CPR1000型核电机组蒸汽发生器承压堵板装拆与辐射防护

张志强 谢世宇

(广西防城港核电有限公司， 广西 防城港， 538001)

0 引言

核电站停堆大修期间，需在蒸汽发生器一次侧水室内进行检修作业，而要顺利完成一次侧水室内检修工作，需要在水室内安装堵板，安装堵板是开展水室内检修作业的先决条件之一。

蒸汽发生器一次侧水室内辐射水平较高，人员在水室内装拆堵板外照射风险和放射性污染风险都非常大。因此装拆堵板作业，是核电站辐射防护重点关注的高辐射风险工作之一。

1 CPR1000蒸汽发生器简介

CPR1000型核电机组蒸汽发生器是立式、自然循环、U形管式蒸发器。从反应堆流出的冷却剂经一回路热管段由蒸汽发生器下封头的进口接管进入水室，然后在倒U形管束内流动，倒U形管的外表面与二回路给水接触，使二回路水汽化，从而进行一、二回路间的热交换。

蒸汽发生器的下封头由碳钢铸件制成半球形，内表面堆焊5～6 mm厚的不锈钢，下封头与管板焊接，并由厚19 mm的因科镍隔板把下封头分隔成进水和出水两个水室。每一水室有一个与RCP系统(反应堆冷却剂系统)连接的接管和一个人孔(以便检修)[1]。蒸汽发生器下封头结构见图1。

蒸汽发生器装拆堵板作业就是在蒸汽发生器下封头中执行，即用专用设备“堵板”对一回路管道与蒸汽发生器连接处的管口进行临时封堵，以便大修期间蒸汽发生器一次侧水室的检修。

图1 CPR1000蒸汽发生器下封头

2 装拆堵板工作介绍

2.1 安装堵板目的

蒸汽发生器安装堵板的目的有两个：一是蒸汽发生器一次侧水室内检修时防止异物掉入主管道；二是起密封承压作用，以满足一回路充水。

2.2 装拆堵板水位示意图

鉴于以上两种目的，CPR1000型核电机组蒸汽发生器堵板分为两种：

一是低水位简易堵板，即用于防异物。低水位简易堵板安装后水位如图2所示。

二是高水位承压堵板，即用于防异物和充水承压。高水位承压堵板安装后水位如图3所示。

本文介绍机组首次10年大修高水位承压堵板的装拆作业[2]。

2.3 堵板组成

堵板主要由以下部分组成：左侧板、中板、右侧板和密封胶囊。左侧板、中板和右侧板为铝合金材质，密封胶囊为橡胶材质。堵板示意图见图4、图5。

图2 低水位简易堵板安装后水位示意图

图3 高水位承压堵板安装后水位示意图

图4 中板和密封胶囊

图5 左侧板和右侧板

2.4 装拆堵板流程

装拆堵板的主要工作流程有：

(1) 将折叠好的中板由人孔送入水室(密封胶囊应折叠平整)；在水室内将中板展开，并安装到一回路主管道法兰上方，并将中板上的两颗螺栓旋入两圈。

(2) 将堵板右侧板送入水室并安装到相应位置(安装侧板时，应先核对外弧面位置，外弧面接触后，再对齐中间板接触面)；按照相同的方法将堵板左侧板送入水室并安装到相应位置。

(3) 确认中板与侧板标记位置正确；将全部螺栓旋入内环的螺纹孔内，手动拧紧；然后使用力矩扳手对称紧固全部螺栓；安装疏水孔堵塞。

(4) 工作结束后按照相反的顺序拆除各部件即可。

3 工艺过程辐射风险分析

蒸汽发生器作为将一回路冷却剂热量传递给二回路给水的热交换设备，由于自身结构的特殊性，蒸汽发生器一次侧水室内辐射水平非常高，在水室内也容易滞留放射性污染物。水室内作业主要的辐射风险有以下几点。

3.1 人员外照射风险

国内某核电厂首次十年大修时，蒸汽发生器水室内部平均环境剂量率约10.5 mSv/h，最大接触剂量率22.5 mSv/h，工作结束后通过工作人员个人电子剂量计数据测读，发现最大剂量率为17.5 mSv/h。人员在水室内工作一旦作业时间控制不好，人员受照剂量就会超过单日非预期照射限值(一般情况下单日受照剂量限值为1 mSv)[3]。

