某核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)儀表性能優(yōu)化

傘振雷

（中核檢修有限公司連云港分公司，連云港 222002）

某核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)（Automated Radiation Monitoring System，簡稱ARMS）是外方NITI研究院為配合實施某核電站全數(shù)字化儀控系統(tǒng)而新開發(fā)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化輻射監(jiān)測系統(tǒng)［1，2］。該系統(tǒng)用計算機網(wǎng)絡(luò)將整個電站所有的輻射監(jiān)測儀表按不同功能和不同的電源通道有機地組合起來，既相互獨立又相互聯(lián)系，使整個電站的輻射水平處于多層及有效的全方位監(jiān)控之下［3-6］。系統(tǒng)通道遠(yuǎn)多于國內(nèi)其他核電站，且設(shè)計理念也有所差異，ARMS在結(jié)構(gòu)上分成兩個層次：上層（簡稱綜合層）由數(shù)據(jù)采集、處理工控機及終端工作站組成，下層由就地儀表測量通道和電動控制單元及其執(zhí)行機構(gòu)組成［7-10］。

ARMS具有自動化測量、數(shù)字控制和顯示，大部分通道在正常運行工況時具有連續(xù)監(jiān)測、能發(fā)出聲光報警信號、響應(yīng)快速等特點，為核安全和輻射安全監(jiān)督及時提供信息。因ARMS下層大部分儀表與電站工藝系統(tǒng)保護相聯(lián)鎖，部分監(jiān)測儀表甚至參與反應(yīng)堆停堆保護，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致現(xiàn)場監(jiān)測儀表失去實時監(jiān)測。因此，對ARMS必須采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木S修策略，以保證系統(tǒng)可靠運行。

1 輻射監(jiān)測儀表結(jié)構(gòu)

ARMS下層測量設(shè)備均為智能化儀表，設(shè)備由法國MGPI公司供貨，主要有探測器、就地處理單元和端子箱等。通過取樣管路將系統(tǒng)介質(zhì)引入儀表的測量腔室進行放射性活度測量并產(chǎn)生實時測量數(shù)據(jù)，可連續(xù)監(jiān)測通過測量腔室介質(zhì)的放射性活度，探測器采集輻射和熱工變量（活度、核素成份、劑量率、流量、溫度、壓力等），就地處理單元對來自探測器的信號進行綜合計算和處理后將儀表的測量信息送入儀表的接線箱，接線箱通過不同方式將信號輸出，確保相關(guān)工藝系統(tǒng)的放射性水平和放射性氣體排放控制在規(guī)定的限值范圍之內(nèi)，儀表示意如圖1所示。

圖1 ARMS儀表的示意圖Fig.1 ARMSinstrument diagram

2 在線監(jiān)測儀表性能優(yōu)化

2.1 降低高量程惰性氣體監(jiān)測儀誤報率

高量程惰性氣體監(jiān)測儀（NGM 203SC Noble Gas Monitor）用于核島反應(yīng)堆廠房環(huán)形空間及安全廠房應(yīng)急負(fù)壓系統(tǒng)中惰性氣體的活度監(jiān)測，儀表設(shè)計為核級抗震設(shè)備，屬于事故后重要監(jiān)測儀表。該儀表安裝在安全廠房壓縮機房間，通過取樣管線，從通風(fēng)系統(tǒng)被取樣的氣體介質(zhì)通過管線和儀表上的閥組及過濾裝置，進入流氣式電離室進行測量，正常情況下儀表探測器輸出1E-14 A弱電流，電流輸入LPU處理單元通過計算轉(zhuǎn)換成體積活度值。

作為新型的NGM 203SC核級事故后監(jiān)測儀表，在某核電站為首次使用，儀表采用第三代LPU、回路壓力補償裝置等新技術(shù)。儀表在完成調(diào)試投運后初期，間隔2～3天出現(xiàn)放射性測量超閾值誤報警現(xiàn)象。通過實驗室取樣分析，發(fā)現(xiàn)放射性惰性氣體活度并未超過報警閾值，說明儀表為誤報警信號，且誤報率較高，嚴(yán)重影響輻射監(jiān)控室和主控室后備盤對核島反應(yīng)堆廠房環(huán)形空間及安全廠房應(yīng)急負(fù)壓系統(tǒng)的正常監(jiān)測及儀表測量的穩(wěn)定性。

