CPR1000型核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器承壓堵板裝拆與輻射防護(hù)

張志強(qiáng) 謝世宇

(廣西防城港核電有限公司， 廣西 防城港， 538001)

0 引言

核電站停堆大修期間，需在蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室內(nèi)進(jìn)行檢修作業(yè)，而要順利完成一次側(cè)水室內(nèi)檢修工作，需要在水室內(nèi)安裝堵板，安裝堵板是開展水室內(nèi)檢修作業(yè)的先決條件之一。

蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室內(nèi)輻射水平較高，人員在水室內(nèi)裝拆堵板外照射風(fēng)險(xiǎn)和放射性污染風(fēng)險(xiǎn)都非常大。因此裝拆堵板作業(yè)，是核電站輻射防護(hù)重點(diǎn)關(guān)注的高輻射風(fēng)險(xiǎn)工作之一。

1 CPR1000蒸汽發(fā)生器簡(jiǎn)介

CPR1000型核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器是立式、自然循環(huán)、U形管式蒸發(fā)器。從反應(yīng)堆流出的冷卻劑經(jīng)一回路熱管段由蒸汽發(fā)生器下封頭的進(jìn)口接管進(jìn)入水室，然后在倒U形管束內(nèi)流動(dòng)，倒U形管的外表面與二回路給水接觸，使二回路水汽化，從而進(jìn)行一、二回路間的熱交換。

蒸汽發(fā)生器的下封頭由碳鋼鑄件制成半球形，內(nèi)表面堆焊5～6 mm厚的不銹鋼，下封頭與管板焊接，并由厚19 mm的因科鎳隔板把下封頭分隔成進(jìn)水和出水兩個(gè)水室。每一水室有一個(gè)與RCP系統(tǒng)(反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng))連接的接管和一個(gè)人孔(以便檢修)[1]。蒸汽發(fā)生器下封頭結(jié)構(gòu)見圖1。

蒸汽發(fā)生器裝拆堵板作業(yè)就是在蒸汽發(fā)生器下封頭中執(zhí)行，即用專用設(shè)備“堵板”對(duì)一回路管道與蒸汽發(fā)生器連接處的管口進(jìn)行臨時(shí)封堵，以便大修期間蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室的檢修。

圖1 CPR1000蒸汽發(fā)生器下封頭

2 裝拆堵板工作介紹

2.1 安裝堵板目的

蒸汽發(fā)生器安裝堵板的目的有兩個(gè)：一是蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室內(nèi)檢修時(shí)防止異物掉入主管道；二是起密封承壓作用，以滿足一回路充水。

2.2 裝拆堵板水位示意圖

鑒于以上兩種目的，CPR1000型核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器堵板分為兩種：

一是低水位簡(jiǎn)易堵板，即用于防異物。低水位簡(jiǎn)易堵板安裝后水位如圖2所示。

二是高水位承壓堵板，即用于防異物和充水承壓。高水位承壓堵板安裝后水位如圖3所示。

本文介紹機(jī)組首次10年大修高水位承壓堵板的裝拆作業(yè)[2]。

2.3 堵板組成

堵板主要由以下部分組成：左側(cè)板、中板、右側(cè)板和密封膠囊。左側(cè)板、中板和右側(cè)板為鋁合金材質(zhì)，密封膠囊為橡膠材質(zhì)。堵板示意圖見圖4、圖5。

圖2 低水位簡(jiǎn)易堵板安裝后水位示意圖

圖3 高水位承壓堵板安裝后水位示意圖

圖4 中板和密封膠囊

圖5 左側(cè)板和右側(cè)板

2.4 裝拆堵板流程

裝拆堵板的主要工作流程有：

(1) 將折疊好的中板由人孔送入水室(密封膠囊應(yīng)折疊平整)；在水室內(nèi)將中板展開，并安裝到一回路主管道法蘭上方，并將中板上的兩顆螺栓旋入兩圈。

(2) 將堵板右側(cè)板送入水室并安裝到相應(yīng)位置(安裝側(cè)板時(shí)，應(yīng)先核對(duì)外弧面位置，外弧面接觸后，再對(duì)齊中間板接觸面)；按照相同的方法將堵板左側(cè)板送入水室并安裝到相應(yīng)位置。

(3) 確認(rèn)中板與側(cè)板標(biāo)記位置正確；將全部螺栓旋入內(nèi)環(huán)的螺紋孔內(nèi)，手動(dòng)擰緊；然后使用力矩扳手對(duì)稱緊固全部螺栓；安裝疏水孔堵塞。

