某核電站輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀表性能優(yōu)化

傘振雷

（中核檢修有限公司連云港分公司，連云港 222002）

某核電站輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Automated Radiation Monitoring System，簡(jiǎn)稱ARMS）是外方NITI研究院為配合實(shí)施某核電站全數(shù)字化儀控系統(tǒng)而新開發(fā)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［1，2］。該系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)電站所有的輻射監(jiān)測(cè)儀表按不同功能和不同的電源通道有機(jī)地組合起來(lái)，既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，使整個(gè)電站的輻射水平處于多層及有效的全方位監(jiān)控之下［3-6］。系統(tǒng)通道遠(yuǎn)多于國(guó)內(nèi)其他核電站，且設(shè)計(jì)理念也有所差異，ARMS在結(jié)構(gòu)上分成兩個(gè)層次：上層（簡(jiǎn)稱綜合層）由數(shù)據(jù)采集、處理工控機(jī)及終端工作站組成，下層由就地儀表測(cè)量通道和電動(dòng)控制單元及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成［7-10］。

ARMS具有自動(dòng)化測(cè)量、數(shù)字控制和顯示，大部分通道在正常運(yùn)行工況時(shí)具有連續(xù)監(jiān)測(cè)、能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)、響應(yīng)快速等特點(diǎn)，為核安全和輻射安全監(jiān)督及時(shí)提供信息。因ARMS下層大部分儀表與電站工藝系統(tǒng)保護(hù)相聯(lián)鎖，部分監(jiān)測(cè)儀表甚至參與反應(yīng)堆停堆保護(hù)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表失去實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，對(duì)ARMS必須采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木S修策略，以保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

1 輻射監(jiān)測(cè)儀表結(jié)構(gòu)

ARMS下層測(cè)量設(shè)備均為智能化儀表，設(shè)備由法國(guó)MGPI公司供貨，主要有探測(cè)器、就地處理單元和端子箱等。通過取樣管路將系統(tǒng)介質(zhì)引入儀表的測(cè)量腔室進(jìn)行放射性活度測(cè)量并產(chǎn)生實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，可連續(xù)監(jiān)測(cè)通過測(cè)量腔室介質(zhì)的放射性活度，探測(cè)器采集輻射和熱工變量（活度、核素成份、劑量率、流量、溫度、壓力等），就地處理單元對(duì)來(lái)自探測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行綜合計(jì)算和處理后將儀表的測(cè)量信息送入儀表的接線箱，接線箱通過不同方式將信號(hào)輸出，確保相關(guān)工藝系統(tǒng)的放射性水平和放射性氣體排放控制在規(guī)定的限值范圍之內(nèi)，儀表示意如圖1所示。

圖1 ARMS儀表的示意圖Fig.1 ARMSinstrument diagram

2 在線監(jiān)測(cè)儀表性能優(yōu)化

2.1 降低高量程惰性氣體監(jiān)測(cè)儀誤報(bào)率

高量程惰性氣體監(jiān)測(cè)儀（NGM 203SC Noble Gas Monitor）用于核島反應(yīng)堆廠房環(huán)形空間及安全廠房應(yīng)急負(fù)壓系統(tǒng)中惰性氣體的活度監(jiān)測(cè)，儀表設(shè)計(jì)為核級(jí)抗震設(shè)備，屬于事故后重要監(jiān)測(cè)儀表。該儀表安裝在安全廠房壓縮機(jī)房間，通過取樣管線，從通風(fēng)系統(tǒng)被取樣的氣體介質(zhì)通過管線和儀表上的閥組及過濾裝置，進(jìn)入流氣式電離室進(jìn)行測(cè)量，正常情況下儀表探測(cè)器輸出1E-14 A弱電流，電流輸入LPU處理單元通過計(jì)算轉(zhuǎn)換成體積活度值。

作為新型的NGM 203SC核級(jí)事故后監(jiān)測(cè)儀表，在某核電站為首次使用，儀表采用第三代LPU、回路壓力補(bǔ)償裝置等新技術(shù)。儀表在完成調(diào)試投運(yùn)后初期，間隔2～3天出現(xiàn)放射性測(cè)量超閾值誤報(bào)警現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)室取樣分析，發(fā)現(xiàn)放射性惰性氣體活度并未超過報(bào)警閾值，說(shuō)明儀表為誤報(bào)警信號(hào)，且誤報(bào)率較高，嚴(yán)重影響輻射監(jiān)控室和主控室后備盤對(duì)核島反應(yīng)堆廠房環(huán)形空間及安全廠房應(yīng)急負(fù)壓系統(tǒng)的正常監(jiān)測(cè)及儀表測(cè)量的穩(wěn)定性。