根據(jù)某電站一期相同通道儀表報警率統(tǒng)計，2009—2019年度誤報警次數(shù)平均三個月出現(xiàn)一次儀表誤報警。一期通道使用MGP二代產(chǎn)品，二期是三代產(chǎn)品，但儀表所處工藝系統(tǒng)沒變，儀表基本原理相同，所以數(shù)據(jù)有很大的參考性，降低儀表誤報警率，達到2次/月的設(shè)定目標(biāo)是可行的。

當(dāng)打開儀表過濾裝置和測量腔室時，發(fā)現(xiàn)大量沉積灰塵、金屬顆粒及濾紙碎片（如圖2、圖3所示），這些雜質(zhì)在測量腔室中容易引起儀表探頭的電流波動，從而產(chǎn)生誤報警。同時工藝系統(tǒng)或廠房環(huán)境在安裝調(diào)試階段積累的灰塵較多，系統(tǒng)設(shè)備啟動或清潔時易引起揚塵跟隨儀表取樣管線抽氣進入儀表測量腔室。

圖2 取樣介質(zhì)雜質(zhì)進入測量腔室Fig.2 Impuritiesin the sampling medium enter the measurement chamber

圖3 濾紙碎屑進入測量腔室Fig.3 Filter paper debrisentering the measurement chamber

為降低儀表誤報率，提高儀表的穩(wěn)定性，減少破損濾紙及雜質(zhì)進入測量腔室內(nèi)，應(yīng)對取樣管線進行壓縮空氣吹掃，關(guān)閉儀表上的截止閥，打開工藝管道閥門對取樣管線進行壓縮空氣吹掃。同時在環(huán)廊進行核清潔時，因大量揚塵顆粒進入工藝系統(tǒng)，經(jīng)取樣管線進入儀表測量腔室，應(yīng)提前了解核清潔工作計劃和進度，對儀表進行隔離，避免因核清潔導(dǎo)致?lián)P塵使顆粒進入腔室。

腔室內(nèi)安裝過濾器的濾紙托盤網(wǎng)格尺寸約7 mm，測量進入腔室內(nèi)濾紙碎屑最大長度約4 mm，破碎的濾紙屑極易穿過托盤網(wǎng)格，隨取樣介質(zhì)氣流進入到測量腔室。因此，應(yīng)優(yōu)化更換濾紙方式，避免在設(shè)備上直接操作，并在過濾器網(wǎng)格上增設(shè)銅濾網(wǎng)，更換時將濾紙和銅濾網(wǎng)一起拿下來在塑料布上進行（如圖4所示）。這樣能夠避免碎屑漏到取樣管線，隨設(shè)備開機時進入測量腔室。通過對改進后近6個月高量程惰性氣體監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，儀表誤報率由11次/月降至2次/月，儀表誤報警得到有效控制，放射性測量效果顯著提高，建議后續(xù)該類型儀表在過濾器上增加銅過濾網(wǎng)，避免雜質(zhì)進入測量腔室導(dǎo)致誤報警。

圖4 過濾器增加銅濾網(wǎng)Fig.4 Filter added copper mesh

2.2 提高弱電流事故后輻射監(jiān)測儀表的穩(wěn)定性

GIM 206高量程γ劑量率監(jiān)測儀用于監(jiān)測反應(yīng)堆出現(xiàn)事故情況下γ劑量率水平，該監(jiān)測儀為核級設(shè)備，能夠在事故后高溫、高壓、高輻射等極端惡劣的環(huán)境條件下工作一定時間。此類型儀表輸出電流極弱，本底電流1 E-15 A，因此極易受到外界的電磁干擾，導(dǎo)致儀表測量值波動很大。根據(jù)儀表的特性，建議該類儀表電纜應(yīng)單獨敷設(shè)（容易拆卸、屏蔽效果好），并與動力電纜保持足夠距離，且電纜應(yīng)浮空，現(xiàn)場弱電流儀表及電纜如圖5所示。

