某核電廠潛在表面污染風(fēng)險管理探討

任學(xué)明，李肖寧，馬波陽

(臺山核電合營有限公司，廣東 臺山 529200)

放射性污染風(fēng)險管理是核電廠輻射防護管理的一個重要方面。目前國際上和國內(nèi)各核電廠對于放射性表面污染風(fēng)險的管理主要為“事后”管理，即核電廠中劃設(shè)的污染區(qū)均是已真實存在污染的區(qū)域；或者該房間在設(shè)計上即是污染區(qū)域，比如放射性收集地坑、水池等。國內(nèi)某核電廠控制區(qū)采用“EVEREST”(法語Evoluer VERs une Entrée Sans Tenue的縮寫)進出模式，意為穿著普通工作服即可進入控制區(qū)。該模式對控制區(qū)內(nèi)的表面污染控制提出了極大的挑戰(zhàn)，要求控制區(qū)內(nèi)能夠保持高度的核清潔水平。英國的核電廠以及法國的EDF(法國電力公司)集團旗下的多家核電廠均是采用“EVEREST”進出模式(在英國不稱為“EVEREST”，但同樣是穿普通工作服進出控制區(qū))，其對控制區(qū)的核清潔水平同樣提出了高度的要求。但英國和法國的核電廠在表面污染風(fēng)險的管理上也主要是采用“事后”管理的方式，即劃分的污染區(qū)均是實際的污染區(qū)，未設(shè)置潛在污染區(qū)。國內(nèi)該核電廠為了降低人員發(fā)生勞保服、勞保鞋等沾污的概率，在日常和大修期間均采用潛在污染風(fēng)險管理模式，通過對控制區(qū)內(nèi)各區(qū)域、房間中布置的設(shè)備、工作種類的分析，識別出潛在污染風(fēng)險高的區(qū)域或房間，并對這些區(qū)域和房間設(shè)置污染邊界進行提前管控。同時，通過對引入污染風(fēng)險的作業(yè)和已存在污染的區(qū)域進行嚴格管理和控制，達到防止污染擴散的目的。

1 表面污染分區(qū)方法

為了對潛在污染風(fēng)險進行有效識別和管理，某核電廠按表面污染水平以及潛在表面污染風(fēng)險，將控制區(qū)分為了K、NP、N1和N2四個子區(qū)[1]。其分區(qū)標準列于表1，分區(qū)方法及流程如圖1如示。

表1 污染分區(qū)標準(Co-60當量1))Tab.1 Standard of contamination zoning (Co-60 equivalent)

1)等效為Co-60的表面污染水平。

圖1 某核電廠表面污染分區(qū)原則[1]Fig.1 Principle of surface contamination zoning in one NPP[1]

從圖1可以看出，K區(qū)和NP代表該區(qū)域?qū)儆诟蓛魠^(qū)域，且不大可能發(fā)生污染擴散風(fēng)險，區(qū)別在于K區(qū)為常規(guī)廢物區(qū)，NP區(qū)屬于核廢物區(qū)；N1區(qū)代表該區(qū)域存在放射性設(shè)備，且存在一定的泄漏概率，有潛在的表面污染風(fēng)險；N2區(qū)代表該房間在設(shè)計上即有放射性流質(zhì)存儲的功能，比如燃料水池、放射性液體收集地坑等，或者是正常運行期間不可達的高輻射風(fēng)險區(qū)域，也包括已經(jīng)發(fā)生污染且無法去污到小于4 Bq/cm2水平的區(qū)域。

2 潛在污染風(fēng)險識別

從污染分區(qū)方法可以看出，污染分區(qū)的關(guān)鍵點和難點在于N1區(qū)的準確識別和控制，主要是放射性介質(zhì)包容的可靠性分析，以及在實踐中已發(fā)生的放射性污染擴散事件的分析。

2.1 放射性設(shè)備介質(zhì)包容可靠性分析

核電廠中使用的設(shè)備種類繁多，在分析當中，主要針對含有放射性流質(zhì)的機械設(shè)備進行分析識別，包括泵、閥門、容器、法蘭和管道等。

(1)泵。泵是核電廠中主要的設(shè)備之一。泵的密封形式有多種，比如填料密封，油封密封，機械密封、水力密封等。一般來講，泵類在設(shè)計上是允許存在一定的泄漏率的。為了限制泵在運行過程中泄漏產(chǎn)生的污染，除盡可能減少其泄漏量外，還會在泵下方設(shè)計收集泄漏液的基座，然后通過軟管將基座與廢液收集地坑相連，導(dǎo)出從泵體漏出的液體。如果基座沒有設(shè)計連接地坑的軟管，那么泄漏液還可能會擴散到基座外圍。因此，輸送放射性液體的泵的泵體、基座，甚至基座周圍區(qū)域，應(yīng)視為污染區(qū)(或潛在污染區(qū))進行管理。

