關(guān)于進(jìn)一步提高輻照裝置安全性的探討

1、關(guān)于進(jìn)一步提高輻照裝置安全性的探討劉戈唐在民劉奇峰(北京核二院比尼新技術(shù)有限公司,北京840信箱,100840摘要:本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外輻照裝置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),著重探討了預(yù)防和應(yīng)對(duì)卡源故障的一些具體措施,以及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些新思路,包括如何將軟件控制與硬件架構(gòu)相結(jié)合,提高系統(tǒng)的可靠性,以及如何完善劑量監(jiān)測(cè)儀表的功能,從而進(jìn)一步提高輻照裝置的安全性。關(guān)鍵詞:輻照裝置卡源故障安全硬連線1、引言近年來,我國(guó)輻射加工產(chǎn)業(yè)增幅顯著,輻照裝置獲得了日益廣泛的應(yīng)用并逐步朝向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。據(jù)中國(guó)同位素與輻射行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),至2008年底,我國(guó)適于商用的設(shè)計(jì)裝源能力在1.11×1016Bq(30萬居里以上的輻照

2、裝置已達(dá)140余座,其中設(shè)計(jì)裝源能力400萬居里5座,設(shè)計(jì)裝源能力500萬居里1座。實(shí)際裝源量約為4000萬居里。其中絕大多數(shù)是我國(guó)自行設(shè)計(jì)的輻照裝置。以上裝置中大部分的運(yùn)行狀態(tài)是良好的,特別是近幾年隨著我國(guó)自行設(shè)計(jì)輻照裝置技術(shù)水平的提高和創(chuàng)新,不僅在裝置規(guī)模上不斷有所突破,而且在裝置安全運(yùn)行方面也得到了更充分的保證。然而也要看到,不少早期建設(shè)的裝置,其設(shè)計(jì)、建造的諸多環(huán)節(jié)不正規(guī),技術(shù)水平低、設(shè)備簡(jiǎn)陋,安全聯(lián)鎖系統(tǒng)不完善,加之年久失修,已無法滿足強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)輻照裝置設(shè)計(jì)建造和使用規(guī)范(GB17568-2008的基本要求。在環(huán)保部已著手制定的輻照裝置退役準(zhǔn)則正式頒布后,這些裝置可能會(huì)面臨被強(qiáng)制

3、性退役的結(jié)局。尤其令人關(guān)注的是,從2008年下半年至今,在短短一年多的時(shí)間里,共有數(shù)座輻照裝置發(fā)生了嚴(yán)重的卡源故障, 造成了重大經(jīng)濟(jì)損失甚至引發(fā)社會(huì)群體事件,這就將輻照裝置的安全問題提到了更高的高度。此前,許多輻照裝置使用單位關(guān)注的是環(huán)保部下發(fā)的對(duì)輻照裝置運(yùn)營(yíng)單位的安全要求(“15條要求”,因?yàn)檫@關(guān)系到是否能夠取得國(guó)家核安全監(jiān)管部門頒發(fā)的輻射安全許可證以及能否滿足日常監(jiān)管的要求,并且簡(jiǎn)單地認(rèn)為滿足這些要求即可確保裝置安全運(yùn)行的萬無一失,而對(duì)深層次挖掘本單位裝置存在的生產(chǎn)安全隱患一直未予充分重視。本文將針對(duì)目前國(guó)內(nèi)裝置的特點(diǎn),以我公司輻照裝置設(shè)計(jì)的思路為主,結(jié)合其它單位好的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),重點(diǎn)探討如何

4、進(jìn)一步提高輻照裝置的安全性,最大可能預(yù)防輻射安全事故及生產(chǎn)運(yùn)行事故的發(fā)生。2、針對(duì)可能發(fā)生的卡源故障應(yīng)采取的預(yù)防措施2.1 卡源故障發(fā)生的主要原因輻照裝置的卡源故障,一般有以下幾種情形:源架周圍堆碼的貨物傾倒;輻照箱在源架一側(cè)傾斜或傾倒;輻照箱在源架一側(cè)時(shí)箱門朝向源架開啟(或門開后貨物傾倒;輻照箱在源架一側(cè)時(shí)貨物從箱中伸出(相當(dāng)于加大了輻照箱的寬度;出現(xiàn)以上情形之一,導(dǎo)致源架護(hù)罩變形或直接擠壓源架,使源架無法降回貯源井安全位。導(dǎo)向鋼絲繩破損斷股導(dǎo)致源架運(yùn)動(dòng)受阻,無法降回貯源井底;源架提升鋼絲繩從滑輪上脫槽被卡住不能運(yùn)動(dòng),使源架無法降回貯源井底;源架在升降運(yùn)行中,由于自重不平衡產(chǎn)生過大搖擺或因受

