核電廠輻射控制區(qū)不同進出模式運行成本分析

任學明，王雪峰，趙 凱

(1.臺山核電合營有限公司，廣東 臺山，529200；2.深圳中廣核工程設(shè)計有限公司，廣東 深圳，518172)

目前國內(nèi)的核電廠輻射控制區(qū)主要有兩種進出模式，主流的傳統(tǒng)“七件套”模式和新型的清潔控制區(qū)模式。清潔控制區(qū)模式目前已在國內(nèi)某核電廠全面應(yīng)用，法國電力集團(EDF)及國內(nèi)核電廠稱該模式為“EVEREST”模式或“珠峰”模式[1]，該模式已經(jīng)歷了日常運行和大修工況的實踐檢驗。與傳統(tǒng)“七件套”模式相比，清潔控制區(qū)模式因不需要更換控制區(qū)專用防護用品，所以節(jié)省了時間，提高了控制區(qū)進出效率，同時也減少了專用防護用品的使用成本以及產(chǎn)生的廢物量，這也更加符合國家對核設(shè)施放射性廢物最小化的要求[2]。

基于以上優(yōu)勢，國內(nèi)多家核電廠已為采用該模式開展了相關(guān)工作，比如已有某核電廠在熱機修間等廠房實現(xiàn)了清潔控制區(qū)模式，并在按計劃分步實施中?？梢娦滦偷那鍧嵖刂茀^(qū)進出模式正在成為一種應(yīng)用趨勢。但核電廠在決策是否采用控制區(qū)新型進出模式時依然慎重，利益代價比是其考慮的主要因素之一。

筆者通過某核電廠近幾年來的實踐，對大修和日常期間的兩種進出模式在輻射防護指標、運行成本以及廢物產(chǎn)生量等方面進行了初步分析和比較，以供其他核電廠的決策參考。

1 兩種進出模式簡介

傳統(tǒng)模式是人員進入控制區(qū)之前，需要先在冷更衣間內(nèi)脫除個人衣物，僅著內(nèi)褲(女士為內(nèi)衣、內(nèi)褲)進入熱更衣間，然后在熱更衣間穿上控制區(qū)專用防護用品。專用防護用品一般包括紙帽、安全帽、T恤、連體服、棉紗手套、襪子和安全鞋。防護用品共七件，所以傳統(tǒng)模式又稱“七件套”模式。出控制區(qū)時，在經(jīng)過C1門(門框式表面污染監(jiān)測設(shè)備)測量后，進入熱更衣間，脫除“七件套”后進入C2門(門框式表面污染監(jiān)測設(shè)備，屬于控制區(qū)邊界)測量，然后在冷更衣間穿回個人衣物。傳統(tǒng)模式在日常和大修期間使用的個人防護用品種類沒有區(qū)別，使用數(shù)量等于進出控制區(qū)的次數(shù)。開展污染作業(yè)期間，需要在“七件套”基礎(chǔ)上加穿紙衣、乳膠手套、塑料鞋套等附加防護用品，使用量正比于日常或大修期間開展的放射性污染作業(yè)量。

