核電廠輻射控制區不同進出模式運行成本分析

任學明，王雪峰，趙 凱

(1.臺山核電合營有限公司，廣東 臺山，529200；2.深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳，518172)

目前國內的核電廠輻射控制區主要有兩種進出模式，主流的傳統“七件套”模式和新型的清潔控制區模式。清潔控制區模式目前已在國內某核電廠全面應用，法國電力集團(EDF)及國內核電廠稱該模式為“EVEREST”模式或“珠峰”模式[1]，該模式已經歷了日常運行和大修工況的實踐檢驗。與傳統“七件套”模式相比，清潔控制區模式因不需要更換控制區專用防護用品，所以節省了時間，提高了控制區進出效率，同時也減少了專用防護用品的使用成本以及產生的廢物量，這也更加符合國家對核設施放射性廢物最小化的要求[2]。

基于以上優勢，國內多家核電廠已為采用該模式開展了相關工作，比如已有某核電廠在熱機修間等廠房實現了清潔控制區模式，并在按計劃分步實施中。可見新型的清潔控制區進出模式正在成為一種應用趨勢。但核電廠在決策是否采用控制區新型進出模式時依然慎重，利益代價比是其考慮的主要因素之一。

筆者通過某核電廠近幾年來的實踐，對大修和日常期間的兩種進出模式在輻射防護指標、運行成本以及廢物產生量等方面進行了初步分析和比較，以供其他核電廠的決策參考。

1 兩種進出模式簡介

傳統模式是人員進入控制區之前，需要先在冷更衣間內脫除個人衣物，僅著內褲(女士為內衣、內褲)進入熱更衣間，然后在熱更衣間穿上控制區專用防護用品。專用防護用品一般包括紙帽、安全帽、T恤、連體服、棉紗手套、襪子和安全鞋。防護用品共七件，所以傳統模式又稱“七件套”模式。出控制區時，在經過C1門(門框式表面污染監測設備)測量后，進入熱更衣間，脫除“七件套”后進入C2門(門框式表面污染監測設備，屬于控制區邊界)測量，然后在冷更衣間穿回個人衣物。傳統模式在日常和大修期間使用的個人防護用品種類沒有區別，使用數量等于進出控制區的次數。開展污染作業期間，需要在“七件套”基礎上加穿紙衣、乳膠手套、塑料鞋套等附加防護用品，使用量正比于日常或大修期間開展的放射性污染作業量。

EVEREST模式在進入控制區之前，僅需要在控制區入口處加穿一層防塵鞋套。對于部分勞保服不具備佩戴電子個人劑量計的人員，需要加穿馬甲，以用來佩戴電子個人劑量計。出控制區時，在經過C2門監測后，脫除防塵鞋套和馬甲(若有)。為有效控制潛在污染風險，該核電廠采用“潛在污染區”管理模式(且目前僅該核電廠在采用“潛在污染區”管理模式)，人員在進入潛在污染區時，需要加穿帽套、棉紗手套和橡膠鞋套[3]。潛在污染區僅限于部分放射性污染擴散風險高的房間或區域，數量非常有限。另外，開展污染作業期間也需要使用到(但不限于)帽套、棉紗手套和橡膠鞋套，因此帽套、棉紗手套和橡膠鞋套的使用量正比于進出潛在污染區以及污染作業區的人次。此外，針對化學操作人員，在控制區熱實驗室內需要加穿棉質白大褂。以上既適用于日常期間，也適用于大修期間。但在大修期間，還需要使用到連體服和安全鞋。因為大修期間反應堆廠房會有大量放射性作業同步開展，污染擴散風險非常高。該核電廠要求進入反應堆廠房加穿連體服、帽套、棉紗手套、橡膠鞋套等附加防護用品，少數高溫高污染風險作業人員還需要更換專用安全鞋[3]。開展污染作業期間，使用到的紙衣、乳膠手套、塑料鞋套等附加防護用品，使用方式與傳統模式一致，使用量正比于日常或大修期間開展的放射性污染作業量。

采用EVEREST模式的某核電廠，在經過幾年來日常運行以及大修的實踐檢驗，其主要輻射防護指標在中廣核各核電廠中處于中上游水平。在控制區邊界人員體表污染監測方面，EVEREST模式C2門監測的是人員著工作服的體表污染情況，傳統模式C2門監測的是人員脫去工作服后的體表污染情況，二者的C2門報警率相當，日常運行期間均小于0.1%，大修期間大約在0.2%到0.4%間。

