核電站便攜式輻射儀表維修管理淺析

謝衛(wèi)平

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000)

引 言

隨著核能的廣泛應(yīng)用，特別是我國的核電事業(yè)的大力發(fā)展，接觸電離輻射的人數(shù)也越來越多，工作人員的輻射防護(hù)和安全備受關(guān)注。便攜式輻射儀表是放射性工作人員監(jiān)測作業(yè)現(xiàn)場輻射水平和個人劑量的重要工具，也是確保人員輻射安全的主要手段，儀表的性能關(guān)系到能否提供可靠、準(zhǔn)確、及時的輻射劑量信息，以便工作人員采取及時有效的防護(hù)措施，免受傷害[1]。在核電站中，常用的便攜式輻射儀表主要包括γ劑量率儀、表面污染監(jiān)測儀、中子周圍劑量當(dāng)量率儀、直讀式個人電子劑量計、空氣污染監(jiān)測儀和空氣取樣器等。儀表在使用過程中經(jīng)常會因?yàn)楣ぷ魅藛T操作不準(zhǔn)確、儀表防護(hù)不當(dāng)或者由于儀表元器件老化等原因?qū)е聝x表發(fā)生故障。故障的輻射儀表可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的輻射測量數(shù)據(jù)，給工作人員的輻射安全帶來嚴(yán)重的安全隱患，因此需要及時對發(fā)生故障的輻射儀表進(jìn)行修復(fù)。

核電站使用的便攜式輻射儀表種類較多，各類型儀表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度存在很大差異。儀表發(fā)生

故障位置的不同，導(dǎo)致儀表維修難度和維修所需時間也不一樣，儀表修復(fù)后的性能驗(yàn)證方式也存在差異。制定合理的儀表維修管理策略方法，可以實(shí)現(xiàn)對故障輻射儀表維修工作的有效管控，同時可以提高故障儀表維修效率和儀表可用率。本文介紹的輻射儀表維修分級管理方式、典型故障儀表的維修方法，可以為同行電站和放射性相關(guān)單位在進(jìn)行儀表維修工作管理和儀表維修時提供一定的參考。

1 核電站便攜式輻射儀表維修管理簡介

良好的儀表維修管理，可以提高儀表的可用率，減少儀表的配置數(shù)量，有效降低電站生產(chǎn)成本。儀表維修的效率，與儀表維修優(yōu)先級、儀表修復(fù)驗(yàn)收方式等密切相關(guān)，儀表維修管理流程見圖1。

圖1 儀表維修管理流程Fig.1 Instrument maintenance management process

1.1 維修優(yōu)先級介紹

維修優(yōu)先級的制定需要結(jié)合工作現(xiàn)場對各類型儀表的需求、電站的儀表庫存、維修的難度、維修后的驗(yàn)證等方面進(jìn)行確定，好的維修優(yōu)先級策略可以提高儀表的可用率，保障工作現(xiàn)場儀表使用需求。儀表維修優(yōu)先分級見表1。

表1 儀表維修優(yōu)先分級Tab.1 Instrument maintenance priority classification

從表1可以看出，優(yōu)先1級的故障儀表維修級別最高，在維修時需要最先考慮和進(jìn)行維修。除了表1中維修優(yōu)先級的判斷標(biāo)準(zhǔn)，還需要考慮電站備件、維修工具以及儀表修復(fù)后的測試驗(yàn)證能力等因素。

1.2 維修分級介紹

根據(jù)便攜式輻射儀表的維修難度和對儀表計量特性的影響，將維修工作進(jìn)行分級管理。維修分級見表2。

表2 維修分級Tab.2 Maintenance level

從表2可以看出，一級維修需要拆卸儀表外殼進(jìn)行的維修，維修難度是最大的，需要投入的維修資源較多，對維修人員的技能要求也較高。二級維修和三級維修相對簡單，維修時間短，能夠較快的重新投入使用。

1.3 維修質(zhì)量分級控制介紹

儀表維修使用的文件應(yīng)實(shí)行受控分發(fā)，確保維修工作使用的程序、技術(shù)手冊、原理圖和接線圖等相關(guān)文件是最新有效版本，維修工具和備件按照維修程序進(jìn)行準(zhǔn)備，維修的每一個步驟按照維修程序執(zhí)行，確保維修工作規(guī)范、高效實(shí)施。針對不同的維修等級，需要制定與之相對應(yīng)的驗(yàn)收手段及測試方法，以確保儀表經(jīng)過維修后的性能滿足使用需求。儀表維修驗(yàn)收分級見表3。

