臨界裝置和試驗安全管理探索論文
【摘要】通過對臨界裝置及其所開展的應(yīng)用和試驗相關(guān)管理情況介紹，總結(jié)了臨界裝置相關(guān)的應(yīng)用和試驗流程及安全管理工作經(jīng)驗，對提高臨界裝置的安全管理水平與安全運行具有參考意義。
【關(guān)鍵詞】臨界裝置；應(yīng)用和試驗；安全管理
中國核動力研究設(shè)計院反應(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，為多種堆芯校核了物理設(shè)計與計算，并提供了大量重要物理參數(shù)試驗數(shù)據(jù)。該臨界裝置使用反應(yīng)性儀及脈沖中子源法進行反應(yīng)性測量，利用活化法開展中子注量率照射試驗。本文主要對多次物理試驗中的安全管理工作進行經(jīng)驗總結(jié)，為提高同類型臨界裝置的試驗安全運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裝置，是核反應(yīng)堆堆芯設(shè)計研發(fā)階段重要的試驗設(shè)施，為堆芯核設(shè)計和物理計算校核提供有力保障。臨界裝置一般由核測量系統(tǒng)、控制保護系統(tǒng)、堆芯及堆內(nèi)構(gòu)件、水回路系統(tǒng)、控制棒驅(qū)動系統(tǒng)及棒控棒位系統(tǒng)、操作控制臺、及其他專設(shè)安全設(shè)施、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)組成。核測量系統(tǒng)包括功率測量裝置和啟堆中子計數(shù)裝置等。保護系統(tǒng)包括功率保護裝置和周期保護裝置等。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)動機構(gòu)分安全棒驅(qū)動機構(gòu)和手動棒驅(qū)動機構(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)用和試驗需求。根據(jù)冗余性和獨立性的設(shè)計原則，臨界裝置堆芯一般都設(shè)有兩套獨立的核測及保護系統(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器布置示意圖見圖1。
2臨界裝置應(yīng)用和試驗的主要類型
根據(jù)不同試驗需求以及臨界物理試驗任務(wù)書和試驗方案的規(guī)定，臨界裝置開展的物理試驗內(nèi)容一般包括冷態(tài)臨界試驗、控制棒和可燃毒物棒微積分價值測量、停堆深度測量、卡棒次臨界度、堆芯中子注量率分布及對稱性測量等試驗。這些試驗內(nèi)容均屬于《臨界裝置最終安全分析報告》中應(yīng)用和試驗范圍之內(nèi)。歸納起來可分為三類：
a）堆芯臨界試驗；
b）堆芯反應(yīng)性物理參數(shù)測量試驗；
c）堆芯中子注量率分布測量試驗。
3臨界裝置應(yīng)用和試驗的管理流程
在臨界裝置上開展物理試驗，首先建立嚴格的試驗審批、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）制定完整的試驗和運行方案或試驗程序，并組織專家進行審評；
b）根據(jù)試驗申請和審批的管理程序進行試驗的申請，在試驗申請得到批準后方可開始試驗的準備；
c）在準備過程中，凡涉及臨界裝置堆芯的變更以及其它試驗部件的安裝及準備等所有活動都嚴格按運行手冊中相關(guān)的規(guī)程和規(guī)定執(zhí)行；
d）試驗準備工作完成后，由所項目管理部門組織，主管總師、質(zhì)量部門、安防環(huán)保部門等共同進行試驗前的狀態(tài)檢查，狀態(tài)檢查通過后方可開始試驗；
e）試驗過程中嚴格遵守有關(guān)法律法規(guī)要求，遵守臨界裝置運行限值和條件，按照程序內(nèi)的有關(guān)要求逐步完成所有任務(wù)。
f）試驗完成后應(yīng)進行臨界裝置的恢復工作，拆除附加試驗設(shè)施，并做好臨界裝置的維護和保養(yǎng)工作。
4臨界裝置應(yīng)用和試驗的安全管理
在臨界裝置上開展物理試驗的過程中，嚴格遵守最終安全分析報告、運行手冊以及運行質(zhì)量保證大綱中的`有關(guān)規(guī)定，確保試驗的安全，圓滿完成堆上各項試驗的運行任務(wù)。
4.1制定完善的程序制度
在臨界裝置上進行物理試驗時，需要根據(jù)試驗任務(wù)書的要求，編制試驗大綱、試驗程序及試驗的安全分析報告，還需針對每種堆芯試驗編制試驗操作卡，在操作卡中明確每項試驗的目的、內(nèi)容及試驗條件、試驗步驟、安全措施及注意事項，使操作更加明確與規(guī)范，反應(yīng)堆安全能進一步得到保證。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)用與試驗大綱”，并對臨界裝置的應(yīng)用與試驗活動進行具體規(guī)定，作為臨界裝置應(yīng)用與試驗管理的依據(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)用與試驗運行管理進一步得到加強。針對物理試驗，還需編制“堆芯物理試驗裝置反應(yīng)性事故預防與應(yīng)對措施”，對可能發(fā)生的反應(yīng)性事故進行分析，制定應(yīng)對措施。
