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钴源辐照装置的安全与技术创新

1、概述

  三强核力公司至1998年成立以来,已经在中国建成了十多座大型工业钴源辐照装置,设计装置总量已经超过4000万居里。2007年三强核力公司又完成了我国第一座工业钴源辐照装置的出口,在2007年该装置实际装源近300万居里,2009年7月15日,该装置又一次性增载80万居里,现该装置实际活度已经超过300万居里,成为由我国设计的实际装源最大的辐照装置。由于Isotron是全国三大辐射加工企业之一,其在全球8个国家有14座大型工业钴源辐照装置,拥有多年的运行经验,且其前身之一Gammaster自身就有丰富的辐照装置设计经验,因而其对辐照装置的设计、制造、安装和调试都有着非常苛刻的要求,这就对我们的设计提出了一定的挑战,但这同时也是对我们完善辐照装置起到了很好的促进作用。

  根据我们的设计经验,并结合了解到的我国辐照企业和国外辐照企业的运行管理实际情况,主要介绍如何在设计、运行、管理上全方位对辐照装置进行安全保障,并且简单介绍在这些工作过程中如何进行技术创新。

2、先进的设计
2.1保证装置的经济效益

  一个装置能够持续运行获得比较理想的经济效益才能保证其在管理上、运行上投入足够的成本,才能持续有效的保证辐照装置的安全运行。因而我们认为一个装置在整个工艺上的设计先进性是影响辐照装置长期运行安全的非常重要的因素。

2.2完全符合相关法规和标准的硬性要求

  在设计上,完全满足国家法规和标准的硬性要求是指在必须符合环保部“8+7”十五条的要求以及相关标准如GB17568等的要求。这些要求是辐照装置能够最终获得许可批准的基本条件,也是保障辐照装置安全运行的基本条件。

2.3努力实现辐射防护的独立性、多样性、冗余性

  在满足基本条件的基础上,设计上还应该充分考虑实现辐射防护的独立性、多样性和冗余性,这些要求的实现主要需要依据设计单位的经验进行,相关法规只有原则性的要求并没有非常具体的规定。

    如光电应该采用不同型号、不同种类、不同厂家的产品。

2.4进行持续的技术改良和创新

  对于辐照装置的技术改良与创新应该从两方面考虑,其一是装置的安全角度,其二是装置的整体性能。

2.4.1安全角度

  在安全方面,我们持续改进我们的设备稳定性和可靠性,如在水井底部增加一个水下摄像头,该摄像头置于贮源井的远离源架的一个角落,离源架的距离一般可以大于三米,且有水作为辐射防护屏蔽实体。因此,不必再对摄像头采取特殊的屏蔽措施,只需要对其进行防水处理即可,而普通水下摄像头的技术是非常成熟的,价格也是比较低廉的。安装摄像头后,操作人员每次进入辐照室之前可以很清晰直观的看到源架是否完全位于贮存位置,起到很好的安全作用。当然还可以对其进行进一步的设计,如设计成可以控制摄像头的角度和高度,这样还可以为紧急情况发生时提供一个观察源架位置的途径。

  对于辐照室屋顶设有进源孔的辐照装置,监管部门与国家标准都明确要求其屏蔽塞应该与源的升降联锁,以便在防护塞被卸下的情况下不能进行升源操作。而现在大多数情况是在辐照室天花板设有信号探测屏蔽塞是否就位,然而实际上的屏蔽塞通常由两块或三块组成的,为了充分保证屏蔽塞的完整性,我们还在辐照室屋顶上设置探测信号以监测是否所有屏蔽塞就位,这样才能充分达到对屏蔽塞控制的目的。

  在辐照室人员入口设置安全链,该安全链的作用不应该只是一个普通的升降源条件和阻止人员的进入,更重要的功能应该是人员进入后断开该安全链的同时直接切断升降源的动力系统,如液压升降源系统的油路、气动升降源系统的气路或者电动升降源系统的电路。该联锁与动力系统的联锁必须是直接的点对点的。

  针对我国现有辐照装置固定式剂量监测仪普遍存在工作不稳定、只能监测和自身报警不能参与自控系统的安全联锁问题,我们与有关单位共同研制成功了SQDM系列的固定式辐射监测仪,该系统已经安装在泰国装置运行近2年和苏州中核华东辐照装置运行近1年。