表3 儀表維修驗(yàn)收分級Tab.3 Instrument maintenance acceptance classification

從表3可以看出，儀表修復(fù)后的驗(yàn)收分級是與儀表維修分級一一對應(yīng)的，驗(yàn)收分級是針對不同的維修部位和對儀表測量結(jié)果影響的大小進(jìn)行制定的。

2 便攜式輻射儀表典型故障維修方法

2.1 儀表設(shè)計防護(hù)能力不足導(dǎo)致儀表故障的維修方法

2.1.1 方法簡介

按照核電站現(xiàn)場污染防護(hù)的要求，工作人員在輻射控制區(qū)內(nèi)需要穿戴細(xì)紗手套，因此核電站配置的γ劑量率儀的功能鍵常常使用的是機(jī)械按鈕。由于按鈕設(shè)計缺陷和使用頻度高，導(dǎo)致按鈕破損的故障率一直處于較高的水平，通過更換按鈕備件可以對儀表進(jìn)行修復(fù)，但是嚴(yán)重影響儀表的可用率。為了提高儀表防護(hù)能力設(shè)計上的不足，選擇使用彈性好、透明度高的硅膠材料設(shè)計制作專用儀表保護(hù)套(如圖2所示)，以提高機(jī)械按鈕的防護(hù)能力。

圖2 某型號γ劑量率儀加裝的專用保護(hù)套Fig.2 Special protective sleeve of a γ dose rate meter installed

高量程γ劑量率儀的線纜通過密封環(huán)與探頭密封連接，在現(xiàn)場使用時由于探頭的重量和剮蹭導(dǎo)致線纜從探頭內(nèi)拉出，造成儀表探頭密封性失效并故障。該類型故障儀表通過更換密封圈和將線纜重新放入探頭內(nèi)儀表可以正常使用，但該維修方法無法徹底解決線纜從探頭內(nèi)拉出的故障，且嚴(yán)重影響儀表的可用率。為了解決儀表防護(hù)功能上設(shè)計的不足，選擇使用與線纜和探頭尺寸相匹配的熱縮套管(如圖3所示)，以提升儀表線纜和探頭連接處的防護(hù)能力。

圖3 某高量程γ劑量率儀在線纜和 探頭連接處加裝熱縮套管Fig.3 Heat shrinkable sleeve at the connection between cable and probe of a high range γ dose-rate instrument

2.1.2 討論

針對儀表防護(hù)能力不足的部位通過設(shè)計并增加輔助防護(hù)部件，可以大大的提高儀表的防護(hù)能力，減少儀表故障的發(fā)生。例如某型號γ劑量率儀通過加裝專用保護(hù)套，儀表的按鍵故障下降了86%；某高量程γ劑量率儀通過在線纜和探頭連接處加裝熱縮套管，從根本上解決了儀表線纜從探頭內(nèi)拉出的故障。但是該方法也存在使用的局限性，它主要適用于儀表外部結(jié)構(gòu)防護(hù)能力設(shè)計的不足，不能針對儀表內(nèi)部結(jié)構(gòu)等其它故障。

2.2 軟件運(yùn)行方式導(dǎo)致儀表故障的維修方法

2.2.1 方法簡介

移動式放射性碘監(jiān)測儀的算法考慮了動態(tài)補(bǔ)償[3]，如I-131定義能量窗為Window1，Window2(能量小于I-131)和Window3(能量大于I-131)為兩個補(bǔ)償能量窗，I-131體積活度的計數(shù)率計算公式為：

Ct=Window1-a1*Window2 -a2*window3

(1)

式(1)中，a1為Window2能量窗計數(shù)的修正系數(shù)，a2為Window3能量窗計數(shù)的修正系數(shù)。

I-131體積活度計算公式為：

Av=(Ct2-Ct1)/(Eff*ΔV)

(2)

式(2)中，Ct1為時間T1時刻Ct計數(shù)率，Ct2為時間T2時Ct計數(shù)率，ΔV為T2-T1時間段內(nèi)的流量體積，Eff為探測效率。

在碘盒使用一段時間后，由于碘盒上可能已經(jīng)累積有一定的放射性水平，重新開機(jī)后，監(jiān)測儀表需要重新對測量值進(jìn)行評估，可能會出現(xiàn)Ct2小于Ct1的情況，從而出現(xiàn)負(fù)值。為了消除負(fù)值的影響，可以選擇先在清潔區(qū)域開機(jī)約半個小時，待設(shè)備穩(wěn)定后再進(jìn)行使用；或者通過軟件激活并設(shè)置體積活度的最小值為0，以避免監(jiān)測儀表啟動時負(fù)值的出現(xiàn)。