5、其他外力發(fā)生傾斜,從而造成導(dǎo)向失靈,致使源架卡在導(dǎo)向鋼絲繩上,無法降回井底。2.2 卡源故障的預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施為預(yù)防及應(yīng)對(duì)卡源故障的發(fā)生,可考慮采取以下措施:2.2.1 采用可解脫的導(dǎo)向鋼絲繩結(jié)構(gòu)。一旦發(fā)生因?qū)蜾摻z繩破損或源架傾斜使源架不能降至貯存位置的故障,可以通過解脫導(dǎo)向鋼絲繩的方法將源架溜放至井底。而不宜采用迫降重錘將源架與提升鋼絲繩分離。這要求將導(dǎo)向鋼絲繩穿過輻照室屋頂或屏蔽墻后固定,而不是固定在輻照室的頂棚上。2.2.2凡與提升鋼絲繩路徑有關(guān)的滑輪均應(yīng)設(shè)有可靠的防脫槽擋板,避免鋼絲繩從滑輪中脫出后被卡住。2.2.3 源架護(hù)罩應(yīng)相對(duì)堅(jiān)固并被牢固固定,或在源架兩側(cè)的適宜高度設(shè)有防撞桿,避

6、免輻照箱體或箱門在意外情況下直接接觸源架。2.2.4 在源架的兩端設(shè)置強(qiáng)度足夠的槽鋼保護(hù)立柱。立柱上下可與地面及頂部結(jié)構(gòu)牢固連接,如果輻照箱在運(yùn)動(dòng)到源架兩側(cè)前出現(xiàn)傾斜或箱門意外開啟,將被立柱阻擋在外。2.2.5 槽鋼保護(hù)立柱上應(yīng)設(shè)有“防撞開關(guān)”,或者在立柱前設(shè)置保護(hù)鋼絲繩“報(bào)警開關(guān)”。如果輻照箱門在運(yùn)行中意外打開或輻照產(chǎn)品伸出輻照箱外使“防撞開關(guān)”或保護(hù)鋼絲繩受力動(dòng)作時(shí),控制臺(tái)將出現(xiàn)報(bào)警,同時(shí)自動(dòng)降源。2.2.6對(duì)于懸吊運(yùn)行的輻照箱,底部應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向、限位機(jī)構(gòu),避免在運(yùn)行過程中輻照箱發(fā)生明顯搖擺,刮蹭源架或護(hù)罩;2.2.7輻照箱門應(yīng)設(shè)置有效的防開門機(jī)械機(jī)構(gòu),避免箱體在運(yùn)行中因貨物擠壓或震動(dòng)而導(dǎo)致

7、箱門開啟。2.2.8設(shè)置箱門狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)裝置。每個(gè)即將進(jìn)入輻照室的輻照箱均通過檢測(cè)機(jī)構(gòu),如果裝貨時(shí)箱門未關(guān)到位,即可被檢測(cè)出,并報(bào)警停止傳送。此外,為了解和判斷卡源故障狀態(tài)下輻照室內(nèi)情況,以便合理處理卡源故障并避免其衍生擴(kuò)大,還可采取以下措施:2.2.9 在輻照室屋頂設(shè)置觀察孔,此孔平時(shí)填充鉛砂屏蔽,需要時(shí)可移去鉛砂,加設(shè)臨時(shí)屏蔽結(jié)構(gòu),以便引入監(jiān)控鏡頭對(duì)輻照室內(nèi)進(jìn)行觀察;2.2.10 也可考慮增設(shè)應(yīng)急電視監(jiān)控線路。該線路用于一旦發(fā)生卡源故障時(shí),可將攝像設(shè)備送入輻照室,觀察故障狀態(tài)。具體作法是:從人員通道入口處或貨物入(出口處開始,沿迷道鋪設(shè)輕型懸掛鏈,進(jìn)入輻照室。沿主屏蔽墻,圍繞積放區(qū)輻照設(shè)備