  确定采取什么样的方式和路线将放射源从辐照室外运输到贮源井内也是需要慎重考虑的。对此,国内通常采取的有两种模式:一种是顺辐照室迷道采取人工的方式将源罐推到辐照室,在辐照室内采用手拉葫芦将源罐转移到贮源井内;另一种是在辐照室顶部开设一个进源孔并设置2~3块屏蔽塞,通过进源间内的固定葫芦直接将源罐输送到贮源井底部。我们采用的都是后者,主要考虑的因素是后者的操作能够减少人员的受照剂量并能减小事故发生的概率。

  通常安全联锁系统中大部分安全触点采取的是常开信号,即:安全时触点断开,而危险时触点闭合。这样的设计能够延长触点的使用寿命和节约能源,是符合普通控制原理的,但其削弱了安全的功能,比如出现了触点损坏和线路断路的情况下则不能发挥应有的报警功能,这样是不利于辐照装置的安全运行的。因此,我们将安全联锁系统的相关触点均改为常闭信号便克服了以上的不足。

2.4.2装置整体性能

  我国最初的辐照装置基本都是静态堆码辐照装置,没有输送系统靠人工将货物搬入搬出辐照室,不仅装置的效率比较低,而且人员长期进出辐照室,一般每天进出辐照室需要几十人次,存在很大的安全风险。这样的装置的整体性能就显得很差。

  而随后的辐照装置采用的是全链条式辐照装置,该装置将静态装置的大量人工搬运货物的过程从辐照室内移到辐照室外的操作大厅,同时也提高了装置的效率。但是该类型装置的过源机械不能排列很紧凑,影响了装置的效率,同时这样的装置也很难满足工业生产的需要。

  根据以上情况,我们对装置的整体工艺进行了改良和大量的创新,开发了SQ系列工业辐照装置,主要技术创新有将气动过源与悬挂输送结合,采用提升机在辐照室外对辐照产品进行自动换层,采用液压升降源系统,将条码应用在辐照系统上,采用西门子PLC和WinCC开发的SCADA软件实现了整个系统的统一管理,这一系列改良和创新,大大提高了装置的效率,该装置在2003年在苏州中核华东辐照公司投入运行以来,先后被国内外众多辐射加工企业看中。

3、完善的管理
3.1树立安全第一的良好安全文化

  辐射加工企业的管理者除了做好其他普通企业管理者的一般工作以外,特别需要在整个企业内部树立安全第一的意识,培养良好的安全文化氛围。

3.2明确人员责任,制定各项规章制度

  辐照装置的安全除了设计上的保证外,各项规章制度必不可少,因为装置的安全联锁系统基本上都是用于防止误操作情况下对人员的保护。如果人员缺少必要的技能、企业缺少必要的管理制度,再好的装置也无法保证安全。

    同时所有的岗位必须职责到人,明确各自责任。

3.3严格限制人员进入辐照室

  现在在辐照装置上发生的辐射事故都是发生在辐照室内,因而需要在管理上严格限制人员进入辐照室,如管理上可以采用规章制度的形式授权可以进入辐照室的人员清单,还可以通过采用指纹、ID卡等形式限制人员进入辐照室。

  Isotron泰国公司现在运行两座600万居里的辐照装置,现在实际源强度超过600万居里,该公司的实际运行辐照装置的人员只有5人,其中1人为维修工程师,另外4人为技术员,该4名技术员实际负责两座大型装置的运行和维修。我国辐照装置的操作人员(值班长)与维修人员是分开的,同时只是把值班长作为放射工作人员,而实际上维修人员需要经常进入辐照室。我们建议企业将维修人员和操作人员统一起来,即同时为操作人员和维修人员,不仅可以为企业减少运行成本,还能提高运行的效率和安全。

4、良好的运行
4.1制定详细的操作规程

  操作规程对于规范操作人员对辐照装置的运行非常重要,操作规程必须详细和合理,最好能够采取一些图解等方式进行。

4.2制定检修和维修计划

  对所有设备进行定期的检查和维修对于保证装置的长期安全运行是非常必要的,而且该工作必须做得细致且有可操作性,且应该采用各种方式来实现有效检查,如对固定式剂量仪表的监测应该采用校验源靠近探头对读数和报警进行检测。对各种设备的检查也应该落实到具体的部件。

4.3每月进行运行总结

  针对运行中的问题和检修中发现的问题,应该即时总结,并提出修改建议。

5、展望

  通过与国外辐照企业的交流,我们觉得我们的辐照装置在设计上已经基本达到国际先进水平,但是在一些细节方面还有值得完善的地方。而我国的辐照装置在管理运行上与国际先进辐照装置的管理运行水平还有不小的差距,需要进一步的提高。

  我国辐照装置从设计上到运行管理上都有了近半个世纪的经验和基础,我国的辐照装置一定会在不远的将来达到经济效益与安全的双赢的。

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