臨界裝置和試驗(yàn)安全管理探索論文
【摘要】通過對(duì)臨界裝置及其所開展的應(yīng)用和試驗(yàn)相關(guān)管理情況介紹，總結(jié)了臨界裝置相關(guān)的應(yīng)用和試驗(yàn)流程及安全管理工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提高臨界裝置的安全管理水平與安全運(yùn)行具有參考意義。
【關(guān)鍵詞】臨界裝置；應(yīng)用和試驗(yàn)；安全管理
中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆工程研究所的臨界裝置獲得了國家核安全局頒發(fā)的臨界裝置運(yùn)行許可證。該裝置從建立以來安全地完成了各種堆芯裝載的物理試驗(yàn)，為多種堆芯校核了物理設(shè)計(jì)與計(jì)算，并提供了大量重要物理參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。該臨界裝置使用反應(yīng)性儀及脈沖中子源法進(jìn)行反應(yīng)性測(cè)量，利用活化法開展中子注量率照射試驗(yàn)。本文主要對(duì)多次物理試驗(yàn)中的安全管理工作進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為提高同類型臨界裝置的試驗(yàn)安全運(yùn)行水平提供參考和借鑒。
1臨界裝置簡介
臨界裝置又稱零功率物理試驗(yàn)裝置，是核反應(yīng)堆堆芯設(shè)計(jì)研發(fā)階段重要的試驗(yàn)設(shè)施，為堆芯核設(shè)計(jì)和物理計(jì)算校核提供有力保障。臨界裝置一般由核測(cè)量系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)、堆芯及堆內(nèi)構(gòu)件、水回路系統(tǒng)、控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及棒控棒位系統(tǒng)、操作控制臺(tái)、及其他專設(shè)安全設(shè)施、輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)組成。核測(cè)量系統(tǒng)包括功率測(cè)量裝置和啟堆中子計(jì)數(shù)裝置等。保護(hù)系統(tǒng)包括功率保護(hù)裝置和周期保護(hù)裝置等。水回路系統(tǒng)包括回路系統(tǒng)、造水系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)等。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分安全棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和手動(dòng)棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。堆芯及堆內(nèi)構(gòu)件是臨界裝置的核心，其堆芯裝置結(jié)構(gòu)和形式可根據(jù)試驗(yàn)需要形成不同裝載，靈活多變，從而滿足各種不同的應(yīng)用和試驗(yàn)需求。根據(jù)冗余性和獨(dú)立性的設(shè)計(jì)原則，臨界裝置堆芯一般都設(shè)有兩套獨(dú)立的核測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)，從而保障裝置具有足夠的安全性能。臨界裝置堆芯及探測(cè)器布置示意圖見圖1。
2臨界裝置應(yīng)用和試驗(yàn)的主要類型
根據(jù)不同試驗(yàn)需求以及臨界物理試驗(yàn)任務(wù)書和試驗(yàn)方案的規(guī)定，臨界裝置開展的物理試驗(yàn)內(nèi)容一般包括冷態(tài)臨界試驗(yàn)、控制棒和可燃毒物棒微積分價(jià)值測(cè)量、停堆深度測(cè)量、卡棒次臨界度、堆芯中子注量率分布及對(duì)稱性測(cè)量等試驗(yàn)。這些試驗(yàn)內(nèi)容均屬于《臨界裝置最終安全分析報(bào)告》中應(yīng)用和試驗(yàn)范圍之內(nèi)。歸納起來可分為三類：
a）堆芯臨界試驗(yàn)；
b）堆芯反應(yīng)性物理參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)；
c）堆芯中子注量率分布測(cè)量試驗(yàn)。
3臨界裝置應(yīng)用和試驗(yàn)的管理流程
在臨界裝置上開展物理試驗(yàn)，首先建立嚴(yán)格的試驗(yàn)審批、安全分析的程序和流程，其流程圖見圖2。工作及步驟主要如下：
a）制定完整的試驗(yàn)和運(yùn)行方案或試驗(yàn)程序，并組織專家進(jìn)行審評(píng)；
b）根據(jù)試驗(yàn)申請(qǐng)和審批的管理程序進(jìn)行試驗(yàn)的申請(qǐng)，在試驗(yàn)申請(qǐng)得到批準(zhǔn)后方可開始試驗(yàn)的準(zhǔn)備；