EVEREST模式在進入控制區(qū)之前，僅需要在控制區(qū)入口處加穿一層防塵鞋套。對于部分勞保服不具備佩戴電子個人劑量計的人員，需要加穿馬甲，以用來佩戴電子個人劑量計。出控制區(qū)時，在經(jīng)過C2門監(jiān)測后，脫除防塵鞋套和馬甲(若有)。為有效控制潛在污染風險，該核電廠采用“潛在污染區(qū)”管理模式(且目前僅該核電廠在采用“潛在污染區(qū)”管理模式)，人員在進入潛在污染區(qū)時，需要加穿帽套、棉紗手套和橡膠鞋套[3]。潛在污染區(qū)僅限于部分放射性污染擴散風險高的房間或區(qū)域，數(shù)量非常有限。另外，開展污染作業(yè)期間也需要使用到(但不限于)帽套、棉紗手套和橡膠鞋套，因此帽套、棉紗手套和橡膠鞋套的使用量正比于進出潛在污染區(qū)以及污染作業(yè)區(qū)的人次。此外，針對化學操作人員，在控制區(qū)熱實驗室內(nèi)需要加穿棉質(zhì)白大褂。以上既適用于日常期間，也適用于大修期間。但在大修期間，還需要使用到連體服和安全鞋。因為大修期間反應(yīng)堆廠房會有大量放射性作業(yè)同步開展，污染擴散風險非常高。該核電廠要求進入反應(yīng)堆廠房加穿連體服、帽套、棉紗手套、橡膠鞋套等附加防護用品，少數(shù)高溫高污染風險作業(yè)人員還需要更換專用安全鞋[3]。開展污染作業(yè)期間，使用到的紙衣、乳膠手套、塑料鞋套等附加防護用品，使用方式與傳統(tǒng)模式一致，使用量正比于日?；虼笮奁陂g開展的放射性污染作業(yè)量。

采用EVEREST模式的某核電廠，在經(jīng)過幾年來日常運行以及大修的實踐檢驗，其主要輻射防護指標在中廣核各核電廠中處于中上游水平。在控制區(qū)邊界人員體表污染監(jiān)測方面，EVEREST模式C2門監(jiān)測的是人員著工作服的體表污染情況，傳統(tǒng)模式C2門監(jiān)測的是人員脫去工作服后的體表污染情況，二者的C2門報警率相當，日常運行期間均小于0.1%，大修期間大約在0.2%到0.4%間。

2 放射性廢物產(chǎn)生量與運行成本估算

2.1 概述

兩種進出模式最大的區(qū)別在于防護用品使用成本與放射性廢物產(chǎn)生量上。為突出兩種進出模式的區(qū)別，僅針對不同模式在防護用品使用種類或使用量上的不同進行分析對比。對與進出模式無關(guān)的防護用品的使用情況則不作比較，比如氣衣、氣面罩、紙衣等的使用情況，其使用量僅與開展的污染作業(yè)活動量有關(guān)，與進出模式無關(guān)，故不在本文中開展討論。防護用品的使用以及廢物產(chǎn)生量上在核電廠不同運行狀態(tài)(日常運行和大修)下略有不同，下文以某核電廠為例，結(jié)合核電廠日常運行和大修兩種運行狀態(tài)，分別進行分析比較。

2.2 日常運行期間

核電廠日常運行主要為生產(chǎn)發(fā)電，并開展必要的維修和生產(chǎn)活動，控制區(qū)進出人次以及生產(chǎn)維修活動均較少。防護用品使用成本包括一次性防護用品的消耗量、可復用防護用品經(jīng)過反復清洗的報廢量以及清洗防護用品的水電成本等。

某核電站日常運行期間采用“EVEREST”進出模式的廢物產(chǎn)生量及運行成本估算情況列于表1。

表1 日常運行期間“EVEREST”模式放射性廢物產(chǎn)生量及運行成本(單臺機組)1)

廢液產(chǎn)生量為每年清洗可復用防護用品產(chǎn)生的清洗廢液量(作為放射性廢液)，估算方法為：

式中，Qliquid為清洗廢液產(chǎn)生量，L；N為防護用品使用量，件(雙)；m為單件防護用品質(zhì)量，kg；Qlaundry為洗衣機單次清洗用水量，L，本文中取209 L；mlaundry為洗衣機單次清洗防護用品質(zhì)量，kg，本文中取27 kg。

固廢產(chǎn)生量為一次性防護用品使用量以及可復用防護用品經(jīng)過一定清洗次數(shù)后報廢的年化產(chǎn)生量(作為放射性廢物)。一次性防護用品產(chǎn)生的固體廢物為使用量乘以單件防護用品質(zhì)量，可復用防護用品固廢產(chǎn)生量計算方法為：

