核電廠環(huán)境監(jiān)測方案優(yōu)化

李心濤 韓繼偉

摘要：為了吸取日本福島核事故的經(jīng)驗和教訓(xùn)，進一步提高核電廠的安全運行與管理水平，對廣東某核電項目核電廠環(huán)境監(jiān)測設(shè)計方案進行了評價分析，梳理了設(shè)計方案存在的薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)核安全審評要求，制定了核電廠環(huán)境監(jiān)測優(yōu)化方案。通過加強實驗室應(yīng)急監(jiān)測后備能力，降低環(huán)境輻射水平及增加氣象連續(xù)監(jiān)測站點的數(shù)量等，滿足了類似福島核事故情況的環(huán)境監(jiān)測需求，可及時提供實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應(yīng)急指揮部的及時決策提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測;福島核事故;輻射

0 引言

在日本福島核事故發(fā)生之后，為了吸取日本福島核事故的經(jīng)驗和教訓(xùn)，進一步提高核電廠的安全運行與管理水平，國家核安全局在2012年6月12日編制并發(fā)布了《福島核事故后核電廠改進行動通用技術(shù)要求（試行）》（以下簡稱《通用技術(shù)要求》）。而此時廣東某核電項目（以下簡稱核電項目）環(huán)境監(jiān)測方案設(shè)計早已完成，環(huán)境監(jiān)測設(shè)備已基本到貨，正處于設(shè)備施工安裝階段，可改進優(yōu)化的空間小、難度大。

結(jié)合福島核事故的經(jīng)驗反饋，核電項目對環(huán)境監(jiān)測原設(shè)計方案進行了評估，梳理原設(shè)計方案的薄弱環(huán)節(jié)，依據(jù)核安全審評要求，形成了環(huán)境監(jiān)測設(shè)施改進優(yōu)化方案。

氣象與輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)加強了實驗室應(yīng)急監(jiān)測后備能力，降低了環(huán)境輻射水平，增加了氣象連續(xù)監(jiān)測站點（以下簡稱KRS站點）數(shù)量，改進了KRS站點失效替代方案、移動環(huán)境監(jiān)測、備用KRS中央站布置等幾個方面，滿足了類似福島核事故情況的環(huán)境監(jiān)測需求，及時提供實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應(yīng)急指揮部的及時決策提供了有力保障。

1 問題分析

《通用技術(shù)要求》規(guī)定核電廠應(yīng)根據(jù)特定的外部事件，完善應(yīng)急監(jiān)測方案，并提出了功能、設(shè)備兩方面的安全要求。通過環(huán)境監(jiān)測原設(shè)計方案與安全要求的對比，總結(jié)得出如下幾個方面的問題。

1.1 ? ?環(huán)境實驗室布置問題

《通用技術(shù)要求》規(guī)定核電廠監(jiān)測設(shè)施布置應(yīng)具有合理性和代表性，滿足核電廠事故工況下輻射環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測方案規(guī)定的設(shè)施功能。

核電項目中環(huán)境實驗室的布置符合環(huán)境實驗室設(shè)置應(yīng)避開主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向的要求，但位于煙羽應(yīng)急計劃區(qū)內(nèi)，在發(fā)生應(yīng)急事故時，仍可能被放射性煙羽污染導(dǎo)致實驗室不可用，缺少后備環(huán)境監(jiān)測手段，難以保證有效實施應(yīng)急監(jiān)測。

1.2 ? ?監(jiān)測站點布置問題

《通用技術(shù)要求》規(guī)定核電廠監(jiān)測站點應(yīng)考慮與監(jiān)督性監(jiān)測站點互補的原則，保證核電廠周圍16個方位的陸域原則上都布設(shè)至少一個自動監(jiān)測站房。

核電項目在電廠周邊共設(shè)置7個監(jiān)測站點，與《通用技術(shù)要求》相比，存在一定差距。需在煙羽計劃應(yīng)急區(qū)范圍內(nèi)，結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向、居民密集區(qū)等因素增加布點。