圖5 弱電流儀表及電纜Fig.5 Weak current instrument and cable

該類儀表電纜的敷設(shè)是嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和施工，參考了國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如EJ-T1065—1998）。在調(diào)試初期，應(yīng)檢查這類儀表電纜是按上述要求敷設(shè)，并確定電纜的絕緣滿足技術(shù)要求，以保證儀表輸出測量值的穩(wěn)定性，確保儀表的可靠性。

2.3 提升液體測量通道測量容器的去污效果

液體活度監(jiān)測儀GLM 201（含測量回路）用于測量液體介質(zhì)的放射性活度。在運行初期，當(dāng)測量腔室受到介質(zhì)中的放射性雜質(zhì)污染后，通過現(xiàn)有的沖洗回路對測量腔室去污，去污效率很低，且容易產(chǎn)生誤報警信號。因液體活度監(jiān)測儀GLM 201的測量報警信號參與相關(guān)工藝系統(tǒng)的聯(lián)鎖，污染報警信號會影響正常工藝系統(tǒng)的可靠運行。

從儀表運行和結(jié)構(gòu)等因素考慮，儀表測量回路介質(zhì)從下而上進入測量腔室，上端為平面上開一個出口。原沖洗管道內(nèi)除鹽水沖洗方向與測量回路取樣介質(zhì)方向相同，因此介質(zhì)中的顆粒雜質(zhì)因重力原因不易從腔室內(nèi)排出，在沖洗水停止沖洗后，質(zhì)量大的顆粒雜質(zhì)容易沉積在測量腔室下部。根據(jù)觀察（如圖6測量腔室示意圖所示），測量腔室下部呈漏斗狀，如果沖洗方向從上至下，讓液體從下部漏斗口排出，通過定期用除鹽水反向沖洗，可解決顆粒雜質(zhì)因重力而無法從頂端平面口排出的問題。

圖6 測量腔室示意圖Fig.6 Measuring chamber diagram

對改進后的效果進行檢查，當(dāng)測量腔室再次污染時，通過新管線的沖洗以及壓縮空氣吹掃后，測量腔室的沖洗去污效果明顯提高，底部沉積雜質(zhì)明顯減少，殘留介質(zhì)也可順利排入地漏，測量腔室內(nèi)介質(zhì)可以排空，如圖7、8所示。

圖7 改進前沖洗回路沖洗后效果圖Fig.7 Improved pre-rinse circuit after rinseeffect drawing

圖8 改進后沖洗回路沖洗后的效果Fig.8 Theeffect of theimproved flush circuit after washing

通過對沖洗水回路改進后的監(jiān)測儀進行跟蹤和統(tǒng)計，沖洗去污率提高到70%，沖洗去污效率顯著提高，沖洗水回路的可用性明顯增強，儀表測量腔室污染導(dǎo)致的誤報警得到有效地控制。后續(xù)工作建議定期對該類儀表測量腔室進行沖洗，以降低因測量腔室污染而導(dǎo)致的誤報警。

3 設(shè)備成品保護

在機組調(diào)試前期，因通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)沒有投運，設(shè)備所在房間往往環(huán)境條件差。在炎熱的夏季，潮濕的空氣遇到冷的取樣管線，容易在管線外壁上冷凝產(chǎn)生含鹽冷凝水，冷凝水會沿著垂直的管道流入測量室，從而損壞測量室的探頭（NaI探頭在調(diào)試期間損壞的故障率較高）。對于這類設(shè)備，應(yīng)及時采取對探測器增加防水措施并定期開展巡檢等方法。

在取樣系統(tǒng)調(diào)試期，取樣點和測量點之間的溫差較大，在介質(zhì)濕度相對較高的情況下，取樣管線內(nèi)容易產(chǎn)生冷凝水，應(yīng)對取樣管線及儀表包裹加熱電阻和保溫層。

4 結(jié)論

ARMS系統(tǒng)作為某核電站全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的重要組成部分，正確調(diào)試和高質(zhì)量的維護工作，是維持輻射探測器工作能力、保持其計量性能、對不同放射性介質(zhì)成分測量精確性的主要條件。本文對輻射監(jiān)測系統(tǒng)儀表運行過程中遇到的相關(guān)問題，進行不斷的技術(shù)改進，使因儀表測量導(dǎo)致的誤報警得到了有效控制，有效提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，有利于正常工藝系統(tǒng)的可靠運行。