式中，Qwaste為固體廢物產(chǎn)生量，kg；N為防護用品使用量，件(雙)；m為單件防護用品質(zhì)量，kg；nlaundry為防護用品平均可經(jīng)受清洗次數(shù)，結(jié)合各電廠實際運行經(jīng)驗，可重復利用防護用品本文取200次。

某核電站日常運行期間采用傳統(tǒng)進出模式的廢物產(chǎn)生量及運行成本估算情況列于表2。

表2 日常運行期間傳統(tǒng)進出模式放射性廢物產(chǎn)生量及運行成本(單臺機組)1)

日常運行期間兩種進出模式放射性廢物產(chǎn)生量與運行成本對比列于表3。

由表3可知，在日常運行期間采用“EVEREST”模式的核電廠(采用“潛在污染區(qū)”控制策略)因為使用防護用品產(chǎn)生的廢液和固廢產(chǎn)生量都顯著低于傳統(tǒng)的“七件套”模式。如果采用“EVEREST”模式的核電廠在污染控制上不采用“潛在污染區(qū)”控制策略，則日常期間產(chǎn)生的清洗廢液量及固廢量將進一步減少。在運行成本上，“EVEREST”模式也僅占傳統(tǒng)模式的三分之一。

表3 日常運行期間兩種模式放射性廢物產(chǎn)生量與運行成本對比(單臺機組)

2.3 大修期間

大修主要為燃料更換，并開展相關(guān)的維修和在役檢查等工作，控制區(qū)進出人次多且集中，維修、檢查等工作量大。采用“EVEREST”模式的核電廠因為大修期間防護用品使用規(guī)則有調(diào)整，所以在防護用品的使用量上有變化，主要體現(xiàn)在增加了紙帽、連體服和橡膠鞋套的使用量。某核電站大修期間采用“EVEREST”進出模式的廢物產(chǎn)生量及運行成本估算情況列于表4。

表4 大修期間采用“EVEREST”模式放射性廢物產(chǎn)生量以及運行成本估算(單臺機組)1)

表4中，大修期間防護用品中的連體服主要用于工作人員進入反應(yīng)堆廠房和特定人群進入熱機修間使用，安全鞋主要用于特定人群進入反應(yīng)堆廠房和熱機修間使用。因為停堆期間該核電廠所有進入反應(yīng)堆廠房人員均要求穿戴連體服，因此連體服的使用量要多于安全鞋使用量。

某核電站大修期間采用傳統(tǒng)進出模式的廢物產(chǎn)生量及運行成本估算情況列于表5。

表5 大修期間傳統(tǒng)進出模式放射性廢物產(chǎn)生量及運行成本(單臺機組)

某核電廠大修期間采用兩種進出模式的放射性廢物產(chǎn)生量與運行成本比對列于表6。

由表6可知，核電廠在大修期間采用“EVEREST”模式產(chǎn)生的放射性廢物量依然顯著低于傳統(tǒng)的“七件套”模式。大修期間兩種模式在廢液和固廢產(chǎn)生量上沒有日常期間的差異大，這是因為采用“EVEREST”模式的核電廠在大修期間對整個反應(yīng)堆廠房加強了污染控制，要求進入反應(yīng)堆廠房的人員必須加穿紙帽、連體服、棉紗手套、橡膠鞋套等附加防護用品，這減少了兩種模式在防護用品使用量上的差異。大修期間因為“EVEREST”模式核電廠對反應(yīng)堆廠房加強了管控，使得大修期間防護用品使用成本大幅增加，單次進出成本大約為日常運行期間的2倍，約為“七件套”模式的80%。

表6 兩種模式大修期間放射性廢物產(chǎn)生量與運行成本對比(單臺機組)