2.2.2 討論

通過對儀表軟件運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，可以有效解決儀表由于運(yùn)行方式導(dǎo)致的故障。但是該類方法適用范圍較小，主要針對于測量方式、運(yùn)行模式等可以通過運(yùn)行軟件進(jìn)行設(shè)置的儀表，對于算法和運(yùn)行模式固定的儀表不適用。除此之外，在使用該方法進(jìn)行維修時，需要熟悉儀表軟件各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置的功能，對于影響測量結(jié)果的設(shè)置需要重新對儀表進(jìn)行刻度。

2.3 儀表設(shè)計缺陷維修方法

2.3.1 方法簡介

用于作業(yè)場所人員體表污染監(jiān)測的表面污染監(jiān)測儀，探頭通過信號數(shù)據(jù)線與主機(jī)相連，由于儀表自身設(shè)計缺陷，數(shù)據(jù)線插頭卡口太薄，數(shù)據(jù)線較粗且又是螺紋狀，工作人員在使用時數(shù)據(jù)線存在伸縮和擺動，極易造成插頭處數(shù)據(jù)線脫落。為了解決信號數(shù)據(jù)線插頭設(shè)計缺陷，國內(nèi)某核電廠選擇了一款與接頭尺寸一致的喉箍將插頭部位進(jìn)行緊固，以減少接頭處數(shù)據(jù)線的受力(如圖4所示)。

圖4 數(shù)據(jù)線與插頭連接處加裝喉箍Fig.4 The connection between the data line and the plug is equipped with a throat hoop

2.3.2 討論

針對儀表設(shè)計缺陷的部位通過增加輔助部件，可以有效減少儀表故障的發(fā)生，該方法適用范圍較廣。例如某型號表面污染監(jiān)測儀通過在數(shù)據(jù)線與插頭連接處加裝喉箍，使插頭處數(shù)據(jù)線脫落故障下降了95%。通過儀表維修人員對故障儀表維修部位、故障原因等進(jìn)行統(tǒng)計分析，再針對容易導(dǎo)致儀表故障部件的設(shè)計進(jìn)行分析，采取合理、有效的彌補(bǔ)設(shè)計缺陷措施，可以有效的減少儀表共性故障的發(fā)生。

2.4 儀表易老化元器件維修方法

2.4.1 方法簡介

直讀式個人電子劑量計是核電站配置數(shù)量最多的便攜式輻射儀表，它主要用于監(jiān)測放射性工作人員的受照劑量。該儀表尺寸較小，內(nèi)部元器件緊湊，尤其是在儀表使用5年之后，內(nèi)部部分元器件存在老化或者性能下降的情況開始增加，造成儀表無顯示的故障率較高，而引起儀表無顯示的主要原因是與顯示有關(guān)的晶振和電容老化導(dǎo)致性能下降。在備件采購時，廠家往往不提供通用的電子元器件備件，只提供主板備件，如果從廠家采購備件將造成維修費(fèi)用較高。為了對無顯示故障儀表的維修，選擇通過國內(nèi)采購?fù)ㄓ迷骷浼M(jìn)行更換，不僅對儀表進(jìn)行了修復(fù)，還降低了維修成本。

2.4.2 討論

針對元器件老化導(dǎo)致儀表故障的維修方式較簡單，通過更換備件后儀表即可恢復(fù)正常工作。如果采用的是精細(xì)化維修，只需要針對性的更換老化的元器件，而不是更換整體備件，這樣可以有效的降低維修成本。但是進(jìn)行精細(xì)化維修，需要建立儀表故障排查指導(dǎo)文件體系，還需要儀表維修人員具有較高的維修技能，相應(yīng)維修時間也會增加。為了節(jié)省維修時間，可以建立常見儀表故障對應(yīng)元器件排查次序指導(dǎo)文件。

3 結(jié) 論

3.1 通過建立儀表維修優(yōu)先級、故障儀表維修后驗(yàn)收分級制度，可以實(shí)現(xiàn)對故障儀表的分級管理，確保工作現(xiàn)場急用的輻射儀表得到優(yōu)先維修，同時規(guī)范了儀表維修后驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，有效確保儀表維修后的計量性能滿足使用需求。

3.2 開展針對儀表防護(hù)設(shè)計不足、儀表軟件運(yùn)行方式優(yōu)化、儀表設(shè)計缺陷、儀表老化元器件更換的維修，不僅可以快速的修復(fù)故障儀表，還可以降低儀表共性故障發(fā)生率，以及降低維修成本。

3.3 針對使用頻率不高、價格昂貴的儀表，考慮到儀表使用壽命，后續(xù)同行可以考慮建立資源共享機(jī)制，以提高儀表使用率，降低電站的生產(chǎn)成本。