根據(jù)某電站一期相同通道儀表報(bào)警率統(tǒng)計(jì)，2009—2019年度誤報(bào)警次數(shù)平均三個(gè)月出現(xiàn)一次儀表誤報(bào)警。一期通道使用MGP二代產(chǎn)品，二期是三代產(chǎn)品，但儀表所處工藝系統(tǒng)沒變，儀表基本原理相同，所以數(shù)據(jù)有很大的參考性，降低儀表誤報(bào)警率，達(dá)到2次/月的設(shè)定目標(biāo)是可行的。

當(dāng)打開儀表過濾裝置和測(cè)量腔室時(shí)，發(fā)現(xiàn)大量沉積灰塵、金屬顆粒及濾紙碎片（如圖2、圖3所示），這些雜質(zhì)在測(cè)量腔室中容易引起儀表探頭的電流波動(dòng)，從而產(chǎn)生誤報(bào)警。同時(shí)工藝系統(tǒng)或廠房環(huán)境在安裝調(diào)試階段積累的灰塵較多，系統(tǒng)設(shè)備啟動(dòng)或清潔時(shí)易引起揚(yáng)塵跟隨儀表取樣管線抽氣進(jìn)入儀表測(cè)量腔室。

圖2 取樣介質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入測(cè)量腔室Fig.2 Impuritiesin the sampling medium enter the measurement chamber

圖3 濾紙碎屑進(jìn)入測(cè)量腔室Fig.3 Filter paper debrisentering the measurement chamber

為降低儀表誤報(bào)率，提高儀表的穩(wěn)定性，減少破損濾紙及雜質(zhì)進(jìn)入測(cè)量腔室內(nèi)，應(yīng)對(duì)取樣管線進(jìn)行壓縮空氣吹掃，關(guān)閉儀表上的截止閥，打開工藝管道閥門對(duì)取樣管線進(jìn)行壓縮空氣吹掃。同時(shí)在環(huán)廊進(jìn)行核清潔時(shí)，因大量揚(yáng)塵顆粒進(jìn)入工藝系統(tǒng)，經(jīng)取樣管線進(jìn)入儀表測(cè)量腔室，應(yīng)提前了解核清潔工作計(jì)劃和進(jìn)度，對(duì)儀表進(jìn)行隔離，避免因核清潔導(dǎo)致?lián)P塵使顆粒進(jìn)入腔室。

腔室內(nèi)安裝過濾器的濾紙托盤網(wǎng)格尺寸約7 mm，測(cè)量進(jìn)入腔室內(nèi)濾紙碎屑最大長(zhǎng)度約4 mm，破碎的濾紙屑極易穿過托盤網(wǎng)格，隨取樣介質(zhì)氣流進(jìn)入到測(cè)量腔室。因此，應(yīng)優(yōu)化更換濾紙方式，避免在設(shè)備上直接操作，并在過濾器網(wǎng)格上增設(shè)銅濾網(wǎng)，更換時(shí)將濾紙和銅濾網(wǎng)一起拿下來(lái)在塑料布上進(jìn)行（如圖4所示）。這樣能夠避免碎屑漏到取樣管線，隨設(shè)備開機(jī)時(shí)進(jìn)入測(cè)量腔室。通過對(duì)改進(jìn)后近6個(gè)月高量程惰性氣體監(jiān)測(cè)儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，儀表誤報(bào)率由11次/月降至2次/月，儀表誤報(bào)警得到有效控制，放射性測(cè)量效果顯著提高，建議后續(xù)該類型儀表在過濾器上增加銅過濾網(wǎng)，避免雜質(zhì)進(jìn)入測(cè)量腔室導(dǎo)致誤報(bào)警。

圖4 過濾器增加銅濾網(wǎng)Fig.4 Filter added copper mesh

2.2 提高弱電流事故后輻射監(jiān)測(cè)儀表的穩(wěn)定性

GIM 206高量程γ劑量率監(jiān)測(cè)儀用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆出現(xiàn)事故情況下γ劑量率水平，該監(jiān)測(cè)儀為核級(jí)設(shè)備，能夠在事故后高溫、高壓、高輻射等極端惡劣的環(huán)境條件下工作一定時(shí)間。此類型儀表輸出電流極弱，本底電流1 E-15 A，因此極易受到外界的電磁干擾，導(dǎo)致儀表測(cè)量值波動(dòng)很大。根據(jù)儀表的特性，建議該類儀表電纜應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)（容易拆卸、屏蔽效果好），并與動(dòng)力電纜保持足夠距離，且電纜應(yīng)浮空，現(xiàn)場(chǎng)弱電流儀表及電纜如圖5所示。

圖5 弱電流儀表及電纜Fig.5 Weak current instrument and cable

該類儀表電纜的敷設(shè)是嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和施工，參考了國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如EJ-T1065—1998）。在調(diào)試初期，應(yīng)檢查這類儀表電纜是按上述要求敷設(shè)，并確定電纜的絕緣滿足技術(shù)要求，以保證儀表輸出測(cè)量值的穩(wěn)定性，確保儀表的可靠性。