(2)閥門。核電廠中使用的閥門種類多且數(shù)量龐大，在所有回路、管道、動力設(shè)備、儲存罐、容器、水池，以及與利用或傳送液體和氣體介質(zhì)有關(guān)的部件上均有配置。閥門的泄漏分為內(nèi)漏和外漏。內(nèi)漏是指閥座與關(guān)閉件之間對介質(zhì)達到的密封程度；外漏是指閥桿填料部位的泄漏、法蘭墊片部位的泄漏及閥體因鑄造缺陷造成的滲漏[2]。和泵不同，閥門的外漏是根本不允許的。為防止閥門外漏，可以通過壓縮填料等形式實現(xiàn)閥桿部位的密封；通過對閥蓋與閥體的連接法蘭進行唇邊密封焊來實現(xiàn)法蘭墊片部位的密封。另外，閥門與管路的連接方式不同也可能產(chǎn)生外漏，比如螺紋連接和法蘭連接；因此為避免外漏通常更多采用焊接端部連接，比如承插焊或套管焊，或者在螺紋連接后再進行密封焊。

不同種類的閥門其工作介質(zhì)的溫度和壓力不同。雖然閥門的外漏在設(shè)計上是不允許的，但是在實踐中，閥門的外漏是存在的。從經(jīng)驗反饋來看，介質(zhì)溫度在超過80 ℃時發(fā)生外漏的概率是較高的，比如RCV(化學(xué)與容積控制系統(tǒng))、TEP(冷卻劑儲存和處理系統(tǒng))、TEG(廢氣處理系統(tǒng))等系統(tǒng)，其閥門間會被識別為潛在污染區(qū)進行管理。其它系統(tǒng)的閥門間則主要識別為干凈區(qū)。

(3)法蘭。法蘭起著連接管道、泵、閥門、壓力容器及各種承壓設(shè)備的重要作用，并與墊片、螺栓共同組成密封接頭體。在高溫、承壓的情況下，法蘭的密封墊片幾乎不可避免地會產(chǎn)生泄漏。主要是因為存在多種情況會引起墊片應(yīng)力的下降，包括墊片材料在高溫和長期的應(yīng)力作用、連接件與緊固件連接材料不同引起的熱膨脹量不同以及高溫下緊固件的蠕變等[3]。核電廠中使用的墊片有含有金屬增強層的石墨墊片、鍍銀的金屬墊片，如Helicoflex等。為避免外漏，可以對連接法蘭進行唇邊焊。因此，采用法蘭連接的含有放射性介質(zhì)的管道，也要按介質(zhì)溫度以及是否采用唇邊焊等方式對法蘭所在系統(tǒng)和房間進行潛在污染識別。

(4)容器。在識別潛在污染區(qū)的過程中，一般將含有放射性介質(zhì)的容器、熱交換器、地坑等均作為容器類考慮。在分析中，可將容器分為開放式和密閉式兩種考慮。對于開放式容器，因為存在操作失誤或異常情況時液體溢出的風(fēng)險，因此含有放射性介質(zhì)的開放式容器所在房間一般可以認為是潛在污染區(qū)或污染區(qū)。密閉式容器對于放射性介質(zhì)雖然有比較可靠的包容，但容器在系統(tǒng)中通常會伴隨與閥門、法蘭等的連接，因此密閉式容器所在的房間也要重點關(guān)注，識別方法可以參照閥門、法蘭的識別方法。含有放射性介質(zhì)的熱交換器所在的房間一般會識別為潛在污染區(qū)，因為熱交換器內(nèi)的介質(zhì)溫度一般較高，從實踐反饋來看，熱交換器發(fā)生泄漏的概率也相對較高。對于地坑類容器，比如核電廠中RPE(核島排氣和疏水系統(tǒng))系統(tǒng)含有大量的專門用于收集放射性廢液和非放射性廢液的罐子或地坑，按介質(zhì)一般可以直接分為干凈區(qū)或N2區(qū)。

(5)管道。管道通常對放射性介質(zhì)的包容可靠性較好，管道的連接也多采用焊接連接，密封性好，一般不作為潛在污染區(qū)。但管道內(nèi)高溫高流速的介質(zhì)會導(dǎo)致管道焊接區(qū)的降質(zhì)，不排除發(fā)生泄漏的可能性。