8、到達(dá)輻照室與迷道結(jié)合處后,沿原路返回至起點(diǎn)形成閉環(huán)。在起點(diǎn)安裝手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置,通過搖柄,可使鏈條正向或反向運(yùn)動(dòng)。鏈條把帶云臺(tái)的可變焦攝像頭(根據(jù)實(shí)際裝源量考慮是否局部防護(hù)沿線路帶入輻照室。懸掛鏈的安裝高度應(yīng)有利于觀察并避開現(xiàn)場(chǎng)障礙物。監(jiān)控設(shè)備平時(shí)可以單獨(dú)存放,只在需要時(shí)安裝使用。2.2.11增設(shè)噴淋設(shè)備。出現(xiàn)卡源故障時(shí),如不能盡快處理使放射源落入井底安全位置,由于源棒持續(xù)釋放熱量而被照貨物隨著吸收劑量的增加會(huì)出現(xiàn)溫升,溫升速度因?qū)嶋H裝源量的大小和被輻照貨物的種類不同而異。貨物或包裝的溫度達(dá)到燃點(diǎn)時(shí)會(huì)引起燃燒,造成更大的事故。因此我們建議對(duì)于新建及已投入運(yùn)行的輻照裝置應(yīng)增設(shè)噴淋設(shè)備,具體實(shí)施方法為

9、:在不干涉源架提升鋼絲繩、導(dǎo)向鋼絲繩以及其他輻照室屋頂鋼結(jié)構(gòu)的情況下,在源架上部裝設(shè)與源架及貨箱積放段平行的不銹鋼噴淋水管,對(duì)放射源及貨物進(jìn)行降溫處理。噴淋水管連接至輻照區(qū)外供水管上,供水管路裝設(shè)手控閥門,在需要噴淋時(shí)開啟。供水管應(yīng)保證足夠水壓,如壓力不夠,應(yīng)加設(shè)管道增壓泵。2.2.12 設(shè)置溫度檢測(cè)設(shè)備。在輻照室內(nèi)應(yīng)裝有溫度探測(cè)器(至少兩個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)輻照室內(nèi)的空氣溫度。為避免射線對(duì)溫度檢測(cè)元件的影響,建議采用熱電偶溫度計(jì),二次儀表可安裝在控制室內(nèi)?！案邷亍眻?bào)警閾值建議不高于75,在發(fā)生卡源故障后,當(dāng)控制臺(tái)上出現(xiàn)“高溫”報(bào)警時(shí),應(yīng)啟動(dòng)噴淋設(shè)備實(shí)行降溫。3、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改造中應(yīng)注意的問題3.

10、1 采用硬件實(shí)現(xiàn)與軟件實(shí)現(xiàn)相結(jié)合隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 目前在越來越多的輻照裝置設(shè)計(jì)中采用了先進(jìn)的控制技術(shù),如PLC(可編程控制器或工控機(jī)。目前在許多輻照裝置的設(shè)計(jì)中,只是簡(jiǎn)單地將鑰匙開關(guān)、防人光電、拉線開關(guān)等安全聯(lián)鎖信號(hào)作為PLC的輸入信號(hào),在控制軟件編程中實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖?？赡艹霈F(xiàn)的問題是:如果PLC或工控機(jī)的控制模塊在遇到外界沖擊電流時(shí)被損壞,聯(lián)鎖輸入信號(hào)即使出現(xiàn),也無法輸入PLC,而導(dǎo)致安全聯(lián)鎖系統(tǒng)失效。因此,完全依賴PLC軟件控制程序?qū)崿F(xiàn)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng),其設(shè)計(jì)安全性是不足的,而應(yīng)該同時(shí)采用硬件設(shè)施構(gòu)架安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。在歐美國(guó)家,對(duì)輻照裝置主要安全聯(lián)鎖設(shè)施的設(shè)計(jì),明確要求必須有“硬連線”(ha