2 放射性廢物產生量與運行成本估算

2.1 概述

兩種進出模式最大的區別在于防護用品使用成本與放射性廢物產生量上。為突出兩種進出模式的區別，僅針對不同模式在防護用品使用種類或使用量上的不同進行分析對比。對與進出模式無關的防護用品的使用情況則不作比較，比如氣衣、氣面罩、紙衣等的使用情況，其使用量僅與開展的污染作業活動量有關，與進出模式無關，故不在本文中開展討論。防護用品的使用以及廢物產生量上在核電廠不同運行狀態(日常運行和大修)下略有不同，下文以某核電廠為例，結合核電廠日常運行和大修兩種運行狀態，分別進行分析比較。

2.2 日常運行期間

核電廠日常運行主要為生產發電，并開展必要的維修和生產活動，控制區進出人次以及生產維修活動均較少。防護用品使用成本包括一次性防護用品的消耗量、可復用防護用品經過反復清洗的報廢量以及清洗防護用品的水電成本等。

某核電站日常運行期間采用“EVEREST”進出模式的廢物產生量及運行成本估算情況列于表1。

表1 日常運行期間“EVEREST”模式放射性廢物產生量及運行成本(單臺機組)1)

廢液產生量為每年清洗可復用防護用品產生的清洗廢液量(作為放射性廢液)，估算方法為：

式中，Qliquid為清洗廢液產生量，L；N為防護用品使用量，件(雙)；m為單件防護用品質量，kg；Qlaundry為洗衣機單次清洗用水量，L，本文中取209 L；mlaundry為洗衣機單次清洗防護用品質量，kg，本文中取27 kg。

固廢產生量為一次性防護用品使用量以及可復用防護用品經過一定清洗次數后報廢的年化產生量(作為放射性廢物)。一次性防護用品產生的固體廢物為使用量乘以單件防護用品質量，可復用防護用品固廢產生量計算方法為：

式中，Qwaste為固體廢物產生量，kg；N為防護用品使用量，件(雙)；m為單件防護用品質量，kg；nlaundry為防護用品平均可經受清洗次數，結合各電廠實際運行經驗，可重復利用防護用品本文取200次。

某核電站日常運行期間采用傳統進出模式的廢物產生量及運行成本估算情況列于表2。

表2 日常運行期間傳統進出模式放射性廢物產生量及運行成本(單臺機組)1)

日常運行期間兩種進出模式放射性廢物產生量與運行成本對比列于表3。

由表3可知，在日常運行期間采用“EVEREST”模式的核電廠(采用“潛在污染區”控制策略)因為使用防護用品產生的廢液和固廢產生量都顯著低于傳統的“七件套”模式。如果采用“EVEREST”模式的核電廠在污染控制上不采用“潛在污染區”控制策略，則日常期間產生的清洗廢液量及固廢量將進一步減少。在運行成本上，“EVEREST”模式也僅占傳統模式的三分之一。

表3 日常運行期間兩種模式放射性廢物產生量與運行成本對比(單臺機組)

2.3 大修期間

大修主要為燃料更換，并開展相關的維修和在役檢查等工作，控制區進出人次多且集中，維修、檢查等工作量大。采用“EVEREST”模式的核電廠因為大修期間防護用品使用規則有調整，所以在防護用品的使用量上有變化，主要體現在增加了紙帽、連體服和橡膠鞋套的使用量。某核電站大修期間采用“EVEREST”進出模式的廢物產生量及運行成本估算情況列于表4。

表4 大修期間采用“EVEREST”模式放射性廢物產生量以及運行成本估算(單臺機組)1)

表4中，大修期間防護用品中的連體服主要用于工作人員進入反應堆廠房和特定人群進入熱機修間使用，安全鞋主要用于特定人群進入反應堆廠房和熱機修間使用。因為停堆期間該核電廠所有進入反應堆廠房人員均要求穿戴連體服，因此連體服的使用量要多于安全鞋使用量。

某核電站大修期間采用傳統進出模式的廢物產生量及運行成本估算情況列于表5。

表5 大修期間傳統進出模式放射性廢物產生量及運行成本(單臺機組)