以上分析涵蓋了核電廠的主要機械設(shè)備，其分析原則也基本適用于其他種類機械設(shè)備。對于正常運行期間沒有放射性介質(zhì)的系統(tǒng)，如設(shè)備冷卻水系統(tǒng)等，正常只需關(guān)注設(shè)備所在位置的外照射情況，但涉及到接觸液體的操作均需要戴乳膠手套等進行防護。當出現(xiàn)設(shè)備故障或操作失誤導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備泄漏等有液體滲漏時，為保險起見，需要對水進行取樣測量以驗證是否有放射性。一旦發(fā)現(xiàn)存在放射性，則需要啟動調(diào)查，進而消除設(shè)備故障或偏差，同時啟動開展設(shè)備去污。對于不能去污到本底的，按實際污染水平進行分區(qū)管理。

2.2 已發(fā)生污染事件的分析

除了對設(shè)備的介質(zhì)包容可靠性開展分析外，還要對已發(fā)生污染事件的原因進行分析。根據(jù)該核電廠實際數(shù)據(jù)分析，這部分主要有設(shè)備的設(shè)計缺陷、安裝的偏差或者人因失誤等。比如部分載有放射性流質(zhì)的泵的機械密封引流管設(shè)計為直接對空排放，導(dǎo)致在泵的運行過程中放射性液體直接流到地面上造成地面污染；或者泵或疏水閥的引流管出口未對準地漏造成地漏周圍地面污染的情況；或者由于人因操作失誤，導(dǎo)致作為承壓邊界的隔離閥未關(guān)緊造成下游堵頭泄漏等情況。針對上述設(shè)計缺陷或偏差，在完成改造前，需要將相關(guān)區(qū)域或房間設(shè)置為潛在污染區(qū)(N1區(qū))或污染區(qū)(N2區(qū))；對于人員失誤導(dǎo)致的污染擴散，需要結(jié)合人員作業(yè)的類型和頻率進行分析，對于誤操作易引起污染擴散并且操作頻率高的作業(yè)區(qū)域，一般作為潛在污染區(qū)管理。

3 表面污染控制

該核電廠采用的“EVEREST”控制區(qū)進出模式，其最大挑戰(zhàn)是控制區(qū)內(nèi)表面污染的控制。將放射性污染限制在污染區(qū)域或污染作業(yè)區(qū)域邊界內(nèi)，保證干凈區(qū)域不存在表面污染，是實現(xiàn)“EVEREST”模式的關(guān)鍵。目前各核電廠中應(yīng)用的表面污染控制方法差別不大，常見的控制方法有以下幾種：

(1)污染分區(qū)，設(shè)置邊界

對已存在污染的區(qū)域以及識別的潛在污染區(qū)設(shè)置污染邊界，將(潛在)污染區(qū)域、房間與干凈的區(qū)域、房間隔離開。污染隔離邊界主要包括防護用品柜、隔離帶、門檻、粘塵墊以及表面污染監(jiān)測儀表，如圖2所示。在某些污染邊界處，可能會因劑量率高而導(dǎo)致表面污染監(jiān)測儀表測量不準確，這時需要將表面污染監(jiān)測儀表放置在就近的低本底區(qū)域進行表面污染監(jiān)測。

①污染門檻;②放射性廢物桶；③防護用品回收桶； ④表面污染監(jiān)測儀表；⑤粘塵墊；⑥防護用品存放柜。圖2 污染邊界設(shè)置示意圖Fig.2 Sketch of contamination boundary

進入潛在污染區(qū)域(N1區(qū))人員需要加穿橡膠鞋套、棉紗手套和帽套；進入污染區(qū)域(N2區(qū))人員需要穿戴橡膠鞋套、塑料鞋套、棉紗手套、乳膠手套、紙衣和帽套。對于引入污染風(fēng)險的作業(yè)，人員防護用品的使用則以作業(yè)風(fēng)險的防護要求為準。在干凈區(qū)域內(nèi)開展的有污染風(fēng)險的作業(yè)，需要建立臨時污染作業(yè)區(qū)，工作結(jié)束后恢復(fù)分區(qū)。

(2)表面污染監(jiān)測

對控制區(qū)內(nèi)所有可達區(qū)域定期開展表面污染監(jiān)測有助于及時發(fā)現(xiàn)因設(shè)備泄漏或誤操作等造成的污染事件，并通過設(shè)備維護、去污等恢復(fù)和保持控制區(qū)的核清潔狀態(tài)，有效減少人員、地面的污染擴散事件，也為“EVEREST”模式的順利實施提供了保障。設(shè)置在控制區(qū)邊界的門框式監(jiān)測儀，要求可以監(jiān)測到國標中對人員體表的監(jiān)測限值[4]：α<0.04 Bq/cm2，β<0.4 Bq/cm2。