(4) 工作結(jié)束后按照相反的順序拆除各部件即可。

3 工藝過程輻射風(fēng)險(xiǎn)分析

蒸汽發(fā)生器作為將一回路冷卻劑熱量傳遞給二回路給水的熱交換設(shè)備，由于自身結(jié)構(gòu)的特殊性，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室內(nèi)輻射水平非常高，在水室內(nèi)也容易滯留放射性污染物。水室內(nèi)作業(yè)主要的輻射風(fēng)險(xiǎn)有以下幾點(diǎn)。

3.1 人員外照射風(fēng)險(xiǎn)

國(guó)內(nèi)某核電廠首次十年大修時(shí)，蒸汽發(fā)生器水室內(nèi)部平均環(huán)境劑量率約10.5 mSv/h，最大接觸劑量率22.5 mSv/h，工作結(jié)束后通過工作人員個(gè)人電子劑量計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)讀，發(fā)現(xiàn)最大劑量率為17.5 mSv/h。人員在水室內(nèi)工作一旦作業(yè)時(shí)間控制不好，人員受照劑量就會(huì)超過單日非預(yù)期照射限值(一般情況下單日受照劑量限值為1 mSv)[3]。

因此，裝拆堵板作業(yè)，最大的輻射風(fēng)險(xiǎn)就是人員非計(jì)劃照射。

3.2 人員放射性污染風(fēng)險(xiǎn)

由于蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室內(nèi)部有放射性液體殘留物和放射性固體污漬狀殘留物，擦拭取樣測(cè)量輻射水平約0.22 mSv/h，使用表面污染儀測(cè)量時(shí)達(dá)到儀表滿量程(9 999 Bq/cm2)，因此人員進(jìn)入蒸汽發(fā)生器水室內(nèi)作業(yè)放射性污染風(fēng)險(xiǎn)也非常高，包括體表污染和內(nèi)污染風(fēng)險(xiǎn)。不過進(jìn)入蒸汽發(fā)生器間從事裝拆堵板作業(yè)的人員全部要求穿氣衣，只要工作人員作業(yè)過程中行為規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，人員污染的風(fēng)險(xiǎn)是可以有效控制的。

3.3 放射性污染物擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)

前述內(nèi)容已經(jīng)講到，由于蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室內(nèi)殘留有放射性液體和放射性污漬狀固體雜質(zhì)。在堵板裝拆階段，人員從水室出來后會(huì)將蒸汽發(fā)生器水室內(nèi)的高放射性污染物帶出來，進(jìn)而擴(kuò)散到蒸汽發(fā)生器間外面。另外，專用工具在3個(gè)蒸汽發(fā)生器間轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中如果包裹不當(dāng)，也會(huì)造成污染擴(kuò)散。

在拆除階段，由于使用后的堵板污染程度更嚴(yán)重，并且堵板拆除后要搬運(yùn)至蒸汽發(fā)生器間外面進(jìn)行包裹，如果場(chǎng)地布置不合理、人員操作不規(guī)范，更易造成污染擴(kuò)散和人員污染[4]。

4 防護(hù)措施的改進(jìn)與實(shí)踐

前面輻射風(fēng)險(xiǎn)分析中已經(jīng)講到，蒸汽發(fā)生器裝拆堵板作業(yè)中主要的輻射風(fēng)險(xiǎn)為高輻射水平導(dǎo)致的人員非計(jì)劃照射(放射性污染風(fēng)險(xiǎn)人為干預(yù)手段相對(duì)較多，風(fēng)險(xiǎn)易于控制)。

外照射防護(hù)常用的方法有：時(shí)間防護(hù)法、屏蔽防護(hù)法和距離防護(hù)法。

由于工作人員需要進(jìn)入蒸汽發(fā)生器水室，工作環(huán)境相對(duì)固定，無法增加防護(hù)距離；蒸汽發(fā)生器水室內(nèi)輻射水平普遍較高，不是由單個(gè)輻射熱點(diǎn)產(chǎn)生，屏蔽防護(hù)法也基本無法實(shí)現(xiàn)；由于水室人孔較小，工作人員也無法加穿鉛衣進(jìn)行個(gè)人屏蔽防護(hù)。控制工作人員受照劑量的方法就主要集中在了作業(yè)時(shí)間的控制上。

時(shí)間控制的措施主要有：強(qiáng)化人員技能培訓(xùn)，提高人員的工作熟練程度；做好準(zhǔn)備工作，避免在工作中出現(xiàn)返工或待工；人員輪流作業(yè)，進(jìn)行劑量分擔(dān)。因此，準(zhǔn)備階段的科學(xué)、充分準(zhǔn)備和執(zhí)行階段的嚴(yán)格過程控制就顯得尤為重要[5]。

