CPR1000型核電機組蒸汽發生器承壓堵板裝拆與輻射防護

張志強 謝世宇

(廣西防城港核電有限公司， 廣西 防城港， 538001)

0 引言

核電站停堆大修期間，需在蒸汽發生器一次側水室內進行檢修作業，而要順利完成一次側水室內檢修工作，需要在水室內安裝堵板，安裝堵板是開展水室內檢修作業的先決條件之一。

蒸汽發生器一次側水室內輻射水平較高，人員在水室內裝拆堵板外照射風險和放射性污染風險都非常大。因此裝拆堵板作業，是核電站輻射防護重點關注的高輻射風險工作之一。

1 CPR1000蒸汽發生器簡介

CPR1000型核電機組蒸汽發生器是立式、自然循環、U形管式蒸發器。從反應堆流出的冷卻劑經一回路熱管段由蒸汽發生器下封頭的進口接管進入水室，然后在倒U形管束內流動，倒U形管的外表面與二回路給水接觸，使二回路水汽化，從而進行一、二回路間的熱交換。

蒸汽發生器的下封頭由碳鋼鑄件制成半球形，內表面堆焊5～6 mm厚的不銹鋼，下封頭與管板焊接，并由厚19 mm的因科鎳隔板把下封頭分隔成進水和出水兩個水室。每一水室有一個與RCP系統(反應堆冷卻劑系統)連接的接管和一個人孔(以便檢修)[1]。蒸汽發生器下封頭結構見圖1。

蒸汽發生器裝拆堵板作業就是在蒸汽發生器下封頭中執行，即用專用設備“堵板”對一回路管道與蒸汽發生器連接處的管口進行臨時封堵，以便大修期間蒸汽發生器一次側水室的檢修。

圖1 CPR1000蒸汽發生器下封頭

2 裝拆堵板工作介紹

2.1 安裝堵板目的

蒸汽發生器安裝堵板的目的有兩個：一是蒸汽發生器一次側水室內檢修時防止異物掉入主管道；二是起密封承壓作用，以滿足一回路充水。

2.2 裝拆堵板水位示意圖

鑒于以上兩種目的，CPR1000型核電機組蒸汽發生器堵板分為兩種：

一是低水位簡易堵板，即用于防異物。低水位簡易堵板安裝后水位如圖2所示。

二是高水位承壓堵板，即用于防異物和充水承壓。高水位承壓堵板安裝后水位如圖3所示。

本文介紹機組首次10年大修高水位承壓堵板的裝拆作業[2]。

2.3 堵板組成

堵板主要由以下部分組成：左側板、中板、右側板和密封膠囊。左側板、中板和右側板為鋁合金材質，密封膠囊為橡膠材質。堵板示意圖見圖4、圖5。

圖2 低水位簡易堵板安裝后水位示意圖

圖3 高水位承壓堵板安裝后水位示意圖

圖4 中板和密封膠囊

圖5 左側板和右側板

2.4 裝拆堵板流程

裝拆堵板的主要工作流程有：

(1) 將折疊好的中板由人孔送入水室(密封膠囊應折疊平整)；在水室內將中板展開，并安裝到一回路主管道法蘭上方，并將中板上的兩顆螺栓旋入兩圈。

(2) 將堵板右側板送入水室并安裝到相應位置(安裝側板時，應先核對外弧面位置，外弧面接觸后，再對齊中間板接觸面)；按照相同的方法將堵板左側板送入水室并安裝到相應位置。

(3) 確認中板與側板標記位置正確；將全部螺栓旋入內環的螺紋孔內，手動擰緊；然后使用力矩扳手對稱緊固全部螺栓；安裝疏水孔堵塞。

(4) 工作結束后按照相反的順序拆除各部件即可。

3 工藝過程輻射風險分析

蒸汽發生器作為將一回路冷卻劑熱量傳遞給二回路給水的熱交換設備，由于自身結構的特殊性，蒸汽發生器一次側水室內輻射水平非常高，在水室內也容易滯留放射性污染物。水室內作業主要的輻射風險有以下幾點。

3.1 人員外照射風險

國內某核電廠首次十年大修時，蒸汽發生器水室內部平均環境劑量率約10.5 mSv/h，最大接觸劑量率22.5 mSv/h，工作結束后通過工作人員個人電子劑量計數據測讀，發現最大劑量率為17.5 mSv/h。人員在水室內工作一旦作業時間控制不好，人員受照劑量就會超過單日非預期照射限值(一般情況下單日受照劑量限值為1 mSv)[3]。