(3)放射性物質(zhì)運輸

放射性設(shè)備、物質(zhì)在不同污染區(qū)域間運輸需要確保其不存在松散表面污染，一般會要求對設(shè)備或物質(zhì)進行包裹，以防止放射性介質(zhì)泄漏或脫落而導(dǎo)致放射性污染擴散。因為該核電廠的干凈區(qū)域分區(qū)標準是0.4 Bq/cm2，因此放射性設(shè)備或物質(zhì)在運輸經(jīng)過干凈區(qū)域時要求表面污染水平小于0.4 Bq/cm2。

(4)場地鋪設(shè)和人員防護

對存在放射性污染擴散風(fēng)險的作業(yè)鋪設(shè)作業(yè)場地，布置污染邊界，限制污染的擴散，保護場地。對作業(yè)區(qū)內(nèi)的人員使用防護用品進行防護，依據(jù)作業(yè)風(fēng)險的不同選擇不同的防護用品。典型的需要鋪設(shè)作業(yè)場地的有放射性流質(zhì)管道的開口作業(yè)，閥門的解體檢修、打磨作業(yè)，管道的切割、機加工等作業(yè)。對于像蒸汽發(fā)生器裝拆堵板等高輻射、高污染風(fēng)險作業(yè)，還需要搭設(shè)SAS(負壓工作棚)以限制污染的擴散。人員使用的防護用品一般有紙衣、棉紗手套、乳膠手套、塑料鞋套、氣衣、氣面罩等。

(5)工器具分開使用

為了避免污染擴散，核電廠要求控制區(qū)內(nèi)使用專用的工器具，并且工器具按干凈工器具和污染工器具分開存放。在干凈區(qū)域內(nèi)禁止使用污染的工器具，在污染區(qū)域內(nèi)或存在污染風(fēng)險的作業(yè)優(yōu)先使用污染區(qū)專用工器具，以避免污染擴散。對于污染水平嚴重的工器具進行報廢處理。

(6)人員授權(quán)培訓(xùn)

為避免工作人員在控制區(qū)內(nèi)因行為不規(guī)范造成污染擴散，所有在控制區(qū)內(nèi)工作的人員均須進行輻射防護培訓(xùn)，經(jīng)過考核合格后給予輻射防護控制區(qū)進入授權(quán)。授權(quán)培訓(xùn)分為理論培訓(xùn)和實操培訓(xùn)，內(nèi)容包括輻射防護的基本理論，電廠的管理規(guī)定以及人員的行為規(guī)范要求等。易造成污染擴散的典型行為有在污染區(qū)內(nèi)擦汗、扶眼鏡、隨意觸碰設(shè)備、隨意坐靠、戴手套打電話以及穿脫防護用品不規(guī)范等。

(7)反應(yīng)堆廠房表面污染控制

反應(yīng)堆廠房是表面污染控制的重點關(guān)注對象。因為該核電站反應(yīng)堆廠房采用“雙室”設(shè)計，設(shè)備間和工作間之間設(shè)置有實體隔離，功率運行期間允許工作人員進入反應(yīng)堆廠房[5]。因此，反應(yīng)堆廠房在功率運行模式期間，整體作為潛在污染區(qū)管理。人員進入之前，需要提前2天投運EBA系統(tǒng)(安全殼換氣通風(fēng)系統(tǒng))[6]對反應(yīng)堆廠房工作間進行空氣吹掃，人員按潛在污染區(qū)要求進行防護。

停堆期間，大量放射性污染作業(yè)在反應(yīng)堆廠房集中開展。反應(yīng)堆廠房作為重點管控對象，需要采取一些特別措施。主要有以下幾點：

1)提高防護要求

停堆期間，在進入反應(yīng)堆廠房前需要在潛在污染區(qū)防護要求的基礎(chǔ)上加穿連體服。在進入反應(yīng)堆廠房內(nèi)部的污染作業(yè)區(qū)域前，需要在既有防護用品的基礎(chǔ)上附加乳膠手套、紙衣、塑料鞋套等防護用品。以確保作業(yè)區(qū)域的污染不被擴散到反應(yīng)堆廠房的其他區(qū)域。