c）在準(zhǔn)備過程中，凡涉及臨界裝置堆芯的變更以及其它試驗(yàn)部件的安裝及準(zhǔn)備等所有活動(dòng)都嚴(yán)格按運(yùn)行手冊(cè)中相關(guān)的規(guī)程和規(guī)定執(zhí)行；
d）試驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成后，由所項(xiàng)目管理部門組織，主管總師、質(zhì)量部門、安防環(huán)保部門等共同進(jìn)行試驗(yàn)前的狀態(tài)檢查，狀態(tài)檢查通過后方可開始試驗(yàn)；
e）試驗(yàn)過程中嚴(yán)格遵守有關(guān)法律法規(guī)要求，遵守臨界裝置運(yùn)行限值和條件，按照程序內(nèi)的有關(guān)要求逐步完成所有任務(wù)。
f）試驗(yàn)完成后應(yīng)進(jìn)行臨界裝置的恢復(fù)工作，拆除附加試驗(yàn)設(shè)施，并做好臨界裝置的維護(hù)和保養(yǎng)工作。
4臨界裝置應(yīng)用和試驗(yàn)的安全管理
在臨界裝置上開展物理試驗(yàn)的過程中，嚴(yán)格遵守最終安全分析報(bào)告、運(yùn)行手冊(cè)以及運(yùn)行質(zhì)量保證大綱中的有關(guān)規(guī)定，確保試驗(yàn)的安全，圓滿完成堆上各項(xiàng)試驗(yàn)的運(yùn)行任務(wù)。
4.1制定完善的程序制度
在臨界裝置上進(jìn)行物理試驗(yàn)時(shí)，需要根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書的'要求，編制試驗(yàn)大綱、試驗(yàn)程序及試驗(yàn)的安全分析報(bào)告，還需針對(duì)每種堆芯試驗(yàn)編制試驗(yàn)操作卡，在操作卡中明確每項(xiàng)試驗(yàn)的目的、內(nèi)容及試驗(yàn)條件、試驗(yàn)步驟、安全措施及注意事項(xiàng)，使操作更加明確與規(guī)范，反應(yīng)堆安全能進(jìn)一步得到保證。需要在臨界裝置的管理程序中專門編制發(fā)布“臨界裝置應(yīng)用與試驗(yàn)大綱”，并對(duì)臨界裝置的應(yīng)用與試驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行具體規(guī)定，作為臨界裝置應(yīng)用與試驗(yàn)管理的依據(jù)。從管理上更加直接與規(guī)范，執(zhí)行上也更加具備可操作性，使得臨界裝置的應(yīng)用與試驗(yàn)運(yùn)行管理進(jìn)一步得到加強(qiáng)。針對(duì)物理試驗(yàn)，還需編制“堆芯物理試驗(yàn)裝置反應(yīng)性事故預(yù)防與應(yīng)對(duì)措施”，對(duì)可能發(fā)生的反應(yīng)性事故進(jìn)行分析，制定應(yīng)對(duì)措施。
4.2嚴(yán)格進(jìn)行試驗(yàn)審批及安全監(jiān)督
臨界裝置的試驗(yàn)審批嚴(yán)格按照“臨界裝置運(yùn)行限值與條件”執(zhí)行。對(duì)運(yùn)行限值與條件中所規(guī)定的特殊試驗(yàn)，除按常規(guī)臨界試驗(yàn)的審批程序執(zhí)行外，下述特殊情況也需要進(jìn)行特殊審批：a）對(duì)于要求功率倍增周期小于15s的特殊試驗(yàn)，須事先制定出具體安全措施，報(bào)本單位安全主管部門審查，并報(bào)國家核安全監(jiān)管部門批準(zhǔn)。
b）對(duì)于試驗(yàn)樣品反應(yīng)性當(dāng)量超過200pcm且小于1βeff的試驗(yàn)，需事先制定具體的安全措施和詳細(xì)的操作步驟，報(bào)本單位安全主管部門批準(zhǔn)；對(duì)于試驗(yàn)樣品反應(yīng)性超過1βeff的特殊試驗(yàn)，須事先制定出具體安全措施，報(bào)本單位安全主管部門審查，并報(bào)國家核安全監(jiān)管部門批準(zhǔn)。依據(jù)“臨界裝置運(yùn)行監(jiān)督大綱”與“物理試驗(yàn)運(yùn)行計(jì)劃”，安全主管部門也需要每年年初制定年度反應(yīng)堆運(yùn)行安全監(jiān)督計(jì)劃，按計(jì)劃對(duì)臨界裝置運(yùn)行、試驗(yàn)、維修、在役檢查等活動(dòng)進(jìn)行安全監(jiān)督檢查。除了要加強(qiáng)日常的監(jiān)督檢查，還要針對(duì)物理試驗(yàn)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行專項(xiàng)監(jiān)督檢查。
4.3加強(qiáng)人員培訓(xùn)
