mén)的開(kāi)啟由出口劑量計(jì)讀出器觸發(fā)。采用此種控制方式，C2門(mén)需完成離開(kāi)控制區(qū)人員的沾污判斷進(jìn)而控制人員離開(kāi)，出口劑量計(jì)讀出器需完成EPD劑量信息讀出和數(shù)據(jù)上傳，此外C2門(mén)及出口劑量計(jì)讀出器之間還需進(jìn)行復(fù)雜的信息交互和邏輯判斷，C2門(mén)與出口劑量計(jì)讀出器間的邏輯關(guān)系時(shí)序圖見(jiàn)圖2。

對(duì)于某一工程，C2門(mén)及出口劑量計(jì)讀出器因工程采購(gòu)特點(diǎn)可能為不同生產(chǎn)廠家，采用此類(lèi)邏輯控制關(guān)系，需不同供貨商彼此的設(shè)備接口協(xié)調(diào)，修改自身設(shè)備的接口及邏輯判斷方式。即使兩類(lèi)設(shè)備屬于同一供貨商，設(shè)備間的邏輯判斷仍不可避免。在若干工程項(xiàng)目里，這兩類(lèi)設(shè)備的安裝調(diào)試及運(yùn)行中，故障問(wèn)題較多，問(wèn)題主要集中在C2門(mén)與出口劑量計(jì)讀出器之間的邏輯判斷出現(xiàn)問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員、采購(gòu)人員、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試人員、運(yùn)行人員均需投入較多的人力及物力解決出現(xiàn)的問(wèn)題，目前仍有個(gè)別工程多次處理但尚未較好解決。

如果在 “華龍一號(hào)”工程中仍采用該設(shè)計(jì)，后續(xù)安裝調(diào)試及運(yùn)行時(shí)仍存在上述風(fēng)險(xiǎn)。為避免上述問(wèn)題，在確保控制區(qū)出口邊界有效控制的情況下，進(jìn)行了設(shè)備控制邏輯優(yōu)化。本文采用增加出口閘門(mén)的方式，出口劑量計(jì)讀出器與C2門(mén)分離，兩者不再聯(lián)動(dòng)，而是將出口劑量計(jì)讀出器設(shè)置在出口閘門(mén)上。此時(shí)，C2門(mén)僅作為污染控制的表面污染監(jiān)測(cè)設(shè)備，去掉邊界控制功能。邊界控制功能由新增設(shè)備種類(lèi)——出口三角閘門(mén)實(shí)現(xiàn)。一旦EPD信息通過(guò)出口劑量計(jì)讀出器成功上傳遠(yuǎn)端的服務(wù)器后，即可觸發(fā)打開(kāi)出口閘門(mén)，允許人員離開(kāi)。C2門(mén)、出口劑量計(jì)讀出器、出口閘門(mén)之間的邏輯關(guān)系見(jiàn)圖3。

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

圖3 優(yōu)化后C2門(mén)、出口劑量計(jì)讀出器、出口閘門(mén)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(guò)該措施，C2門(mén)與出口劑量計(jì)讀出器不再有數(shù)據(jù)信號(hào)關(guān)聯(lián)，有效避免了復(fù)雜的設(shè)備間接口，免去了在不同供貨商設(shè)備之間的數(shù)據(jù)接口開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及調(diào)試問(wèn)題，使得設(shè)備間的邏輯時(shí)序關(guān)系大大簡(jiǎn)化。

4 “華龍一號(hào)”核島衛(wèi)生出入口優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本文第2～4節(jié)，通過(guò)對(duì)M310堆型核島衛(wèi)生出入口方案分析，結(jié)合用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)反饋及新要求，重點(diǎn)分析以往工程項(xiàng)目中暴露的設(shè)備問(wèn)題，最終形成華龍一號(hào)核島廠房衛(wèi)生出入口優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，示意圖見(jiàn)圖4和圖5。

華龍一號(hào)核島衛(wèi)生出入口設(shè)置在人員通行廠房?jī)?nèi)，單堆布置。分為正常運(yùn)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(yùn)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(shè)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(shè)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(shè)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(fēng)險(xiǎn)人員使用。

通過(guò)用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)反饋及用戶(hù)交流，在華龍一號(hào)核島衛(wèi)生出入口設(shè)計(jì)中，避免用戶(hù)在以往工程中出現(xiàn)的若干運(yùn)行問(wèn)題再現(xiàn)。

通過(guò)人員快速通道的設(shè)置，在進(jìn)出可控的前提下低輻射風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)人員快速進(jìn)出核島輻射控制區(qū)，同時(shí)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(jìn)出核島控制區(qū)造成影響。人員快速通道獨(dú)立于其他衛(wèi)生通道，可單獨(dú)進(jìn)行管理。用戶(hù)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(guò)此通道進(jìn)入核島輻射控制區(qū)。該設(shè)計(jì)優(yōu)化有利于電廠人員的輻射安全管理，對(duì)電廠核與輻射安全無(wú)負(fù)面影響。需要說(shuō)明的是，人員快速通道的運(yùn)行需嚴(yán)格執(zhí)行營(yíng)運(yùn)部門(mén)的制定的專(zhuān)用管理制度。

通過(guò)以往工程設(shè)備問(wèn)題分析進(jìn)行了設(shè)備控制優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括:

1)通過(guò)將出口劑量計(jì)讀出器與C2門(mén)分離，新增了出口三角閘門(mén)，在使得人員離開(kāi)控制區(qū)得到有效控制的前提下，避免了C2門(mén)與出口劑量計(jì)讀出器間的復(fù)雜控制邏輯關(guān)系，簡(jiǎn)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了通行效率，利于系統(tǒng)運(yùn)行;降低了設(shè)備故障概率，利于業(yè)主日常運(yùn)行維護(hù)。

2)新增安全帽存、取、測(cè)流程及房間面積分配，并新增安全帽污染監(jiān)測(cè)儀，方便工作人員存取安全帽，避免人員滯留或繞路，對(duì)于相對(duì)易沾污物件設(shè)置了針對(duì)性測(cè)量設(shè)備，有利于工作人員輻射防護(hù)。

3)利用三角閘門(mén)作為出入控制閘門(mén)，在保證人員進(jìn)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(hào)”核島廠房衛(wèi)生出入口正常運(yùn)行期間衛(wèi)生通道簡(jiǎn)圖Fig.4 The layout of the common controlled area access of the nuclear island of HPR1000

圖5 “華龍一號(hào)”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(jiǎn)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(guò)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(shè)備種類(lèi)配備及邏輯控制關(guān)系更加便于運(yùn)行，可有效滿(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際運(yùn)行管理需求。其中，人員快速通道的設(shè)置在國(guó)內(nèi)尚屬首例，建議結(jié)合 “華龍一號(hào)”示范工程運(yùn)行后的經(jīng)驗(yàn)逐步推廣至其他核電項(xiàng)目中。

本文的設(shè)計(jì)優(yōu)化成果已經(jīng)在 “華龍一號(hào)”示范工程福建福清5、6號(hào)機(jī)組的核島廠房衛(wèi)生出入口中實(shí)施。在其他 “華龍一號(hào)”在建項(xiàng)目、其他堆型核島衛(wèi)生出入口設(shè)計(jì)中均采用了全部或部分優(yōu)化成果。經(jīng)過(guò)適應(yīng)性修改，可進(jìn)一步應(yīng)用在其他類(lèi)型核設(shè)施的衛(wèi)生出入口設(shè)計(jì)中。