AP1000輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

周曉寧，高寶寧

（中電投電力工程有限公司，上海200233）

0 概 述

AP1000儀控系統(tǒng)具有數(shù)字化控制和保護(hù)系統(tǒng)，集成在核電廠各個(gè)獨(dú)立的工藝流程系統(tǒng)中，為電廠的保護(hù)系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的操作界面。AP1000儀控系統(tǒng)包含10個(gè)子系統(tǒng)，其中包括輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Radiation Monitoring System）。

1 輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（RMS）的主要功能是對(duì)電廠的排出流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)工藝過程中流質(zhì)的輻射強(qiáng)度，同時(shí)，監(jiān)測(cè)電站區(qū)域內(nèi)的輻射強(qiáng)度，并不間斷地用數(shù)字進(jìn)行顯示。

RMS系統(tǒng)包括的主要組件：單獨(dú)的工藝流、排出流、氣載放射性和場所輻射監(jiān)測(cè)儀表，主要包括輻射探測(cè)器和專用就地輻射處理器；中央輻射處理器軟件，輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置，如圖1所示。

輻射監(jiān)測(cè)儀表主要用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆3道安全屏障的完整性，監(jiān)測(cè)工藝設(shè)備中介質(zhì)的放射性及其場地周圍的輻射強(qiáng)度，連續(xù)監(jiān)測(cè)液態(tài)和氣態(tài)排出物的放射性濃度，保證主控室的可居留性，對(duì)控制區(qū)人員出入口進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

RMS系統(tǒng)采用中央輻射處理器進(jìn)行集中控制。中央輻射處理器的主要功能是提供控制功能，與就地輻射處理器、系統(tǒng)控制臺(tái)和電站其它系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)聯(lián)絡(luò)。處理系統(tǒng)中大容量存儲(chǔ)器可長期存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)，同時(shí)，數(shù)據(jù)通信鏈將信息傳輸?shù)诫娬居?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。通過控制臺(tái)，中央輻射處理器也可為電站其他人員提供訪問輻射監(jiān)測(cè)儀表信息的途徑。

圖1 輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

2 輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

AP1000輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用4種類型的監(jiān)測(cè)方式，分別對(duì)工藝流、排出流、氣載放射性及區(qū)域內(nèi)的輻射強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

工藝輻射監(jiān)測(cè)儀表可提供工藝流中放射性濃度上升的早期警告，并采取校正措施（自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)高放信號(hào)響應(yīng)后采取應(yīng)對(duì)措施）。

排出流輻射監(jiān)測(cè)儀表可提供電站排出流中放射性濃度上升的早期警告，并采取自動(dòng)校正措施（或手動(dòng)操作）。

氣載放射性監(jiān)測(cè)儀表可警告電站工作人員存在有異常的氣載放射性濃度（如10CFR20中規(guī)定的高于10DAC－h(huán)our）。

場所輻射監(jiān)測(cè)儀表用來提供電站特定區(qū)域有關(guān)γ輻射水平的信息，當(dāng)這些區(qū)域的輻照率超過預(yù)定值時(shí)，立即發(fā)出聲光報(bào)警，警告現(xiàn)場的操作人員。

2.1 工藝輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1.1 蒸汽發(fā)生器排污水和非除鹽水活度監(jiān)測(cè)

輻射監(jiān)測(cè)器可連續(xù)測(cè)量蒸汽發(fā)生器排污水和非除鹽水的放射性物質(zhì)濃度。測(cè)量污水凈化后的放射性，在非除鹽水排放到污水系統(tǒng)前，測(cè)量非除鹽水的放射性。若蒸汽發(fā)生器排污水中存在放射性物質(zhì)，就表明蒸汽發(fā)生器傳熱管的一次側(cè)和二次側(cè)之間有破損。

2.1.2 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)

檢測(cè)設(shè)備冷卻水的放射性物質(zhì)濃度。如果設(shè)備冷卻水系統(tǒng)中出現(xiàn)放射性物質(zhì)，表明從一回路到設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器的二次側(cè)出現(xiàn)了泄漏。

2.1.3 廠用水系統(tǒng)