2)反應(yīng)堆廠房溫度控制

該核電廠位于中國南方某省，夏天氣溫炎熱，即便是在冬天，反應(yīng)堆廠房主要設(shè)備間內(nèi)的溫度在機組停堆期間也曾達到27 ℃到31 ℃之間。考慮到進入反應(yīng)堆廠房時人員需穿著多層防護用品，人員容易因為過熱感到疲憊和出汗，導(dǎo)致防護用品防護性能下降，甚至導(dǎo)致人員工作服或體表沾污。因此，停堆期間盡可能保持反應(yīng)堆廠房在較低的溫度有利于污染控制，也有利于保持人員的良好工作狀態(tài)。

3)針對高污染作業(yè)人群采用“兩件套”防護要求

針對反應(yīng)堆廠房內(nèi)開展高污染作業(yè)的人群，使之采取特殊的防護要求——“兩件套”。即讓這些開展高污染作業(yè)的人員，在更衣間脫掉個人工作服和勞保鞋，更換為專用連體服和安全鞋這兩件防護用品。這樣這些人員在進入反應(yīng)堆廠房時便不再需要加穿連體服，從而減緩在反應(yīng)堆廠房內(nèi)作業(yè)容易出汗的問題，進而達到控制污染的目的。

4)場地管理責(zé)任制

場地管理責(zé)任制是開展表面污染控制的一種管理手段，主要針對大修期間同時開展大量污染作業(yè)的情況。場地管理可分為“區(qū)域網(wǎng)格化管理”和“污染場地責(zé)任制管理”。前者是指對控制區(qū)廠房(比如反應(yīng)堆廠房)進行網(wǎng)格式劃分，為每個網(wǎng)格區(qū)域指定責(zé)任人，由該責(zé)任人管理其負責(zé)區(qū)域內(nèi)的作業(yè)場地，確保其責(zé)任區(qū)域內(nèi)不發(fā)生污染擴散事件；后者是將污染作業(yè)場地管理責(zé)任落實給各作業(yè)場地對應(yīng)的工作負責(zé)人，由各工作負責(zé)人進行污染控制和監(jiān)測。通過落實管理責(zé)任，達到控制污染擴散的目的。近年來這兩種制度都有在實際應(yīng)用，實踐證明可行。

4 潛在污染風(fēng)險管理的優(yōu)劣勢分析

4.1 潛在污染風(fēng)險管理的優(yōu)勢

潛在污染風(fēng)險管理在“EVEREST”模式的核電廠中有一定的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在可以減少人員沾污和地面污染擴散概率。因為潛在污染風(fēng)險高的區(qū)域已設(shè)置污染邊界，人員進入已得到防護用品的保護。另外，采用潛在污染風(fēng)險管理，可以減少人員防護用品沾污的處理成本。采用“EVEREST”模式的核電廠是穿著自身的勞保服、勞保鞋進出控制區(qū)，一旦這些防護用品發(fā)生沾污，后續(xù)處理起來比較麻煩：比如需要給工作人員提供備用的勞保用品，對污染的勞保用品進行清洗去污，清洗干凈后再歸還當事人，并回收提供給當事人的勞保用品等，處理流程復(fù)雜，管理成本高。采用潛在污染風(fēng)險管理，可以有效減少類似事件的發(fā)生。

4.2 潛在污染風(fēng)險管理的劣勢

潛在污染風(fēng)險管理的劣勢在于控制區(qū)內(nèi)同時設(shè)置有潛在污染區(qū)和實際的污染區(qū)，因進入這兩種污染區(qū)的防護要求不同，易使工作人員混淆，不利于污染區(qū)的管理。另外，潛在污染區(qū)需要設(shè)置邊界進行管理，一定程度上增加了防護用品的使用量。

5 總結(jié)

本文介紹了某核電廠潛在污染風(fēng)險的管理方式，包括潛在表面污染風(fēng)險的識別和污染控制方法。通過識別潛在污染風(fēng)險較高的房間和區(qū)域，結(jié)合污染監(jiān)測和設(shè)立污染邊界等管理手段，來預(yù)防因設(shè)備泄漏或人員誤操作等引起的污染擴散或人員污染。雖然該核電廠投入運行的時間并不長，但是從投運以來的實踐反饋來看，人員防護用品沾污發(fā)生的區(qū)域大部分是在已識別的潛在污染區(qū)，比如主要核回路系統(tǒng)的泵和閥門間。目前來看，該核電廠潛在污染的管理方式是有效的。隨著核電廠運行時間的延長，設(shè)備發(fā)生降質(zhì)或泄漏的概率將會逐漸升高，通過繼續(xù)分析和總結(jié)污染擴散事件的原因和共性等，有助于完善潛在污染風(fēng)險的識別方法。該核電廠潛在污染風(fēng)險的管理方式，也可以供其他核電廠在污染風(fēng)險管理上參考，尤其是準備采用“EVEREST”模式的核電廠。