核设施蒸发系统高放射性设备退役管理

核设施蒸发系统高放射性设备退役管理

向相平，李明浩，李林强，孙涛

成都海光核电技术服务有限公司 四川成都 610041

摘要：核设施蒸发系统设备老化后一直处于封存监护状态，需要尽快完成系统相关设备的更换。本文介绍了蒸发系统高放射性设备拆除及安装的工艺流程、辐射剂量调查方法及结果、辐射防护管理措施、标准化施工场地布置、现场精细化管理措施、设备拆除及安装实施。实践结果表明拆除及安装工艺合理可行，人均辐射剂量受照数值可控；辐射防护措施合理有效。国内科研院所、核电厂即将退役或工程改造高放射性设备数量很多，实施经验与本文基本一致，本文可供今后类似项目参考借鉴。

关键词：核设施蒸发系统；放射性设备；

1 引言

废液处理车间废液蒸发系统的主要设备蒸发器（加热室）、预热器由于换热界面破损导致放射性废液向非放端泄漏，疏水器、冷却器、凝结水冷却器等设备及连接管道污染，且这些设备、管道经多年使用存在锈蚀老化等问题，无法保证正常使用，造成废液蒸发系统无法继续运行。

为了保证厂区放射性废液的正常处理，确保该系统服务核设施的安全运行，需要恢复废液蒸发系统功能，涉及工作为该系统蒸发器加热室、预热器、凝结水冷却器及附属管道进行更换和改造。

由于该系统剂量水平较高，如何做好改造活动中的辐射防护，成为阻碍改造工作的最大难题，本文通过改造活动中的辐射防护实践，践行了核安全精细化管理，辐射防护管理流程详见图1：

图1 废液蒸发系统恢复辐射防护管理流程

2 废液蒸发系统恢复辐射防护管理

2.1 剂量普查

确定实施方案之前，由专业人员对施工区域各及相关设备进行了详细的辐射剂量值的测量，确定了高剂量区域及设备的详细位置及剂量值大小，为设备热点屏蔽，人员剂量分担提供依据。

2.1.1系统剂量普查

废液蒸发系统位于废液处理车间203房间（密闭空间），加热室因放射性废液蒸发后的蒸残液集聚，设备放射性剂量值较大，最大位置96.7mSv/h，设备剂量分布如图2所示：

图2 废液蒸发系统加热室、预热器剂量分布

2.1.2 环境剂量普查

对203房间开展剂量普查，确定施工作业区域各个位置环境剂量水平，为后期人员辐射防护及废液蒸发系统旧设备拆除施工提供施工依据。剂量普查主要测量了203房间内加热室、预热器各个接管位置接触剂量，主要作业区域环境剂量，房间内气溶胶取样测量。设备接管位置剂量测量数据如表1所示，作业区域环境剂量详见图3 203房间环境剂量测量分布图所示：

表1 设备各接管位置剂量

接上表

图3 203房间环境剂量分布（旧设备拆除前）

2.2 辐射防护控制措施分析

2.2.1辐射防护技术措施

根据辐射防护三要素即：时间防护法、距离防护法、屏蔽防护法，并结合剂量普查结果制定改造活动工作要求。

从2.1.1剂量普查结果可知，加热室附近为主要高辐射剂量区域（预热器附近次之），对废液蒸发系统恢复工作人员的影响最大，在废液蒸发系统功能恢复过程中需要合理安排施工步骤、做好高放射性设备屏蔽措施、组织细化人员培训、设备拆除和安装模拟演练、合理规划作业时间、严格控制人员受照剂量、确保满足相关规范要求。疏水器及外围管道放射性剂量较低，对人员辐射剂量影响较小。

根据2.1.2普查结果，需制定屏蔽措施、计算人员最大作业时间。按照人员实操能力检测结果，安排人员分工进行剂量分担，完成废液蒸发系统恢复工作。

2.2.2施工工艺措施

废液蒸发系统旧设备拆除的总体技术方案采用手持式砂轮切割机进行切割，设备支架采用等离子切割（减少人员作业时间），设备各个接口切割分离后，使用行车配合专用吊具转运。

2.2.3场地管控措施

（1）作业区域标准化场地布置

在施工区域入口处设置作业隔离区并打围，具体分为控制区和过渡区。控制区内地面敷设红色塑料防护布，为防止人员通行带出的松散放射性粉尘污染地面。过渡区内敷设白色塑料防护布，为人员进入现场前辐射防护用品穿戴检查及工作准备专用区域。现场区域设置示意图如图4.

图

4施工作业隔离区布置示意图

（2）存放区域场地布置

根据设备各个点位剂量的不同，合理规划旧设备摆放位置，对高剂量位置适用铅板屏蔽，使得存放区外围剂量率水平≤100uSv/h。旧设备存放规划示意图：

图5 旧设备存放区域剂量率分布图

存放区围栏使用脚手架钢管配合彩钢板制作，在其中一侧预留人员进出口，彩钢棚整体搭设完成后，拆除的预热器等设备从上方吊入彩钢棚内，全部设备、管道装入彩钢棚后封闭进出口。彩钢棚如图所示：

图6 401大厅彩钢棚

2.2.4切割方式分析、选择

蒸发器加热室通过焊接固定在支架上，经上、下循环管与分离室相连通，两条循环管的管径较粗、管壁较厚（上下循环管尺寸分别为Φ262×6mm、159×6mm）；此外加热室还与周围其他5条管道（包括顶部的二次蒸汽排气管、侧面的蒸汽出口管、冷凝液出口管、余压排气管和底部的蒸残液排空管）相通，连接方式为焊接。