對(duì)核電廠內(nèi)的排污水進(jìn)行輻射監(jiān)測(cè)，連續(xù)測(cè)量和記錄廠用水系統(tǒng)中排污水的放射性物質(zhì)濃度。在該輻射監(jiān)測(cè)儀表的上游，可就地簡單取樣。若核電廠內(nèi)排污水中出現(xiàn)有放射性物質(zhì)，則表明從一回路到設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器的二次側(cè)出現(xiàn)了泄漏。

2.1.4 安全殼大氣

監(jiān)測(cè)器對(duì)安全殼內(nèi)空氣輻射濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能連續(xù)測(cè)量安全殼大氣中惰性氣體的濃度和13N／18F的濃度。通過單管嘴對(duì)安全殼內(nèi)的大氣取樣，取樣時(shí)，應(yīng)使所取樣品具有代表性，所以，取樣管所處的位置相當(dāng)重要。應(yīng)盡量減少樣品傳輸管線的管道彎頭，在取樣回路中，樣品需經(jīng)過濾（去除影響測(cè)量效果的污染物），才能導(dǎo)入樣品室。檢測(cè)后，再釋放到安全殼大氣中，整個(gè)行程的驅(qū)動(dòng)力來自取樣泵。監(jiān)測(cè)儀表也可以測(cè)量溫度和壓力，這些參數(shù)用于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)條件下的放射性濃度。如果放射性物質(zhì)濃度超過預(yù)定值，安全殼內(nèi)的空氣輻射監(jiān)測(cè)器將啟動(dòng)主控室報(bào)警器。

2.1.5 主蒸汽管線

放置在主蒸汽管道上的輻射監(jiān)測(cè)器，可連續(xù)測(cè)量主蒸汽管道中的放射性物質(zhì)濃度。如果主蒸汽管道中有放射性物質(zhì)存在，則蒸汽發(fā)生器一次側(cè)與二次側(cè)可能存在泄漏。若放射性物質(zhì)濃度超過預(yù)定值，主蒸汽管道輻射監(jiān)測(cè)器將啟動(dòng)主控室報(bào)警器。在蒸汽發(fā)生器安全卸壓閥或電動(dòng)卸壓閥打開的情況下，主蒸汽管道輻射監(jiān)測(cè)器所測(cè)量到的放射性濃度的數(shù)據(jù)，用于計(jì)算釋放到環(huán)境中放射性物質(zhì)的量值。

2.1.6 主控室送風(fēng)管道

主控室送風(fēng)管道輻射監(jiān)測(cè)器（微粒探測(cè)器、碘探測(cè)器和惰性氣體探測(cè)器）是一種離線監(jiān)測(cè)儀表，連續(xù)測(cè)量由核島非放射性通風(fēng)處理單元供給主控室的空氣中含有的放射性物質(zhì)濃度。技術(shù)支持中心的通風(fēng)也由該供氣系統(tǒng)提供，部分氣源來自室外空氣。

2.1.7 安全殼空氣過濾排氣輻射監(jiān)測(cè)器

安全殼內(nèi)排氣經(jīng)凈化后，由空氣過濾排氣輻射監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)排氣中的放射性物質(zhì)濃度，該探測(cè)器放置于通風(fēng)管道內(nèi)部，位于空氣過濾單元的下游。同樣，當(dāng)排氣中放射性氣體濃度超過預(yù)定值時(shí)，將啟動(dòng)主控室報(bào)警器。

2.1.8 氣態(tài)放射性廢物排放輻射監(jiān)測(cè)器

對(duì)于氣態(tài)放射性廢物排放的輻射監(jiān)測(cè)，主要在系統(tǒng)到電廠煙囪這段流程中，測(cè)量需在排放物未到煙囪之前或被其它氣流稀釋之前完成，該探測(cè)器也是管內(nèi)探測(cè)器，放置于排放管線內(nèi)部。氣態(tài)放射性廢物系統(tǒng)常為間歇運(yùn)行，大部分時(shí)間是不運(yùn)行的。該系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，運(yùn)行方式為非能動(dòng)形式，當(dāng)廢氣通過滯留床，氪和氙就被滯留下來，然后再將廢氣排放至煙囪。當(dāng)探測(cè)到的放射性氣體濃度超過預(yù)定值時(shí)，輻射監(jiān)測(cè)器將啟動(dòng)主控室報(bào)警器，并關(guān)閉排氣隔離閥，終止放射性氣體被排入煙囪。