1.3 ? ?后備監(jiān)測手段保障問題

《通用技術(shù)要求》規(guī)定，當(dāng)極端外部事件導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測設(shè)施不可用時，應(yīng)具備適當(dāng)?shù)暮髠鋵捔砍瘫O(jiān)測手段或及時恢復(fù)監(jiān)測設(shè)施可用性的手段，確保為核電廠及其周邊環(huán)境質(zhì)量評價提供現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)。

核電項目配置了環(huán)境監(jiān)測車及儀器，但存在環(huán)境監(jiān)測車出現(xiàn)故障的風(fēng)險，同時KRS監(jiān)測站點及傳輸設(shè)施也可能在地震等外部極端事件下產(chǎn)生損壞的風(fēng)險，導(dǎo)致無法執(zhí)行應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測的功能。因此，后備監(jiān)測手段仍需加強。

1.4 ? ?數(shù)據(jù)傳輸功能保障問題

《通用技術(shù)要求》規(guī)定監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)具有備用通信方式，保證各監(jiān)測站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳送到自動監(jiān)測中央站;在失去外部電源的情況下，自動監(jiān)測中央站應(yīng)能保證較長時間（≥72 h）內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。

環(huán)境實驗室與應(yīng)急指揮中心分開布置，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中央站（即KRS系統(tǒng)中央站）設(shè)置在環(huán)境實驗室內(nèi)，存在地震情況下中央站不可用，不能向應(yīng)急指揮部實時傳輸環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的風(fēng)險。

2 改進方案及措施

為解決上述問題，在環(huán)境監(jiān)測原方案基礎(chǔ)上，結(jié)合福島核事故的經(jīng)驗反饋，根據(jù)國務(wù)院對核設(shè)施安全檢查時對在建核電廠的安全評審要求，充分考慮核電項目實際情況可優(yōu)化空間，制定了優(yōu)化方案，主要從環(huán)境實驗室設(shè)置的合理性、監(jiān)測站點布置的全面性、移動監(jiān)測的靈活性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性幾個方面進行改進。

2.1 ? ?環(huán)境實驗室設(shè)置的合理性改進

環(huán)境實驗室位于主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)向約1.3 km處，在發(fā)生應(yīng)急事故時可能被放射性煙羽污染導(dǎo)致實驗室不可用，根據(jù)《通用技術(shù)要求》的規(guī)定，需增設(shè)后備監(jiān)測手段。

由于環(huán)境實驗室已經(jīng)建設(shè)，無法重新選址建設(shè)，新建一個備用實驗室的方案則會帶來較大的建造和運營成本。因此，為確保應(yīng)急情況下環(huán)境實驗室的可用性，結(jié)合廠址實際情況，核電項目與就近核電項目簽署制定應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測互為備用響應(yīng)流程，詳細規(guī)定了應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急響應(yīng)通知和啟動、應(yīng)急支援行動、應(yīng)急支援結(jié)束等事項，實現(xiàn)了事故情況下的后備監(jiān)測手段。

環(huán)境實驗室原設(shè)計中配備2臺г譜儀，若備用電廠發(fā)生應(yīng)急事故，需要核電項目環(huán)境實驗室承擔(dān)備用電廠應(yīng)急情況下的環(huán)境監(jiān)測任務(wù)。此時，2臺г譜儀就不能同時滿足兩個電廠的監(jiān)測任務(wù)。為滿足備用電廠的應(yīng)急監(jiān)測需求，在原來設(shè)備配置的基礎(chǔ)上新增1臺г譜儀。

2.2 ? ?KRS監(jiān)測站點布置的全面性改進

根據(jù)核電項目原始設(shè)計，在電廠周邊10 km范圍內(nèi)設(shè)置7個監(jiān)測點，其中廠內(nèi)站3個，廠外站4個，經(jīng)過詳細論證以及與監(jiān)測系統(tǒng)的比對，結(jié)合廠址附近的環(huán)境敏感點因素，KRS站點布置改進如下：