因此，裝拆堵板作業，最大的輻射風險就是人員非計劃照射。

3.2 人員放射性污染風險

由于蒸汽發生器的結構特點，蒸汽發生器一次側水室內部有放射性液體殘留物和放射性固體污漬狀殘留物，擦拭取樣測量輻射水平約0.22 mSv/h，使用表面污染儀測量時達到儀表滿量程(9 999 Bq/cm2)，因此人員進入蒸汽發生器水室內作業放射性污染風險也非常高，包括體表污染和內污染風險。不過進入蒸汽發生器間從事裝拆堵板作業的人員全部要求穿氣衣，只要工作人員作業過程中行為規范標準，人員污染的風險是可以有效控制的。

3.3 放射性污染物擴散風險

前述內容已經講到，由于蒸汽發生器結構特點，蒸汽發生器一次側水室內殘留有放射性液體和放射性污漬狀固體雜質。在堵板裝拆階段，人員從水室出來后會將蒸汽發生器水室內的高放射性污染物帶出來，進而擴散到蒸汽發生器間外面。另外，專用工具在3個蒸汽發生器間轉運的過程中如果包裹不當，也會造成污染擴散。

在拆除階段，由于使用后的堵板污染程度更嚴重，并且堵板拆除后要搬運至蒸汽發生器間外面進行包裹，如果場地布置不合理、人員操作不規范，更易造成污染擴散和人員污染[4]。

4 防護措施的改進與實踐

前面輻射風險分析中已經講到，蒸汽發生器裝拆堵板作業中主要的輻射風險為高輻射水平導致的人員非計劃照射(放射性污染風險人為干預手段相對較多，風險易于控制)。

外照射防護常用的方法有：時間防護法、屏蔽防護法和距離防護法。

由于工作人員需要進入蒸汽發生器水室，工作環境相對固定，無法增加防護距離；蒸汽發生器水室內輻射水平普遍較高，不是由單個輻射熱點產生，屏蔽防護法也基本無法實現；由于水室人孔較小，工作人員也無法加穿鉛衣進行個人屏蔽防護。控制工作人員受照劑量的方法就主要集中在了作業時間的控制上。

時間控制的措施主要有：強化人員技能培訓，提高人員的工作熟練程度；做好準備工作，避免在工作中出現返工或待工；人員輪流作業，進行劑量分擔。因此，準備階段的科學、充分準備和執行階段的嚴格過程控制就顯得尤為重要[5]。

4.1 準備階段做好充分的準備工作

4.1.1合理安排人員分工

由于堵板體積大，在裝拆過程中需要人員配合，所以，裝拆堵板人員的分工至關重要。參照國內同類機組以往大修的實踐經驗，一次完整的裝拆堵板作業(一個人孔內)安排3人執行完成。

(1) 第一人進入水室安裝堵板及手動旋入螺栓。其他兩人在水室外配合。水室內停留時間平均為110 s。

(2) 第二人進入水室緊固力矩、安裝疏水孔塞及取出充氣管，其他兩人水室外配合。水室內停留時間平均為90 s。

(3) 第三人進入水室取出疏水孔塞及拆除堵板，其他兩人水室外配合。水室內停留時間平均為90 s。

4.1.2科學設計實操培訓

大修前對堵板作業人員進行專項培訓。培訓過程中要盡可能模擬真實的作業環境，包括模擬訓練場地的大小、照明條件、人員的防護裝備等。

實操過程中主要訓練工作人員的技能熟練度；突發異常的應急響應能力，例如輻射水平異常、螺栓卡澀、突然斷電/斷氣等；還有人員心理素質的歷練也非常重要。

培訓考核過程中，進入水室的作業時間嚴格控制在90 s以內。

4.1.3優化改進密封膠囊螺孔

在安裝堵板的過程中，如果堵板螺孔、密封膠囊螺孔和蒸汽發生器本體螺孔對中不一致，螺栓就很難順利旋入螺孔。因此根據以往大修經驗，對密封膠囊的螺孔進行了適當改造。每塊堵板中板密封膠囊螺孔尺寸不變，將側板密封膠囊的8個螺孔由原有的30 mm×30 mm擴孔為30 mm×33 mm的橢圓，見圖6。人員在安裝側板時對中螺孔、旋入螺栓的時間就會大大縮短。