2.1.9 一回路取樣系統(tǒng)液體樣品輻射監(jiān)測(cè)器

對(duì)一回路取樣系統(tǒng)的液體樣品進(jìn)行輻射監(jiān)測(cè)，樣品在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中采集。輻射監(jiān)測(cè)器主要功能是顯示在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故或嚴(yán)重事故下樣品的輻射級(jí)別。如果樣品呈高輻射狀態(tài)，表明需要對(duì)樣品進(jìn)行稀釋，以降低取樣或輸送樣品時(shí)對(duì)分析人員的輻射。當(dāng)樣品中放射性物質(zhì)濃度超過預(yù)定值時(shí)，一回路取樣系統(tǒng)液體樣品輻射監(jiān)測(cè)器將關(guān)閉安全殼外隔離閥，隔離取樣流，啟動(dòng)主控室報(bào)警器并就地報(bào)警，警示現(xiàn)場的運(yùn)行人員。

2.1.10 一回路取樣系統(tǒng)氣體樣品輻射監(jiān)測(cè)器

需對(duì)安全殼內(nèi)的氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，氣體輻射監(jiān)測(cè)器將測(cè)量取自一回路系統(tǒng)中的樣品。該儀表用來指示氣體樣品中的放射性。當(dāng)樣品中放射性物質(zhì)濃度超過預(yù)定值時(shí)，一回路取樣系統(tǒng)液體樣品輻射監(jiān)測(cè)器將啟動(dòng)主控室報(bào)警器。

2.2 排出流輻射監(jiān)測(cè)儀表

2.2.1 煙囪

煙囪是放射性物質(zhì)排放到環(huán)境中的途徑之一。煙囪中設(shè)置了常規(guī)量程的輻射監(jiān)測(cè)器 （包括微塵探測(cè)器和碘探測(cè)器及惰性氣體探測(cè)器），設(shè)置了擴(kuò)展量程（事故量程）的輻射監(jiān)測(cè)器，還設(shè)置了中間量程氣體探測(cè)器和高量程氣體探測(cè)器，可連續(xù)測(cè)量煙囪中的放射性物質(zhì)濃度，煙囪監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置，如圖2所示。

圖2 煙囪取樣系統(tǒng)圖

在正常工況下，探測(cè)器在量程范圍內(nèi)對(duì)煙囪進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)，煙囪輻射監(jiān)測(cè)器是一個(gè)事故后監(jiān)測(cè)器。若放射性濃度超過預(yù)定值，在主控室會(huì)有報(bào)警提示。煙囪輻射監(jiān)測(cè)器采集的數(shù)據(jù)，是為排出流放射性釋放報(bào)告提供數(shù)據(jù)。

2.2.2 汽機(jī)島通風(fēng)排氣

汽機(jī)島通風(fēng)排氣輻射監(jiān)測(cè)器是對(duì)凝汽器排氣及通風(fēng)排氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如管線中放射性物質(zhì)的濃度超標(biāo)，則系統(tǒng)中蒸汽發(fā)生器傳熱管可能發(fā)生破損，引起了一回路向二回路泄漏。對(duì)汽機(jī)島通風(fēng)排氣輻射監(jiān)測(cè)中，使用了2臺(tái)管道內(nèi)探測(cè)器，以滿足量程要求，當(dāng)探測(cè)有高放射性濃度時(shí)，該儀表啟動(dòng)主控室報(bào)警，以便采取相應(yīng)行動(dòng)。

2.2.3 廢水排放

在廢水排放管線中，設(shè)置了廢水排放監(jiān)測(cè)器。廢水排放監(jiān)測(cè)器是一種離線監(jiān)測(cè)儀表，當(dāng)探測(cè)到的放射性濃度超過預(yù)定值時(shí)，該儀表將啟動(dòng)主控室報(bào)警，并關(guān)閉汽輪機(jī)排水槽泵和水池輸送泵，運(yùn)行人員也可手動(dòng)將廢水排放切換至液態(tài)廢物系統(tǒng)中進(jìn)行處理。對(duì)于汽輪機(jī)廠房外水池內(nèi)的廢水，用水泵定期進(jìn)行排放。按照廢水排放導(dǎo)則要求，輻射監(jiān)測(cè)器將監(jiān)測(cè)排放廢水的放射性濃度，為排放報(bào)告提供數(shù)據(jù)。