（1）廠區(qū)范圍內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測，根據(jù)《核電廠環(huán)境輻射監(jiān)測規(guī)定》（EJ/T 1131—2001）等法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并結(jié)合具體廠址特征、氣象條件等因素及原有HSC環(huán)境監(jiān)測站位的布設(shè)情況，同時參考法國及日本濱海核電廠環(huán)境監(jiān)測站位設(shè)計原則，沿廠區(qū)邊界選擇增加2個代表性監(jiān)測站位，使得廠內(nèi)站點由原來的3個增加到5個。

（2）原廠區(qū)外半徑10 km范圍以內(nèi)有4個廠外監(jiān)測站點。通過對廠址10 km范圍內(nèi)的環(huán)境敏感點進行重新分析，并結(jié)合廠區(qū)范圍內(nèi)的監(jiān)測站位，綜合考慮方位均布性及包絡(luò)性的原則，在核電廠外增加1個監(jiān)測站點，即位于NE方位4.7 km處的某村委大樓樓頂。該村是廠址10 km范圍內(nèi)人口較多的千人以上居民點之一，是一個較為重要的環(huán)境敏感點。

通過改進增加了2個廠內(nèi)站點和1個廠外站點，使電廠KRS站點達到10個，結(jié)合監(jiān)督性監(jiān)測系統(tǒng)站點，滿足了《通用技術(shù)要求》的規(guī)定。

2.3 ? ?移動監(jiān)測的靈活性改進

2.3.1 ? ?增配環(huán)境監(jiān)測車及儀器

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)原設(shè)計配備一臺環(huán)境監(jiān)測車和一套車載便攜式輻射測量儀器，不能在事故應(yīng)急早期盡早監(jiān)測出放射性煙羽的擴散方向和范圍，且可能存在車輛故障風(fēng)險，導(dǎo)致無法執(zhí)行應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測的功能。

為避免上述風(fēng)險，需新增一臺環(huán)境車和一套車載便攜式輻射測量儀器。在事故應(yīng)急早期，兩臺環(huán)境監(jiān)測車可同時迅速啟動兩條線路的巡測，盡早監(jiān)測出放射性煙云的擴散方向及范圍。同時，兩臺環(huán)境監(jiān)測車可互為備用，符合設(shè)備冗余配置原則，降低因設(shè)備臨時故障而無法執(zhí)行應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測功能的風(fēng)險。

2.3.2 ? ?KRS站點失效替代方案——新增移動式輻射監(jiān)測設(shè)備

原設(shè)計方案中所有KRS站點均未考慮抗震，在發(fā)生地震等外部事件導(dǎo)致站點不可用時，僅靠環(huán)境監(jiān)測車的巡測無法完全滿足應(yīng)急響應(yīng)的要求。為確保盡快獲得有用的環(huán)境監(jiān)測信息，為核電廠事故應(yīng)急提供支持，需要快速恢復(fù)監(jiān)測功能，考慮在KRS站點失效時的替代方案。

10個KRS站點分布在廠內(nèi)外各處，各站點的電源供應(yīng)在設(shè)計上采取就近取電原則，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過有線（光纖）和無線兩種方式傳入KRS中央站，單純要求提高各站點電力供應(yīng)和信息傳輸?shù)陌踩墑e不具備可操作性。因此，對于極端事故工況下可能出現(xiàn)的設(shè)備（包括監(jiān)測設(shè)備以及電力供應(yīng)、信號傳輸?shù)容o助系統(tǒng)）損壞情況，需采用便攜式監(jiān)測設(shè)備通過臨時組網(wǎng)進行替代。

具體改進措施為：新增11套移動式輻射監(jiān)測設(shè)備。利用移動式輻射監(jiān)測設(shè)備替代KRS系統(tǒng)固定環(huán)境監(jiān)測站點，并配備自動組網(wǎng)設(shè)備，迅速實現(xiàn)事故情況下的環(huán)境監(jiān)測。移動式輻射監(jiān)測設(shè)備包括г劑量率監(jiān)測設(shè)備、風(fēng)速風(fēng)向儀、無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、應(yīng)急電源等。

