研究堆儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)研究

陳建杞　李林洪　李普　蔣波

摘 要

為了滿足研究堆廠房相關(guān)儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要求，需要解決設(shè)計(jì)過程中存在的問題，同時(shí)針對研究堆實(shí)驗(yàn)室的特殊性以及研究堆實(shí)驗(yàn)室和常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的不同進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。本文通過對某儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室研究設(shè)計(jì)案例來分析研究試驗(yàn)堆實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)思路，并對研究堆儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)提出部分改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞

研究堆;實(shí)驗(yàn)室;儀器儀表

中圖分類號： TL353 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.034

0 引言

研究堆作為提供中子源的核反應(yīng)堆存在許多特殊性，其廠房內(nèi)的儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室也不能按照常規(guī)儀電實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文通過對國內(nèi)外研究堆實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀以及研究堆特性分析，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出改進(jìn)意見，對將來研究堆儀電實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)提供新的思路和參考。

1 研究堆實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

1.1 未設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)輔助設(shè)施

目前國內(nèi)部分研究堆的儀電實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)未充分考慮安全殼、反應(yīng)堆及輔助廠房布置對實(shí)驗(yàn)室的影響，存在上下水配置困難、無法安置風(fēng)井等問題。部分實(shí)驗(yàn)室未合理設(shè)置供電、供水、空氣凈化、供氣等基礎(chǔ)設(shè)施和基本條件，導(dǎo)致在實(shí)際使用中存在許多不便利。此外，部分封閉式實(shí)驗(yàn)室存在采光、散熱、通風(fēng)問題，產(chǎn)生安全隱患，對實(shí)驗(yàn)人員及實(shí)驗(yàn)設(shè)備造成影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)室管理不到位

部分研究堆實(shí)驗(yàn)室存在管理體系松散、管理制度不完善、管理?xiàng)l例不科學(xué)等問題，對于實(shí)驗(yàn)儀器用柜未進(jìn)行有效分類整理，導(dǎo)致儀器儀表及工具存放不規(guī)范，容易造成遺漏和損壞。

此外，人員安全意識(shí)淡薄、操作不合規(guī)等問題也十分明顯，缺乏實(shí)驗(yàn)室及其設(shè)備定期維護(hù)、環(huán)境清潔、安全性檢驗(yàn)等措施，未設(shè)置實(shí)驗(yàn)室管理員或負(fù)責(zé)人。

1.3 未考慮研究堆的特殊性

相較于常規(guī)的壓水堆核電廠，研究堆通常只有一回路系統(tǒng)。作為特殊用途的核反應(yīng)堆，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行都有鮮明的特殊性和導(dǎo)向性，我國國產(chǎn)的研究堆又可分為重水型、游泳池型、高通量工程型、脈沖堆、微型研究堆先進(jìn)研究堆等。因此相比于常規(guī)儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室，研究堆實(shí)驗(yàn)室不僅需要符合核電廠廠區(qū)實(shí)驗(yàn)室的普遍設(shè)計(jì)，也需要滿足不同研究堆的特殊要求。

2 研究堆實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)特殊性

2.1 通風(fēng)與保密性

目前國內(nèi)研究堆主要結(jié)構(gòu)都類似于壓水堆，具有安全殼、輔助廠房等結(jié)構(gòu)。由于反應(yīng)堆輔助廠房與安全殼的封閉性，加上大多數(shù)研究堆的保密要求，研究堆實(shí)驗(yàn)室多采用封閉式實(shí)驗(yàn)室，對通風(fēng)有較大的要求。因此需要保持室內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，保證室內(nèi)氣體100%排出室外。對于研究堆實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)保證換氣率≥0.5ACH，新風(fēng)量約為排風(fēng)量的90%。同時(shí)由于儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室不存在有毒有害氣體，對于換氣次數(shù)要求可低于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10次/小時(shí)[1]。