4.1 準(zhǔn)備階段做好充分的準(zhǔn)備工作

4.1.1合理安排人員分工

由于堵板體積大，在裝拆過程中需要人員配合，所以，裝拆堵板人員的分工至關(guān)重要。參照國(guó)內(nèi)同類機(jī)組以往大修的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一次完整的裝拆堵板作業(yè)(一個(gè)人孔內(nèi))安排3人執(zhí)行完成。

(1) 第一人進(jìn)入水室安裝堵板及手動(dòng)旋入螺栓。其他兩人在水室外配合。水室內(nèi)停留時(shí)間平均為110 s。

(2) 第二人進(jìn)入水室緊固力矩、安裝疏水孔塞及取出充氣管，其他兩人水室外配合。水室內(nèi)停留時(shí)間平均為90 s。

(3) 第三人進(jìn)入水室取出疏水孔塞及拆除堵板，其他兩人水室外配合。水室內(nèi)停留時(shí)間平均為90 s。

4.1.2科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)操培訓(xùn)

大修前對(duì)堵板作業(yè)人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)。培訓(xùn)過程中要盡可能模擬真實(shí)的作業(yè)環(huán)境，包括模擬訓(xùn)練場(chǎng)地的大小、照明條件、人員的防護(hù)裝備等。

實(shí)操過程中主要訓(xùn)練工作人員的技能熟練度；突發(fā)異常的應(yīng)急響應(yīng)能力，例如輻射水平異常、螺栓卡澀、突然斷電/斷氣等；還有人員心理素質(zhì)的歷練也非常重要。

培訓(xùn)考核過程中，進(jìn)入水室的作業(yè)時(shí)間嚴(yán)格控制在90 s以內(nèi)。

4.1.3優(yōu)化改進(jìn)密封膠囊螺孔

在安裝堵板的過程中，如果堵板螺孔、密封膠囊螺孔和蒸汽發(fā)生器本體螺孔對(duì)中不一致，螺栓就很難順利旋入螺孔。因此根據(jù)以往大修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)密封膠囊的螺孔進(jìn)行了適當(dāng)改造。每塊堵板中板密封膠囊螺孔尺寸不變，將側(cè)板密封膠囊的8個(gè)螺孔由原有的30 mm×30 mm擴(kuò)孔為30 mm×33 mm的橢圓，見圖6。人員在安裝側(cè)板時(shí)對(duì)中螺孔、旋入螺栓的時(shí)間就會(huì)大大縮短。

圖6 擴(kuò)孔后的密封膠囊示意圖

4.1.4遠(yuǎn)程監(jiān)控人員劑量

蒸汽發(fā)生器水室內(nèi)環(huán)境劑量率較高，裝拆堵板人員受照劑量很容易超過核電站規(guī)定的單日劑量限值水平。傳統(tǒng)的做法是根據(jù)測(cè)量的水室環(huán)境劑量率推測(cè)裝拆堵板人員可在水室內(nèi)停留的時(shí)間，一般保守控制在90 s內(nèi)。90 s時(shí)無論是否完成指定的任務(wù)都要求退出蒸汽發(fā)生器水室。這種劑量控制方式存在一些弊端：裝拆堵板人員的受照劑量不清楚，在90 s這個(gè)時(shí)間點(diǎn)是否完成相應(yīng)工作不確定，如沒有完成再次進(jìn)入水室必然會(huì)增加集體劑量。

國(guó)內(nèi)某核電站首次10年大修蒸汽發(fā)生器裝拆堵板作業(yè)過程中，使用遠(yuǎn)程無線電子劑量計(jì)(EPD)設(shè)備，該設(shè)備可以實(shí)時(shí)讀取人員的受照劑量。在人員單次受照劑量受控的情況下盡量延長(zhǎng)人員在水室內(nèi)的工作時(shí)間，進(jìn)而減少人員重復(fù)進(jìn)入水室的次數(shù)(重要提醒：工作人員需要準(zhǔn)確判斷工作是否順利，如果發(fā)現(xiàn)工作明顯存在偏差，則要求迅速撤出水室)，遠(yuǎn)程無線EPD設(shè)備的使用，大大提高了工作效率。例如在水室內(nèi)緊固力矩工作，以往通過人工計(jì)時(shí)控制作業(yè)時(shí)間時(shí)，往往需要兩個(gè)人輪流作業(yè)，現(xiàn)在通過無線EPD實(shí)時(shí)監(jiān)控，在個(gè)人劑量受控的前提下，盡量延長(zhǎng)工作時(shí)間，基本上一名工作人員即可完成力矩緊固工作。無線EPD現(xiàn)場(chǎng)使用示意圖見圖7。