某核電廠大修期間采用兩種進出模式的放射性廢物產生量與運行成本比對列于表6。

由表6可知，核電廠在大修期間采用“EVEREST”模式產生的放射性廢物量依然顯著低于傳統的“七件套”模式。大修期間兩種模式在廢液和固廢產生量上沒有日常期間的差異大，這是因為采用“EVEREST”模式的核電廠在大修期間對整個反應堆廠房加強了污染控制，要求進入反應堆廠房的人員必須加穿紙帽、連體服、棉紗手套、橡膠鞋套等附加防護用品，這減少了兩種模式在防護用品使用量上的差異。大修期間因為“EVEREST”模式核電廠對反應堆廠房加強了管控，使得大修期間防護用品使用成本大幅增加，單次進出成本大約為日常運行期間的2倍，約為“七件套”模式的80%。

表6 兩種模式大修期間放射性廢物產生量與運行成本對比(單臺機組)

3 其他運行成本分析

3.1 廢物處置成本

除了以上分析的運行過程成本以外，廢物處置成本也是必須考慮的因素。目前清洗后產生的廢液在核電廠中被RPE系統(核島排氣疏水系統)收集，經過監測在滿足法規和電廠要求后排放；固體廢物作為低放射性或極低放射性廢物，在電廠壓縮暫存后，交由城市低放廢物處置場存放，目前城市放射性廢物送貯費按國家規定未收取費用[4]。

可復用防護用品因被嚴重污染而直接報廢的部分，各電廠處理方式一致，因為與采用何種模式無關未作比較。

3.2 人力成本

在輻射防護、洗衣房以及廠房核清潔的人力需求方面，兩種模式的人力資源配置基本一致，沒有因“EVEREST”模式直接增加人力。但“EVEREST”模式在控制區內核清潔的范圍和頻次、表面污染測量的范圍和頻次上，會比傳統模式的核電廠要求高。核清潔與表面污染測量一般都會要求月度全覆蓋(反應堆廠房以及高輻射風險房間除外)。另外，在大修期間的去污工作量上，“EVEREST”模式的核電廠會稍高于傳統模式，主要體現在“EVEREST”模式對去污驗收的標準更高，一般對應的去污工作量也會更大些。

3.3 輻射監測儀器成本

在輻射監測儀表方面，“EVEREST”模式需要儀表對表面污染響應更靈敏，目前市場上主流的表面污染監測儀表基本均滿足要求。在輻射監測儀表數量方面，該模式本身不會因為核清潔標準高而增加輻射監測儀表。但是該核電廠采用的“潛在污染區”管理方式因為增加了潛在污染區的邊界數量，因此需要更多數量的儀表。增加的數量取決于實際設置的污染區以及潛在污染區的數量。這部分涉及到的儀表使用成本以及維護成本，本文未做考慮。

3.4 承包商引入成本

在大修期間承包商的引入費用方面，因為“EVEREST”模式有利于節省單個工作的人工時(節省了進出控制區的時間)，有利于減少大修承包商的引入成本。

4 結論

通過在日常運行期間和大修期間對輻射防護用品的報廢量、清洗用水成本和用電成本的分析，初步得出在國內采用“EVEREST”模式和“七件套”模式兩種控制區進出方式的廢物產生量以及運行成本。分析認為，在日常運行期間，“EVEREST”模式有明顯優勢，廢物產生量僅占“七件套”模式的20%到30%，其運行成本約為“七件套”模式的三分之一；在大修期間“EVEREST”模式的廢物產生量約占“七件套”模式的60%左右，運行成本約為“七件套”模式運行成本的80%。以上成本計算中，尚未考慮后端清洗廢水的處理成本以及產生的低放固廢的處置成本，如果考慮這部分的成本，兩種運行模式的差異將進一步擴大。

本文對兩種進出模式的運行成本進行了量化估算，希望能夠為新建核電廠決策采用何種控制區進出方式以及已運行核電廠是否改用“EVEREST”模式提供參考。

最后，需要指出的是，對于已運行核電廠如果中途改造為“EVEREST”模式，還需要考慮對控制區全面核清潔的去污成本。但是如果是從核電廠運行全周期來看，這一成本則是可接受的，因為當核電機組退役時，也要開展類似的核清潔。如果更早的實施清潔控制區模式，則可以減少退役階段的核清潔成本。