3 其他運行成本分析

3.1 廢物處置成本

除了以上分析的運行過程成本以外，廢物處置成本也是必須考慮的因素。目前清洗后產(chǎn)生的廢液在核電廠中被RPE系統(tǒng)(核島排氣疏水系統(tǒng))收集，經(jīng)過監(jiān)測在滿足法規(guī)和電廠要求后排放；固體廢物作為低放射性或極低放射性廢物，在電廠壓縮暫存后，交由城市低放廢物處置場存放，目前城市放射性廢物送貯費按國家規(guī)定未收取費用[4]。

可復用防護用品因被嚴重污染而直接報廢的部分，各電廠處理方式一致，因為與采用何種模式無關(guān)未作比較。

3.2 人力成本

在輻射防護、洗衣房以及廠房核清潔的人力需求方面，兩種模式的人力資源配置基本一致，沒有因“EVEREST”模式直接增加人力。但“EVEREST”模式在控制區(qū)內(nèi)核清潔的范圍和頻次、表面污染測量的范圍和頻次上，會比傳統(tǒng)模式的核電廠要求高。核清潔與表面污染測量一般都會要求月度全覆蓋(反應(yīng)堆廠房以及高輻射風險房間除外)。另外，在大修期間的去污工作量上，“EVEREST”模式的核電廠會稍高于傳統(tǒng)模式，主要體現(xiàn)在“EVEREST”模式對去污驗收的標準更高，一般對應(yīng)的去污工作量也會更大些。

3.3 輻射監(jiān)測儀器成本

在輻射監(jiān)測儀表方面，“EVEREST”模式需要儀表對表面污染響應(yīng)更靈敏，目前市場上主流的表面污染監(jiān)測儀表基本均滿足要求。在輻射監(jiān)測儀表數(shù)量方面，該模式本身不會因為核清潔標準高而增加輻射監(jiān)測儀表。但是該核電廠采用的“潛在污染區(qū)”管理方式因為增加了潛在污染區(qū)的邊界數(shù)量，因此需要更多數(shù)量的儀表。增加的數(shù)量取決于實際設(shè)置的污染區(qū)以及潛在污染區(qū)的數(shù)量。這部分涉及到的儀表使用成本以及維護成本，本文未做考慮。

3.4 承包商引入成本

在大修期間承包商的引入費用方面，因為“EVEREST”模式有利于節(jié)省單個工作的人工時(節(jié)省了進出控制區(qū)的時間)，有利于減少大修承包商的引入成本。

4 結(jié)論

通過在日常運行期間和大修期間對輻射防護用品的報廢量、清洗用水成本和用電成本的分析，初步得出在國內(nèi)采用“EVEREST”模式和“七件套”模式兩種控制區(qū)進出方式的廢物產(chǎn)生量以及運行成本。分析認為，在日常運行期間，“EVEREST”模式有明顯優(yōu)勢，廢物產(chǎn)生量僅占“七件套”模式的20%到30%，其運行成本約為“七件套”模式的三分之一；在大修期間“EVEREST”模式的廢物產(chǎn)生量約占“七件套”模式的60%左右，運行成本約為“七件套”模式運行成本的80%。以上成本計算中，尚未考慮后端清洗廢水的處理成本以及產(chǎn)生的低放固廢的處置成本，如果考慮這部分的成本，兩種運行模式的差異將進一步擴大。

本文對兩種進出模式的運行成本進行了量化估算，希望能夠為新建核電廠決策采用何種控制區(qū)進出方式以及已運行核電廠是否改用“EVEREST”模式提供參考。

最后，需要指出的是，對于已運行核電廠如果中途改造為“EVEREST”模式，還需要考慮對控制區(qū)全面核清潔的去污成本。但是如果是從核電廠運行全周期來看，這一成本則是可接受的，因為當核電機組退役時，也要開展類似的核清潔。如果更早的實施清潔控制區(qū)模式，則可以減少退役階段的核清潔成本。