2.4 ? ?數(shù)據(jù)傳輸保障的改進

為解決地震工況下環(huán)境實驗室KRS系統(tǒng)中央站無法確保向應(yīng)急指揮中心實時傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題，需提高KRS系統(tǒng)中央站所在構(gòu)筑物的抗震等級。

由于環(huán)境實驗室已經(jīng)建設(shè)，從經(jīng)濟性和可行性方面分析，提高環(huán)境實驗室抗震等級的方案難以落實。同時，應(yīng)急指揮中心作為核電廠應(yīng)急響應(yīng)的指揮、管理和協(xié)調(diào)中樞，已根據(jù)改進要求進行抗震優(yōu)化設(shè)計和建造。經(jīng)過綜合評價和分析，核電項目選擇在應(yīng)急指揮中心新增一套應(yīng)急KRS數(shù)據(jù)處理中心的方案，增加的應(yīng)急KRS數(shù)據(jù)處理中心接收終端包含機柜、服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集工作站和配套無線接收裝置。同時接受固定站點和移動式輻射監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)環(huán)境輻射連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時接收、存儲和處理功能，滿足了發(fā)生事故情況下的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的可獲取性和實時性。

3 對其他項目環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的建議

對于新建核電項目，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)基本功能的基礎(chǔ)上，需參考福島核事故經(jīng)驗反饋，在設(shè)計和配置中關(guān)注如下幾個方面：

（1）考慮事故時廠區(qū)環(huán)境實驗室不可用的情況，在煙羽應(yīng)急計劃區(qū)外建立后備監(jiān)測手段，最便利有效的措施是與就近核電項目簽訂合作協(xié)議，互為備用，聯(lián)動響應(yīng)。

（2）監(jiān)測站點布置應(yīng)保證核電廠周圍各方位布設(shè)的均布性及包絡(luò)性，同時重點考慮煙羽計劃應(yīng)急區(qū)范圍內(nèi)的環(huán)境敏感點（如居民密集區(qū)），適當(dāng)增加布點，確保更加全面有效地監(jiān)測。

（3）配置充足的移動數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)施，包括移動監(jiān)測車及移動監(jiān)測設(shè)備，確保在固定監(jiān)測站點不可用情況下的移動監(jiān)測功能有效。

（4）為確保環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)KRS在地震工況下的可用性，可選用提高環(huán)境實驗室抗震等級、應(yīng)急指揮中心增設(shè)備用應(yīng)急KRS數(shù)據(jù)處理中心兩種措施，需根據(jù)項目特點，并通過技術(shù)經(jīng)濟性分析進行選擇。

4 結(jié)語

在福島核事故發(fā)生之后，核電項目對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及設(shè)施開展了分析，提出并實施了與就近核電環(huán)境實驗室備用聯(lián)動、增加KRS監(jiān)測站點、增加移動環(huán)境監(jiān)測車及設(shè)備、增設(shè)備用應(yīng)急KRS數(shù)據(jù)處理中心等多個方面的改進，從而提高了環(huán)境樣品的處理、監(jiān)測能力，能迅速監(jiān)測放射性煙羽的擴散方向，有效增強核電廠事故后環(huán)境監(jiān)測體系的有效性，增強了環(huán)境監(jiān)測設(shè)施抵抗自然災(zāi)害的能力，降低了事故情況下環(huán)境監(jiān)測設(shè)施失效導(dǎo)致不能提供技術(shù)支持的風(fēng)險，提高了對事故放射性后果評價的及時性。

[參考文獻]

[1] 國家核安全局.福島核事故后核電廠改進行動通用技術(shù)要求：國核安發(fā)〔2012〕98號[A].

收稿日期：2020-04-30

作者簡介：李心濤（1984—），男，江蘇徐州人，工程師，研究方向：核電設(shè)計采購管理。