因此，装拆堵板作业，最大的辐射风险就是人员非计划照射。

3.2 人员放射性污染风险

由于蒸汽发生器的结构特点，蒸汽发生器一次侧水室内部有放射性液体残留物和放射性固体污渍状残留物，擦拭取样测量辐射水平约0.22 mSv/h，使用表面污染仪测量时达到仪表满量程(9 999 Bq/cm2)，因此人员进入蒸汽发生器水室内作业放射性污染风险也非常高，包括体表污染和内污染风险。不过进入蒸汽发生器间从事装拆堵板作业的人员全部要求穿气衣，只要工作人员作业过程中行为规范标准，人员污染的风险是可以有效控制的。

3.3 放射性污染物扩散风险

前述内容已经讲到，由于蒸汽发生器结构特点，蒸汽发生器一次侧水室内残留有放射性液体和放射性污渍状固体杂质。在堵板装拆阶段，人员从水室出来后会将蒸汽发生器水室内的高放射性污染物带出来，进而扩散到蒸汽发生器间外面。另外，专用工具在3个蒸汽发生器间转运的过程中如果包裹不当，也会造成污染扩散。

在拆除阶段，由于使用后的堵板污染程度更严重，并且堵板拆除后要搬运至蒸汽发生器间外面进行包裹，如果场地布置不合理、人员操作不规范，更易造成污染扩散和人员污染[4]。

4 防护措施的改进与实践

前面辐射风险分析中已经讲到，蒸汽发生器装拆堵板作业中主要的辐射风险为高辐射水平导致的人员非计划照射(放射性污染风险人为干预手段相对较多，风险易于控制)。

外照射防护常用的方法有：时间防护法、屏蔽防护法和距离防护法。

由于工作人员需要进入蒸汽发生器水室，工作环境相对固定，无法增加防护距离；蒸汽发生器水室内辐射水平普遍较高，不是由单个辐射热点产生，屏蔽防护法也基本无法实现；由于水室人孔较小，工作人员也无法加穿铅衣进行个人屏蔽防护。控制工作人员受照剂量的方法就主要集中在了作业时间的控制上。

时间控制的措施主要有：强化人员技能培训，提高人员的工作熟练程度；做好准备工作，避免在工作中出现返工或待工；人员轮流作业，进行剂量分担。因此，准备阶段的科学、充分准备和执行阶段的严格过程控制就显得尤为重要[5]。

4.1 准备阶段做好充分的准备工作

4.1.1合理安排人员分工

由于堵板体积大，在装拆过程中需要人员配合，所以，装拆堵板人员的分工至关重要。参照国内同类机组以往大修的实践经验，一次完整的装拆堵板作业(一个人孔内)安排3人执行完成。

(1) 第一人进入水室安装堵板及手动旋入螺栓。其他两人在水室外配合。水室内停留时间平均为110 s。

(2) 第二人进入水室紧固力矩、安装疏水孔塞及取出充气管，其他两人水室外配合。水室内停留时间平均为90 s。

(3) 第三人进入水室取出疏水孔塞及拆除堵板，其他两人水室外配合。水室内停留时间平均为90 s。

4.1.2科学设计实操培训

大修前对堵板作业人员进行专项培训。培训过程中要尽可能模拟真实的作业环境，包括模拟训练场地的大小、照明条件、人员的防护装备等。

实操过程中主要训练工作人员的技能熟练度；突发异常的应急响应能力，例如辐射水平异常、螺栓卡涩、突然断电/断气等；还有人员心理素质的历练也非常重要。

培训考核过程中，进入水室的作业时间严格控制在90 s以内。

4.1.3优化改进密封胶囊螺孔

在安装堵板的过程中，如果堵板螺孔、密封胶囊螺孔和蒸汽发生器本体螺孔对中不一致，螺栓就很难顺利旋入螺孔。因此根据以往大修经验，对密封胶囊的螺孔进行了适当改造。每块堵板中板密封胶囊螺孔尺寸不变，将侧板密封胶囊的8个螺孔由原有的30 mm×30 mm扩孔为30 mm×33 mm的椭圆，见图6。人员在安装侧板时对中螺孔、旋入螺栓的时间就会大大缩短。

