研究堆儀器儀表及電氣實驗室設計研究

陳建杞　李林洪　李普　蔣波

摘 要

為了滿足研究堆廠房相關(guān)儀器儀表及電氣實驗室的設計要求，需要解決設計過程中存在的問題，同時針對研究堆實驗室的特殊性以及研究堆實驗室和常規(guī)實驗室的不同進行特殊設計。本文通過對某儀器儀表及電氣實驗室研究設計案例來分析研究試驗堆實驗室設計的準則和設計思路，并對研究堆儀器儀表及電氣實驗室的設計提出部分改進方案。

關(guān)鍵詞

研究堆;實驗室;儀器儀表

中圖分類號： TL353 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.034

0 引言

研究堆作為提供中子源的核反應堆存在許多特殊性，其廠房內(nèi)的儀器儀表及電氣實驗室也不能按照常規(guī)儀電實驗室的標準進行設計。本文通過對國內(nèi)外研究堆實驗室的現(xiàn)狀以及研究堆特性分析，根據(jù)相關(guān)標準提出改進意見，對將來研究堆儀電實驗室設計提供新的思路和參考。

1 研究堆實驗室現(xiàn)狀

1.1 未設計實驗室相關(guān)輔助設施

目前國內(nèi)部分研究堆的儀電實驗室設計未充分考慮安全殼、反應堆及輔助廠房布置對實驗室的影響，存在上下水配置困難、無法安置風井等問題。部分實驗室未合理設置供電、供水、空氣凈化、供氣等基礎(chǔ)設施和基本條件，導致在實際使用中存在許多不便利。此外，部分封閉式實驗室存在采光、散熱、通風問題，產(chǎn)生安全隱患，對實驗人員及實驗設備造成影響。

1.2 實驗室管理不到位

部分研究堆實驗室存在管理體系松散、管理制度不完善、管理條例不科學等問題，對于實驗儀器用柜未進行有效分類整理，導致儀器儀表及工具存放不規(guī)范，容易造成遺漏和損壞。

此外，人員安全意識淡薄、操作不合規(guī)等問題也十分明顯，缺乏實驗室及其設備定期維護、環(huán)境清潔、安全性檢驗等措施，未設置實驗室管理員或負責人。

1.3 未考慮研究堆的特殊性

相較于常規(guī)的壓水堆核電廠，研究堆通常只有一回路系統(tǒng)。作為特殊用途的核反應堆，其設計和運行都有鮮明的特殊性和導向性，我國國產(chǎn)的研究堆又可分為重水型、游泳池型、高通量工程型、脈沖堆、微型研究堆先進研究堆等。因此相比于常規(guī)儀器儀表及電氣實驗室，研究堆實驗室不僅需要符合核電廠廠區(qū)實驗室的普遍設計，也需要滿足不同研究堆的特殊要求。

2 研究堆實驗室設計特殊性

2.1 通風與保密性

目前國內(nèi)研究堆主要結(jié)構(gòu)都類似于壓水堆，具有安全殼、輔助廠房等結(jié)構(gòu)。由于反應堆輔助廠房與安全殼的封閉性，加上大多數(shù)研究堆的保密要求，研究堆實驗室多采用封閉式實驗室，對通風有較大的要求。因此需要保持室內(nèi)處于負壓狀態(tài)，保證室內(nèi)氣體100%排出室外。對于研究堆實驗室，應保證換氣率≥0.5ACH，新風量約為排風量的90%。同時由于儀器儀表及電氣實驗室不存在有毒有害氣體，對于換氣次數(shù)要求可低于化學實驗室通風設計標準規(guī)定的10次/小時[1]。

對于存放酒精等化學試劑的藥品柜，也應選擇布置排風罩，或換用抽氣式藥品柜。對于部分精密、靈敏儀器的存放也應考慮通風、恒溫、恒濕等因素，采用局部排風扇。

2.2 輻射防護要求

研究堆實驗室的輻射防護是必不可少的，常規(guī)實驗室設計并沒有對電離輻射防護具有要求，因此需要特殊考慮。目前對于核電廠安全設計有以下標準[2-3]：

由于儀器儀表與電氣實驗室不存在開放型放射性實驗，也不產(chǎn)生放射性廢物，因此可將實驗室布置在非放區(qū)。并且在實驗室外走廊等地點應設置γ補償電離室等中子探測器，來確保環(huán)境放射性劑量在安全范圍內(nèi)，以保證實驗室設備及人員的安全。[4]除了輻射監(jiān)測，也應滿足輻射屏蔽、功能隔離、電氣隔離等設計。EJ1180-2005準則指出，電氣隔離是指部件、設備、通道或系統(tǒng)之間不存在電的回路，以此來保證實驗室的電氣試驗不受廠區(qū)其他電氣設備的影響。

2.3 精密性要求

儀器儀表及電氣實驗室中的部分實驗設備屬精密設備，對其準確性、精密性均有嚴格要求。對使用的儀器儀表需要進行復核國家標準的量值溯源，確定不確定度符合要求，并定期送檢。[5]設備采選也需要滿足儀器精度、規(guī)格要求，如選擇合適尺寸的固定扳手、正確型號的螺絲刀等工具。

此外，由于研究堆所處的電氣環(huán)境復雜，反應堆及各閥門、吊車的啟停均會對實驗室儀器產(chǎn)生干擾。因此儀器設備需要有獨立的接地系統(tǒng)來滿足穩(wěn)定性要求

3 國內(nèi)外儀電實驗室設計標準

3.1 國內(nèi)設計標準

目前國內(nèi)實驗室設計針對各種實驗器具、材料及墻體等建筑規(guī)范，已具有許多國標、建標。常用的標準有如下：

上述大多數(shù)國標規(guī)定對開放型放射性實驗室提出了在輻射防護、防雷防火等安全方面提出了要求，這對封閉式實驗室在此方面也同樣適用。此外，GB 8703-88對于實驗室的房間劑量防護、輻射屏蔽設計、輻射監(jiān)測設計等方面也具有良好的指導作用。

3.2 國外實驗室標準

國際上也存在許多實驗室設計規(guī)范，這些規(guī)范主要由美國的各個相關(guān)的協(xié)會、學會制定，屬于行業(yè)內(nèi)標準。常用的標準如下：

4 某儀器儀表及電氣實驗室設計案例

本章將通過XX工程儀器儀表及電氣實驗室的設計案例來具體分析研究堆實驗室的設計標準、采購原則以及影響因素。

4.1 實驗室器材采選思路

XX實驗室位于某研究堆的12.000m層，主要功能為儀器儀表性能實驗及反應堆電氣實驗。根據(jù)功能將實驗室分為“電氣區(qū)”和“儀控區(qū)”，分別處理電氣及儀控檢修實驗。因此設備采購原則主要為功能性、經(jīng)濟性、精確性。