11、rd-wire,即同時(shí)采用常規(guī)的控制線路實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖,以確保系統(tǒng)的安全可靠。用“硬連線”構(gòu)架的安全聯(lián)鎖系統(tǒng),可獨(dú)立于用PLC構(gòu)架的系統(tǒng),兩者互為冗余,當(dāng)PLC出現(xiàn)系統(tǒng)或硬件故障時(shí),仍可保證聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性。以下安全聯(lián)鎖設(shè)施應(yīng)采用“硬連線”的方式:鑰匙開關(guān)控制臺(tái)緊急停止按鈕防人光電拉線開關(guān)屏蔽塞狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)等如果出現(xiàn)以上報(bào)警信號(hào),通過“硬連線”回路,緊急停止繼電器動(dòng)作,切斷升源控制線路,在失電的情況下,源架自動(dòng)降至貯源井底安全位置。即使PLC系統(tǒng)失靈或出現(xiàn)異常,或者PLC的輸入模塊有輸入接點(diǎn)損壞,相應(yīng)信號(hào)無法輸入,導(dǎo)致安全聯(lián)鎖控制程序失效,也可以將放射源降至井底安全位置,從而提高了輻照裝置的安全

12、性。3.3 劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前在運(yùn)行的許多輻照裝置中,劑量監(jiān)測(cè)儀表存在以下問題:(1、只有監(jiān)測(cè)功能,而沒有報(bào)警輸出接點(diǎn)傳送至控制系統(tǒng);(2、劑量?jī)x表不投入或在運(yùn)行過程中失效,均不影響源的升降。這樣的劑量監(jiān)測(cè)儀表并未真正參與安全聯(lián)鎖。一臺(tái)完善的劑量監(jiān)測(cè)儀表應(yīng)具有以下的應(yīng)用特點(diǎn)及功能:(1、源在工作位置,探頭不工作或關(guān)閉電源;源在井底安全位置,無論輻照室門是否打開,儀表始終處于工作狀態(tài);(2、如果儀表未投入、失效或給出報(bào)警信號(hào),通道口門無法打開(從門內(nèi)側(cè)仍可打開;(3、每次開門前均需完成儀表自檢,開門后自檢信號(hào)復(fù)位;(4、采用“硬連線”設(shè)計(jì),可獨(dú)立于PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)通道口門的控制。4、設(shè)備日常使用及

13、維護(hù)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容;對(duì)待輻照裝置應(yīng)如同對(duì)待一臺(tái)愛車,“三分修七分養(yǎng)”,堅(jiān)持做好日常維護(hù),確保各種聯(lián)鎖及保護(hù)措施長(zhǎng)期有效。4.1 應(yīng)定期檢查涉源設(shè)備的工況及狀態(tài),比如:提升及導(dǎo)向鋼絲繩有無毛刺或斷股,如有破損應(yīng)及時(shí)更換;提升鋼絲繩與穿墻套管的對(duì)中情況是否良好;源架護(hù)罩位置是否正常,固定是否牢固;輻照箱有無明顯變形等。4.2 禁止輻照箱超載。應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)說明或作業(yè)指導(dǎo)書的要求控制裝載貨物的重量。根據(jù)裝置的特點(diǎn),如有可能,可設(shè)置重量自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備,防止超載輻照箱進(jìn)入運(yùn)行線路。4.3 在對(duì)涉源設(shè)備進(jìn)行維修、調(diào)試時(shí),嚴(yán)禁進(jìn)行源架的帶源升降操作。5、結(jié)束語輻照裝置安全運(yùn)行的重要意義在行業(yè)內(nèi)是眾所周知的。近來數(shù)座裝置先后發(fā)生卡源故障所造成的重大社會(huì)影響和給業(yè)主帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失,再一次警示我們必須高度重視和采取有效措施,切實(shí)把好輻照裝置設(shè)計(jì)、建造和使用的安全關(guān)。目前,由于行業(yè)主管部門監(jiān)管力度加大、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、鈷源價(jià)格不斷上漲,以及廢舊源退役成本較高,使得不少輻射加工企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)受到了不同程度的影響。不僅一些原始落后、安全性差、改造