由于臨界裝置應(yīng)用的靈活性，物理試驗(yàn)過程中控制棒提升和下降頻繁，人因行為對(duì)裝置安全運(yùn)行帶來極大挑戰(zhàn)。因此，提高運(yùn)行人員的素質(zhì)，規(guī)范運(yùn)行人員的行為，是保證物理試驗(yàn)安全的首要任務(wù)。按照試驗(yàn)任務(wù)及反應(yīng)堆運(yùn)行人員的培訓(xùn)要求，制定培訓(xùn)計(jì)劃，由運(yùn)行室組織實(shí)施培訓(xùn)，單位監(jiān)管部門進(jìn)行監(jiān)督檢查。人員培訓(xùn)工作職責(zé)明確，有人負(fù)責(zé)，有人監(jiān)督，有效地實(shí)施運(yùn)行人員的培訓(xùn)管理。參加臨界裝置物理試驗(yàn)運(yùn)行的人員需經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)和再培訓(xùn)，考核合格，其運(yùn)行操作人員需取得國家核安全局批準(zhǔn)的操縱人員相應(yīng)執(zhí)照，各試驗(yàn)崗位人員需取得本單位相應(yīng)崗位授權(quán)，并明確崗位職責(zé)。
4.4嚴(yán)格執(zhí)行安全運(yùn)行限制條件
在臨界裝置進(jìn)行上進(jìn)行物理試驗(yàn)，必須嚴(yán)格執(zhí)行核安全局批準(zhǔn)的“臨界裝置運(yùn)行限值和條件”進(jìn)行相關(guān)物理試驗(yàn)，必須遵守的運(yùn)行限制條件包括且不限于以下方面：
a）在進(jìn)行改變堆芯的操作時(shí)，安全保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)投入工作，并提起安全棒，主控室應(yīng)有運(yùn)行人員值班；
b）在運(yùn)行試驗(yàn)期間，控制、保護(hù)和核測(cè)量系統(tǒng)中任一套系統(tǒng)發(fā)生故障，臨界裝置應(yīng)轉(zhuǎn)為次臨界狀態(tài)，直至檢修正常后，才能繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)；
c）臨界裝置的事故保護(hù)和警告信號(hào)整定值，經(jīng)批準(zhǔn)后，不得隨意更改；
d）每天運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)束后，臨界裝置應(yīng)處于停閉狀態(tài)，使堆芯keff值<0.95，且不再進(jìn)行堆芯內(nèi)的任何操作；
e）每天零點(diǎn)到早上6:00，不進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行或變更堆芯的操作；
f）物理試驗(yàn)堆芯反射層水的水質(zhì)要求：電導(dǎo)率≤2.0×10-6s/cm，pH值為5.0~6.0，Cl-濃度≤0.1mg/L。
4.5加強(qiáng)試驗(yàn)前檢查及試驗(yàn)后的總結(jié)
每次開堆試驗(yàn)前均要求進(jìn)行反應(yīng)堆狀態(tài)檢查，對(duì)控制、保護(hù)系統(tǒng)，緊急停堆系統(tǒng)等進(jìn)行功能性驗(yàn)證及傳動(dòng)試驗(yàn)，確保反應(yīng)堆各系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。并要求試驗(yàn)完成后及時(shí)總結(jié)，按要求完成階段報(bào)告，試驗(yàn)用儀器和設(shè)備及時(shí)清理、歸位，做好試驗(yàn)場(chǎng)地的管理。
4.6重視輻射安全
輻射安全是臨界物理試驗(yàn)安全工作的重要組成部分。對(duì)涉及輻射劑量較大的作業(yè)活動(dòng)，如：中子注量率分布測(cè)量試驗(yàn)中活化片的取出操作、脈沖中子源試驗(yàn)中中子管的拔出和脈沖中子束的發(fā)射等，均嚴(yán)格按規(guī)程操作，采取穿戴伽馬蔽服及中子屏蔽服等隔離防護(hù)措施，從時(shí)間、距離、有效隔離等方面盡可能地減免運(yùn)行人員和試驗(yàn)人員受到的輻射劑量。同時(shí)，為及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)，除熱釋光個(gè)人劑量計(jì)外，工作人員還需配備電子式個(gè)人劑量計(jì)和便攜式巡測(cè)儀。
5結(jié)束語
臨界裝置運(yùn)行功率低、堆芯靈活多變、運(yùn)行操作頻繁復(fù)雜，各項(xiàng)應(yīng)用和試驗(yàn)活動(dòng)的管控過程中，人因因素對(duì)安全運(yùn)行影響較大，在臨界裝置上進(jìn)行物理試驗(yàn)時(shí)，需嚴(yán)格遵守批準(zhǔn)的試驗(yàn)方案、試驗(yàn)大綱及規(guī)程，在試驗(yàn)過程中要注重安全分析與加強(qiáng)安全管理，確保萬無一失。同時(shí)，試驗(yàn)的安全管理是一項(xiàng)需要持續(xù)改進(jìn)與完善的工作，本文總結(jié)了我單位在臨界裝置上安全運(yùn)行幾十年的經(jīng)驗(yàn)，涉及到的試驗(yàn)流程及安全管理等對(duì)其它類似裝置的運(yùn)行具有借鑒意義。
【參考文獻(xiàn)】
［1］核安全導(dǎo)則HAD202/02.臨界裝置運(yùn)行與實(shí)驗(yàn)管理[S].國家核安全局發(fā)布.
［2］核安全導(dǎo)則HAD201/01.研究堆安全分析報(bào)告的格式與內(nèi)容[S].國家核安全局發(fā)布.
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