對于存放酒精等化學(xué)試劑的藥品柜，也應(yīng)選擇布置排風(fēng)罩，或換用抽氣式藥品柜。對于部分精密、靈敏儀器的存放也應(yīng)考慮通風(fēng)、恒溫、恒濕等因素，采用局部排風(fēng)扇。

2.2 輻射防護(hù)要求

研究堆實(shí)驗(yàn)室的輻射防護(hù)是必不可少的，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)并沒有對電離輻射防護(hù)具有要求，因此需要特殊考慮。目前對于核電廠安全設(shè)計(jì)有以下標(biāo)準(zhǔn)[2-3]：

由于儀器儀表與電氣實(shí)驗(yàn)室不存在開放型放射性實(shí)驗(yàn)，也不產(chǎn)生放射性廢物，因此可將實(shí)驗(yàn)室布置在非放區(qū)。并且在實(shí)驗(yàn)室外走廊等地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置γ補(bǔ)償電離室等中子探測器，來確保環(huán)境放射性劑量在安全范圍內(nèi)，以保證實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及人員的安全。[4]除了輻射監(jiān)測，也應(yīng)滿足輻射屏蔽、功能隔離、電氣隔離等設(shè)計(jì)。EJ1180-2005準(zhǔn)則指出，電氣隔離是指部件、設(shè)備、通道或系統(tǒng)之間不存在電的回路，以此來保證實(shí)驗(yàn)室的電氣試驗(yàn)不受廠區(qū)其他電氣設(shè)備的影響。

2.3 精密性要求

儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室中的部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備屬精密設(shè)備，對其準(zhǔn)確性、精密性均有嚴(yán)格要求。對使用的儀器儀表需要進(jìn)行復(fù)核國家標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源，確定不確定度符合要求，并定期送檢。[5]設(shè)備采選也需要滿足儀器精度、規(guī)格要求，如選擇合適尺寸的固定扳手、正確型號的螺絲刀等工具。

此外，由于研究堆所處的電氣環(huán)境復(fù)雜，反應(yīng)堆及各閥門、吊車的啟停均會(huì)對實(shí)驗(yàn)室儀器產(chǎn)生干擾。因此儀器設(shè)備需要有獨(dú)立的接地系統(tǒng)來滿足穩(wěn)定性要求

3 國內(nèi)外儀電實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 國內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

目前國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)針對各種實(shí)驗(yàn)器具、材料及墻體等建筑規(guī)范，已具有許多國標(biāo)、建標(biāo)。常用的標(biāo)準(zhǔn)有如下：

上述大多數(shù)國標(biāo)規(guī)定對開放型放射性實(shí)驗(yàn)室提出了在輻射防護(hù)、防雷防火等安全方面提出了要求，這對封閉式實(shí)驗(yàn)室在此方面也同樣適用。此外，GB 8703-88對于實(shí)驗(yàn)室的房間劑量防護(hù)、輻射屏蔽設(shè)計(jì)、輻射監(jiān)測設(shè)計(jì)等方面也具有良好的指導(dǎo)作用。

3.2 國外實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)

國際上也存在許多實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)規(guī)范，這些規(guī)范主要由美國的各個(gè)相關(guān)的協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)制定，屬于行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。常用的標(biāo)準(zhǔn)如下：

4 某儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)案例

本章將通過XX工程儀器儀表及電氣實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)案例來具體分析研究堆實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、采購原則以及影響因素。

4.1 實(shí)驗(yàn)室器材采選思路

XX實(shí)驗(yàn)室位于某研究堆的12.000m層，主要功能為儀器儀表性能實(shí)驗(yàn)及反應(yīng)堆電氣實(shí)驗(yàn)。根據(jù)功能將實(shí)驗(yàn)室分為“電氣區(qū)”和“儀控區(qū)”，分別處理電氣及儀控檢修實(shí)驗(yàn)。因此設(shè)備采購原則主要為功能性、經(jīng)濟(jì)性、精確性。