2.3 氣載放射性監(jiān)測(cè)儀表

當(dāng)氣載放射性濃度超過10DAC－h(huán)our（導(dǎo)出空氣濃度）時(shí)，氣載放射性輻射監(jiān)測(cè)儀表會(huì)發(fā)出警告。某些氣載放射性輻射監(jiān)測(cè)儀表能觸發(fā)通風(fēng)系統(tǒng)的過濾器動(dòng)作，具有執(zhí)行工藝輻射監(jiān)測(cè)儀表的功能。

2.3.1 燃料裝卸區(qū)排氣

對(duì)燃料裝卸區(qū)的排氣進(jìn)行輻射監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)器位于排氣隔離擋板的上游，放置于排氣管道內(nèi)部。當(dāng)探測(cè)到的放射性濃度超過預(yù)定值時(shí)，啟動(dòng)主控室報(bào)警，并關(guān)閉燃料裝卸區(qū)的供氣和排氣隔離擋板，打開燃料裝卸區(qū)到安全殼空氣過濾排氣單元的隔離擋板，同時(shí)，啟動(dòng)安全殼空氣過濾排氣單元，讓燃料裝卸區(qū)到煙囪之間的排氣通過空氣過濾器。

2.3.2 輔助廠房排氣

輔助廠房排氣輻射監(jiān)測(cè)器位于排氣隔離擋板的上游，探測(cè)器放置于管道內(nèi)，當(dāng)探測(cè)到的放射性濃度超過預(yù)定值時(shí)，啟動(dòng)主控室報(bào)警器，并關(guān)閉輔助廠房供氣和排氣的隔離擋板，打開輔助廠房到安全殼空氣過濾排氣單元的隔離擋板，啟動(dòng)安全殼空氣過濾排氣單元，讓輔助廠房到煙囪之間的排氣通過空氣過濾器。

2.3.3 附屬廠房排氣

附屬廠房排氣輻射監(jiān)測(cè)器也是管內(nèi)探測(cè)器，位于排氣隔離擋板的上游，當(dāng)探測(cè)到的放射性濃度超過預(yù)定值時(shí)，啟動(dòng)主控室報(bào)警器，關(guān)閉附屬廠房供氣和排氣隔離擋板，打開附屬廠房到安全殼空氣過濾排氣單元的隔離擋板，并啟動(dòng)安全殼空氣過濾排氣單元。

2.3.4 保健物理室和熱機(jī)檢修車間排氣

設(shè)置于保健物理室和熱機(jī)檢修車間的排氣輻射監(jiān)測(cè)器是一個(gè)離線監(jiān)測(cè)儀表，位于排氣風(fēng)扇的下游，其探測(cè)器為微粒探測(cè)器。當(dāng)探測(cè)到的放射性濃度超過預(yù)定值時(shí)，將啟動(dòng)主控室報(bào)警器。

2.3.5 放射性廢物廠房排氣

設(shè)置于放射性廢物廠房的排氣輻射監(jiān)測(cè)器也是一個(gè)離線監(jiān)測(cè)儀表，位于排氣風(fēng)扇的下游，其探測(cè)器為微粒探測(cè)器。當(dāng)放射性濃度超過預(yù)定值時(shí)，啟動(dòng)主控室報(bào)警器。

2.4 場所輻射監(jiān)測(cè)儀表

場所輻射監(jiān)測(cè)儀表提供的數(shù)據(jù)，可作為保健物理規(guī)程中人員和場所輻射調(diào)查條款的補(bǔ)充。場所輻射監(jiān)測(cè)儀表具有報(bào)警、顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。這些儀表位于探測(cè)器附近，或布置于易見燈光報(bào)警的位置。主控室中也有數(shù)值顯示和報(bào)警器。

3 結(jié) 語

AP1000輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在儀控系統(tǒng)中具有重要的作用，RMS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)保證了核電站反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。RMS系統(tǒng)通過對(duì)工藝過程中排出流的輻射監(jiān)測(cè)及場所輻射強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生異常工況時(shí)，能迅速觸發(fā)報(bào)警器，同時(shí)對(duì)輻射物質(zhì)進(jìn)行安全隔離，有效地保障了核電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。