圖7 無線EPD現(xiàn)場(chǎng)使用示意圖

4.1.5工作場(chǎng)地、工器具和材料準(zhǔn)備

(1) 蒸汽發(fā)生器房間搭建標(biāo)準(zhǔn)化的靜態(tài)封閉工作間(SAS)，包括通風(fēng)、供氣、過渡區(qū)、充足的防護(hù)用品和廢物收集桶[6]。

(2) 安全物資準(zhǔn)備到位：個(gè)人劑量遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置、γ劑量率儀表、表面污染監(jiān)測(cè)儀、安全繩、秒表等。

(3) 裝拆堵板過程中使用的工器具、設(shè)備準(zhǔn)備齊全，包括堵板、疏水孔塞、充氣裝置、攝像裝置、工作文件等。

通過科學(xué)、充分的準(zhǔn)備，盡可能避免出現(xiàn)返工或待工情況的發(fā)生。

4.2 執(zhí)行階段嚴(yán)格控制工作過程

個(gè)人受照劑量和集體劑量的控制最終是在工作執(zhí)行階段實(shí)現(xiàn)，因此執(zhí)行階段的現(xiàn)場(chǎng)控制就顯得尤為重要。

4.2.1人數(shù)控制

(1) 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置警示隔離區(qū)，非作業(yè)人員禁止進(jìn)入隔離區(qū)，盡量減少其他作業(yè)(人員)對(duì)該項(xiàng)目的干擾。

(2) 作業(yè)人數(shù)按照準(zhǔn)備階段的人員分工進(jìn)行控制，第一臺(tái)蒸汽發(fā)生器作業(yè)時(shí)，其余兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器的作業(yè)人員和備用人員在8米氣閘門待工和休息，減少對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾，同時(shí)調(diào)整好自己的身體狀態(tài)。

4.2.2時(shí)間控制

(1) 作業(yè)過程中，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器水室的工作人員佩戴無線EPD，實(shí)時(shí)監(jiān)視個(gè)人受照劑量，當(dāng)作業(yè)時(shí)間達(dá)到預(yù)估的時(shí)間或受照劑量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，人員要及時(shí)撤出水室。

(2) 為了保證作業(yè)人員能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有效撤出水室，還需要有必要的干預(yù)措施，即使用秒表計(jì)時(shí)和使用安全繩提醒人員及時(shí)撤離。

4.2.3地點(diǎn)控制

(1) 作業(yè)前，工作人員盡量在蒸汽發(fā)生器間外面交流工作信息，盡可能減少在蒸汽發(fā)生器間的停留時(shí)間。

(2) 在蒸汽發(fā)生器間作業(yè)時(shí)，配合人員盡量避開蒸汽發(fā)生器人孔，不允許在人孔正下方停留。

(3) 工作過程中如果出現(xiàn)異常，人員必須迅速從水室中撤出，在蒸汽發(fā)生器間外面進(jìn)行工作交流，不允許在蒸汽發(fā)生器間討論工作。

4.2.4其他

關(guān)于放射性污染控制，需做好以下幾點(diǎn)：①進(jìn)入蒸汽發(fā)生器水室的工作人員及蒸汽發(fā)生器間配合人員全部穿氣衣作業(yè)；②人員在作業(yè)過程中和穿脫氣衣時(shí)動(dòng)作要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，防止交叉污染；③作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)進(jìn)行污染普查和核清潔處理。

5 總結(jié)

國(guó)內(nèi)某CPR1000型核電站機(jī)組首次10年大修蒸汽發(fā)生器裝拆堵板作業(yè)集體劑量為9.76 人·mSv，與國(guó)內(nèi)同類機(jī)組相比處于較低水平，且無放射性污染事件發(fā)生。分析得出以下結(jié)論：

(1) 通過培訓(xùn)提高工作熟練度對(duì)控制個(gè)人劑量和集體劑量很有效。培訓(xùn)的過程盡可能模擬現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，例如作業(yè)環(huán)境、人員防護(hù)裝備和可能出現(xiàn)的異常情況等。

(2) 設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)，可以提高工作效率。例如密封膠囊螺孔適當(dāng)擴(kuò)大后，就很容易安裝螺栓。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)工作過程控制很重要。工作過程中人員的合理分工、精細(xì)的工作流程、可行的異常處置預(yù)案等在控制高輻射風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)方面非常實(shí)用。