4.2嚴格進行試驗審批及安全監(jiān)督
臨界裝置的試驗審批嚴格按照“臨界裝置運行限值與條件”執(zhí)行。對運行限值與條件中所規(guī)定的特殊試驗，除按常規(guī)臨界試驗的審批程序執(zhí)行外，下述特殊情況也需要進行特殊審批：a）對于要求功率倍增周期小于15s的特殊試驗，須事先制定出具體安全措施，報本單位安全主管部門審查，并報國家核安全監(jiān)管部門批準。
b）對于試驗樣品反應(yīng)性當量超過200pcm且小于1βeff的試驗，需事先制定具體的安全措施和詳細的操作步驟，報本單位安全主管部門批準；對于試驗樣品反應(yīng)性超過1βeff的特殊試驗，須事先制定出具體安全措施，報本單位安全主管部門審查，并報國家核安全監(jiān)管部門批準。依據(jù)“臨界裝置運行監(jiān)督大綱”與“物理試驗運行計劃”，安全主管部門也需要每年年初制定年度反應(yīng)堆運行安全監(jiān)督計劃，按計劃對臨界裝置運行、試驗、維修、在役檢查等活動進行安全監(jiān)督檢查。除了要加強日常的監(jiān)督檢查，還要針對物理試驗中的關(guān)鍵節(jié)點進行專項監(jiān)督檢查。
4.3加強人員培訓
由于臨界裝置應(yīng)用的靈活性，物理試驗過程中控制棒提升和下降頻繁，人因行為對裝置安全運行帶來極大挑戰(zhàn)。因此，提高運行人員的素質(zhì)，規(guī)范運行人員的行為，是保證物理試驗安全的首要任務(wù)。按照試驗任務(wù)及反應(yīng)堆運行人員的培訓要求，制定培訓計劃，由運行室組織實施培訓，單位監(jiān)管部門進行監(jiān)督檢查。人員培訓工作職責明確，有人負責，有人監(jiān)督，有效地實施運行人員的培訓管理。參加臨界裝置物理試驗運行的人員需經(jīng)過嚴格培訓和再培訓，考核合格，其運行操作人員需取得國家核安全局批準的操縱人員相應(yīng)執(zhí)照，各試驗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。
4.4嚴格執(zhí)行安全運行限制條件
在臨界裝置進行上進行物理試驗，必須嚴格執(zhí)行核安全局批準的“臨界裝置運行限值和條件”進行相關(guān)物理試驗，必須遵守的運行限制條件包括且不限于以下方面：
a）在進行改變堆芯的操作時，安全保護系統(tǒng)應(yīng)投入工作，并提起安全棒，主控室應(yīng)有運行人員值班；
b）在運行試驗期間，控制、保護和核測量系統(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)進行試驗；
c）臨界裝置的事故保護和警告信號整定值，經(jīng)批準后，不得隨意更改；
d）每天運行試驗結(jié)束后，臨界裝置應(yīng)處于停閉狀態(tài)，使堆芯keff值<0.95，且不再進行堆芯內(nèi)的任何操作；
e）每天零點到早上6:00，不進行試驗運行或變更堆芯的操作；
f）物理試驗堆芯反射層水的水質(zhì)要求：電導率≤2.0×10-6s/cm，pH值為5.0~6.0，Cl-濃度≤0.1mg/L。
4.5加強試驗前檢查及試驗后的總結(jié)
每次開堆試驗前均要求進行反應(yīng)堆狀態(tài)檢查，對控制、保護系統(tǒng)，緊急停堆系統(tǒng)等進行功能性驗證及傳動試驗，確保反應(yīng)堆各系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。并要求試驗完成后及時總結(jié)，按要求完成階段報告，試驗用儀器和設(shè)備及時清理、歸位，做好試驗場地的管理。
4.6重視輻射安全
輻射安全是臨界物理試驗安全工作的重要組成部分。對涉及輻射劑量較大的作業(yè)活動，如：中子注量率分布測量試驗中活化片的取出操作、脈沖中子源試驗中中子管的拔出和脈沖中子束的發(fā)射等，均嚴格按規(guī)程操作，采取穿戴伽馬蔽服及中子屏蔽服等隔離防護措施，從時間、距離、有效隔離等方面盡可能地減免運行人員和試驗人員受到的輻射劑量。同時，為及時準確地進行個人劑量監(jiān)測，除熱釋光個人劑量計外，工作人員還需配備電子式個人劑量計和便攜式巡測儀。
5結(jié)束語
臨界裝置運行功率低、堆芯靈活多變、運行操作頻繁復雜，各項應(yīng)用和試驗活動的管控過程中，人因因素對安全運行影響較大，在臨界裝置上進行物理試驗時，需嚴格遵守批準的試驗方案、試驗大綱及規(guī)程，在試驗過程中要注重安全分析與加強安全管理，確保萬無一失。同時，試驗的安全管理是一項需要持續(xù)改進與完善的工作，本文總結(jié)了我單位在臨界裝置上安全運行幾十年的經(jīng)驗，涉及到的試驗流程及安全管理等對其它類似裝置的運行具有借鑒意義。
【參考文獻】
［1］核安全導則HAD202/02.臨界裝置運行與實驗管理[S].國家核安全局發(fā)布.
［2］核安全導則HAD201/01.研究堆安全分析報告的格式與內(nèi)容[S].國家核安全局發(fā)布.
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