图6 扩孔后的密封胶囊示意图

4.1.4远程监控人员剂量

蒸汽发生器水室内环境剂量率较高，装拆堵板人员受照剂量很容易超过核电站规定的单日剂量限值水平。传统的做法是根据测量的水室环境剂量率推测装拆堵板人员可在水室内停留的时间，一般保守控制在90 s内。90 s时无论是否完成指定的任务都要求退出蒸汽发生器水室。这种剂量控制方式存在一些弊端：装拆堵板人员的受照剂量不清楚，在90 s这个时间点是否完成相应工作不确定，如没有完成再次进入水室必然会增加集体剂量。

国内某核电站首次10年大修蒸汽发生器装拆堵板作业过程中，使用远程无线电子剂量计(EPD)设备，该设备可以实时读取人员的受照剂量。在人员单次受照剂量受控的情况下尽量延长人员在水室内的工作时间，进而减少人员重复进入水室的次数(重要提醒：工作人员需要准确判断工作是否顺利，如果发现工作明显存在偏差，则要求迅速撤出水室)，远程无线EPD设备的使用，大大提高了工作效率。例如在水室内紧固力矩工作，以往通过人工计时控制作业时间时，往往需要两个人轮流作业，现在通过无线EPD实时监控，在个人剂量受控的前提下，尽量延长工作时间，基本上一名工作人员即可完成力矩紧固工作。无线EPD现场使用示意图见图7。

图7 无线EPD现场使用示意图

4.1.5工作场地、工器具和材料准备

(1) 蒸汽发生器房间搭建标准化的静态封闭工作间(SAS)，包括通风、供气、过渡区、充足的防护用品和废物收集桶[6]。

(2) 安全物资准备到位：个人剂量远程监控装置、γ剂量率仪表、表面污染监测仪、安全绳、秒表等。

(3) 装拆堵板过程中使用的工器具、设备准备齐全，包括堵板、疏水孔塞、充气装置、摄像装置、工作文件等。

通过科学、充分的准备，尽可能避免出现返工或待工情况的发生。

4.2 执行阶段严格控制工作过程

个人受照剂量和集体剂量的控制最终是在工作执行阶段实现，因此执行阶段的现场控制就显得尤为重要。

4.2.1人数控制

(1) 作业现场设置警示隔离区，非作业人员禁止进入隔离区，尽量减少其他作业(人员)对该项目的干扰。

(2) 作业人数按照准备阶段的人员分工进行控制，第一台蒸汽发生器作业时，其余两台蒸汽发生器的作业人员和备用人员在8米气闸门待工和休息，减少对作业现场的干扰，同时调整好自己的身体状态。

4.2.2时间控制

(1) 作业过程中，进入蒸汽发生器水室的工作人员佩戴无线EPD，实时监视个人受照剂量，当作业时间达到预估的时间或受照剂量达到设定值时，人员要及时撤出水室。

(2) 为了保证作业人员能在规定的时间内有效撤出水室，还需要有必要的干预措施，即使用秒表计时和使用安全绳提醒人员及时撤离。

4.2.3地点控制

(1) 作业前，工作人员尽量在蒸汽发生器间外面交流工作信息，尽可能减少在蒸汽发生器间的停留时间。

(2) 在蒸汽发生器间作业时，配合人员尽量避开蒸汽发生器人孔，不允许在人孔正下方停留。

(3) 工作过程中如果出现异常，人员必须迅速从水室中撤出，在蒸汽发生器间外面进行工作交流，不允许在蒸汽发生器间讨论工作。

4.2.4其他

关于放射性污染控制，需做好以下几点：①进入蒸汽发生器水室的工作人员及蒸汽发生器间配合人员全部穿气衣作业；②人员在作业过程中和穿脱气衣时动作要标准规范，防止交叉污染；③作业现场及时进行污染普查和核清洁处理。

5 总结

国内某CPR1000型核电站机组首次10年大修蒸汽发生器装拆堵板作业集体剂量为9.76 人·mSv，与国内同类机组相比处于较低水平，且无放射性污染事件发生。分析得出以下结论：

(1) 通过培训提高工作熟练度对控制个人剂量和集体剂量很有效。培训的过程尽可能模拟现场的真实情况，例如作业环境、人员防护装备和可能出现的异常情况等。

(2) 设备优化改进，可以提高工作效率。例如密封胶囊螺孔适当扩大后，就很容易安装螺栓。

(3) 现场工作过程控制很重要。工作过程中人员的合理分工、精细的工作流程、可行的异常处置预案等在控制高辐射风险作业方面非常实用。