JN4/JN1为循环水管道口，使用热切割可通过加长割枪尺寸，增大操作人员与放射性源项的距离，假设源项剂量率为A、测量位置距离源项1cm、气割距离1米、砂轮机（或者往复锯）0.3米，则气割操作人员位置的剂量率为：A*0.01/12=0.01A，砂轮机切割操作人员位置剂量率为：A*0.01/0.32=0.11A，假设气割效率为砂轮机2倍。综上所述，砂轮机切割人员受照剂量约为气割人员受照剂量的22倍，因此JN4/JN1采用热切割进行切割，JN2/JN3/JN5/JN6/JN7管道采用砂轮切割机切割。

2.2.5人员剂量目标制定

根据现场剂量测量结果，制定废液蒸发系统恢复工作剂量控制指标测算值为75 mSv，其中旧设备拆除剂量限值设置为30mSV、新设备安装剂量限值设置为45mSv，个人单日剂量限值2mSv，个人累计剂量限值6 mSv。设备拆除阶段计划24人参与。

2.3模拟演练

在现场大厅搭设脚手架操作平台，将新加热室吊装临时安装至脚手架平台，在加热室对应接管位置，固定相同规格的不锈钢管道，模拟演练人员在对应位置进行管道切割。

2.4现场场地布置

在401大厅安装临时通风机，进气口避开加热室以及预热器切割区域。排气口通过风管引至401大厅回风管道风口，切割开始前，提前30分钟开启风机，使203房间形成负压，切割过程中，风机持续工作。

2.5热点屏蔽和人员保护

根据现场测量的剂量数据，辐射剂量为固定污染，且无法通过冲洗进行去除，只能采取屏蔽减少人员受照剂量。本次工作分两个部分采取控制措施：一是使用固定屏蔽板对设备高剂量区域（热点）进行屏蔽，二是操作人员穿戴铅屏蔽服。

2.6剂量普查（设备拆除后）

在旧加热室、预热器拆除后，进行环境剂量检查。

测量部位示意图如下：

图7 加热室和预热器拆除后位置剂量数据

2.7设备尺寸复测

新加热室、预热器与旧设备采用1：1比例制作，但不排除制造可能产生的误差，因此在安装前，需对现场各个接口进行复测。

3终态监测

为评估废液蒸发系统恢复施工活动对环境的影响，完成废液蒸发系统设备维修改造作业后，及时开展了终态监测。

设备拆除前，用辐射监测仪检测转运通道未发现沾污，人员WBC监测没有内污染。新设备安装后，检测地面未发现沾污、人员WBC检测无内污染。

对工作区域内辐射水平进行了普查，区域内辐射水平未发生明显变化。

拆除过程中对203房间气溶胶进行了两次取样，气溶胶中60Co分别为3.78E-2 Bq/m3，1.19 E-1Bq/m3。

设备拆除阶段剂量控制目标30 mSv，计划参加人员24人；实际受照剂量12mSv比预计集体剂量（30mSv）减少50%以上，完成演练后实际参加人员20人。设备安装阶段集体剂量控制目标45mSv，计划参加人员24人；实际受照剂量33mSv比预计集体剂量（45mSv）减少25%，完成演练后实际参加人员22人。个人单日受照剂量未超当日剂量限值（2mSv），个人累计剂量最大3.9mSv，人员无体表沾污，WBC监测人员无内污染，辐射防护控制有效。

4公众参与

废液蒸发系统恢复涉及的放射性拆除、解体、转运等全部工作均在厂区内完成，且作业空间内无放射性气溶胶，同时已设置通风机将203房间气体抽入通风中心管道，经净化处理后排放。废液蒸发系统恢复施工过程中释放到环境中的放射性物质微乎其微，不会对厂区外公众造成不良影响。但是废液蒸发系统恢复工作涉及的区域放射性较大，需要大量施工人员进行剂量分担，同时区域内还有很多从事其他工作的员工活动，活动区域与废液蒸发系统施工区域相邻，施工活动会带来一定的影响，如区域放射性剂量本地增加、噪声等。

5实践结果

通过开工前剂量普查，确定现场设备及环境剂量水平；通过安排员工进行操作技能培训，确定员工作业效率和施工质量，制作人员分工明细表；通过建设模拟演练平台，进行模拟演练，验证员工在真实工况环境下作业效率和施工质量；通过模拟演练结果、设备环境剂量水平，优化人员分工明细表（明确人员分工以及作业时间）；通过优化后的人员分工表，再次进行模拟演练，验证分工满足要求；通过新设备安装前进行尺寸复测，根据测量数据尽可能多的在

203室外完成管段预制，减少室内作业时间；通过工作结束后对人员、环境进行检测，确定实施活动各项指标符合计划目标。

科研院所老旧核设施需更新换代的设备数量很多，运行经验与本文中基本一致，本文可供今后类似设备维修改造工程施工参考借鉴。

参考文献:
[1]GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京：中国标准出版社，2002.
[2]GB27742-2011可免于辐射防护监管的物料中放射性核素活度浓度[S].北京：中国标准出版社，2011.
[3]GB/T17947-2008拟再循环、再利用或作非放射性废物处置的固体物质的放射性活度测量[S].北京：中国标准出版社，2008.