2.3 提升液體測(cè)量通道測(cè)量容器的去污效果

液體活度監(jiān)測(cè)儀GLM 201（含測(cè)量回路）用于測(cè)量液體介質(zhì)的放射性活度。在運(yùn)行初期，當(dāng)測(cè)量腔室受到介質(zhì)中的放射性雜質(zhì)污染后，通過現(xiàn)有的沖洗回路對(duì)測(cè)量腔室去污，去污效率很低，且容易產(chǎn)生誤報(bào)警信號(hào)。因液體活度監(jiān)測(cè)儀GLM 201的測(cè)量報(bào)警信號(hào)參與相關(guān)工藝系統(tǒng)的聯(lián)鎖，污染報(bào)警信號(hào)會(huì)影響正常工藝系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

從儀表運(yùn)行和結(jié)構(gòu)等因素考慮，儀表測(cè)量回路介質(zhì)從下而上進(jìn)入測(cè)量腔室，上端為平面上開一個(gè)出口。原沖洗管道內(nèi)除鹽水沖洗方向與測(cè)量回路取樣介質(zhì)方向相同，因此介質(zhì)中的顆粒雜質(zhì)因重力原因不易從腔室內(nèi)排出，在沖洗水停止沖洗后，質(zhì)量大的顆粒雜質(zhì)容易沉積在測(cè)量腔室下部。根據(jù)觀察（如圖6測(cè)量腔室示意圖所示），測(cè)量腔室下部呈漏斗狀，如果沖洗方向從上至下，讓液體從下部漏斗口排出，通過定期用除鹽水反向沖洗，可解決顆粒雜質(zhì)因重力而無(wú)法從頂端平面口排出的問題。

圖6 測(cè)量腔室示意圖Fig.6 Measuring chamber diagram

對(duì)改進(jìn)后的效果進(jìn)行檢查，當(dāng)測(cè)量腔室再次污染時(shí)，通過新管線的沖洗以及壓縮空氣吹掃后，測(cè)量腔室的沖洗去污效果明顯提高，底部沉積雜質(zhì)明顯減少，殘留介質(zhì)也可順利排入地漏，測(cè)量腔室內(nèi)介質(zhì)可以排空，如圖7、8所示。

圖7 改進(jìn)前沖洗回路沖洗后效果圖Fig.7 Improved pre-rinse circuit after rinseeffect drawing

圖8 改進(jìn)后沖洗回路沖洗后的效果Fig.8 Theeffect of theimproved flush circuit after washing

通過對(duì)沖洗水回路改進(jìn)后的監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行跟蹤和統(tǒng)計(jì)，沖洗去污率提高到70%，沖洗去污效率顯著提高，沖洗水回路的可用性明顯增強(qiáng)，儀表測(cè)量腔室污染導(dǎo)致的誤報(bào)警得到有效地控制。后續(xù)工作建議定期對(duì)該類儀表測(cè)量腔室進(jìn)行沖洗，以降低因測(cè)量腔室污染而導(dǎo)致的誤報(bào)警。

3 設(shè)備成品保護(hù)

在機(jī)組調(diào)試前期，因通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)沒有投運(yùn)，設(shè)備所在房間往往環(huán)境條件差。在炎熱的夏季，潮濕的空氣遇到冷的取樣管線，容易在管線外壁上冷凝產(chǎn)生含鹽冷凝水，冷凝水會(huì)沿著垂直的管道流入測(cè)量室，從而損壞測(cè)量室的探頭（NaI探頭在調(diào)試期間損壞的故障率較高）。對(duì)于這類設(shè)備，應(yīng)及時(shí)采取對(duì)探測(cè)器增加防水措施并定期開展巡檢等方法。

在取樣系統(tǒng)調(diào)試期，取樣點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)之間的溫差較大，在介質(zhì)濕度相對(duì)較高的情況下，取樣管線內(nèi)容易產(chǎn)生冷凝水，應(yīng)對(duì)取樣管線及儀表包裹加熱電阻和保溫層。

4 結(jié)論

ARMS系統(tǒng)作為某核電站全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的重要組成部分，正確調(diào)試和高質(zhì)量的維護(hù)工作，是維持輻射探測(cè)器工作能力、保持其計(jì)量性能、對(duì)不同放射性介質(zhì)成分測(cè)量精確性的主要條件。本文對(duì)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀表運(yùn)行過程中遇到的相關(guān)問題，進(jìn)行不斷的技術(shù)改進(jìn)，使因儀表測(cè)量導(dǎo)致的誤報(bào)警得到了有效控制，有效提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，有利于正常工藝系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。