圖6 擴孔后的密封膠囊示意圖

4.1.4遠程監控人員劑量

蒸汽發生器水室內環境劑量率較高，裝拆堵板人員受照劑量很容易超過核電站規定的單日劑量限值水平。傳統的做法是根據測量的水室環境劑量率推測裝拆堵板人員可在水室內停留的時間，一般保守控制在90 s內。90 s時無論是否完成指定的任務都要求退出蒸汽發生器水室。這種劑量控制方式存在一些弊端：裝拆堵板人員的受照劑量不清楚，在90 s這個時間點是否完成相應工作不確定，如沒有完成再次進入水室必然會增加集體劑量。

國內某核電站首次10年大修蒸汽發生器裝拆堵板作業過程中，使用遠程無線電子劑量計(EPD)設備，該設備可以實時讀取人員的受照劑量。在人員單次受照劑量受控的情況下盡量延長人員在水室內的工作時間，進而減少人員重復進入水室的次數(重要提醒：工作人員需要準確判斷工作是否順利，如果發現工作明顯存在偏差，則要求迅速撤出水室)，遠程無線EPD設備的使用，大大提高了工作效率。例如在水室內緊固力矩工作，以往通過人工計時控制作業時間時，往往需要兩個人輪流作業，現在通過無線EPD實時監控，在個人劑量受控的前提下，盡量延長工作時間，基本上一名工作人員即可完成力矩緊固工作。無線EPD現場使用示意圖見圖7。

圖7 無線EPD現場使用示意圖

4.1.5工作場地、工器具和材料準備

(1) 蒸汽發生器房間搭建標準化的靜態封閉工作間(SAS)，包括通風、供氣、過渡區、充足的防護用品和廢物收集桶[6]。

(2) 安全物資準備到位：個人劑量遠程監控裝置、γ劑量率儀表、表面污染監測儀、安全繩、秒表等。

(3) 裝拆堵板過程中使用的工器具、設備準備齊全，包括堵板、疏水孔塞、充氣裝置、攝像裝置、工作文件等。

通過科學、充分的準備，盡可能避免出現返工或待工情況的發生。

4.2 執行階段嚴格控制工作過程

個人受照劑量和集體劑量的控制最終是在工作執行階段實現，因此執行階段的現場控制就顯得尤為重要。

4.2.1人數控制

(1) 作業現場設置警示隔離區，非作業人員禁止進入隔離區，盡量減少其他作業(人員)對該項目的干擾。

(2) 作業人數按照準備階段的人員分工進行控制，第一臺蒸汽發生器作業時，其余兩臺蒸汽發生器的作業人員和備用人員在8米氣閘門待工和休息，減少對作業現場的干擾，同時調整好自己的身體狀態。

4.2.2時間控制

(1) 作業過程中，進入蒸汽發生器水室的工作人員佩戴無線EPD，實時監視個人受照劑量，當作業時間達到預估的時間或受照劑量達到設定值時，人員要及時撤出水室。

(2) 為了保證作業人員能在規定的時間內有效撤出水室，還需要有必要的干預措施，即使用秒表計時和使用安全繩提醒人員及時撤離。

4.2.3地點控制

(1) 作業前，工作人員盡量在蒸汽發生器間外面交流工作信息，盡可能減少在蒸汽發生器間的停留時間。

(2) 在蒸汽發生器間作業時，配合人員盡量避開蒸汽發生器人孔，不允許在人孔正下方停留。

(3) 工作過程中如果出現異常，人員必須迅速從水室中撤出，在蒸汽發生器間外面進行工作交流，不允許在蒸汽發生器間討論工作。

4.2.4其他

關于放射性污染控制，需做好以下幾點：①進入蒸汽發生器水室的工作人員及蒸汽發生器間配合人員全部穿氣衣作業；②人員在作業過程中和穿脫氣衣時動作要標準規范，防止交叉污染；③作業現場及時進行污染普查和核清潔處理。

5 總結

國內某CPR1000型核電站機組首次10年大修蒸汽發生器裝拆堵板作業集體劑量為9.76 人·mSv，與國內同類機組相比處于較低水平，且無放射性污染事件發生。分析得出以下結論：

(1) 通過培訓提高工作熟練度對控制個人劑量和集體劑量很有效。培訓的過程盡可能模擬現場的真實情況，例如作業環境、人員防護裝備和可能出現的異常情況等。

(2) 設備優化改進，可以提高工作效率。例如密封膠囊螺孔適當擴大后，就很容易安裝螺栓。

(3) 現場工作過程控制很重要。工作過程中人員的合理分工、精細的工作流程、可行的異常處置預案等在控制高輻射風險作業方面非常實用。