蒸汽发生器房间剂量率异常上升的调查

蒸汽发生器房间剂量率异常上升的调查

苏亮亮

大亚湾核电运营管理有限责任公司

摘要：大修期间反应堆厂房内的剂量率随着机组状态的变化会出现一些波动，主要原因是由源项和屏蔽材料的改变产生，剂量率变化直接影响到工作人员受照的剂量。对于剂量率变化特别大的区域，如果工作窗口未能及时优化，将会导致完成工作的人员受照剂量大大增加，不符合辐射防护最优化的原则。本文分析蒸汽发生器16米房间的场所剂量率随着大修进展的变化规律，给后续该房间的工作提出最优化建议。

关键词：蒸汽发生器；最优化；受照剂量；异常上升

绪论

大亚湾基地六台机组均为压水堆机组，每个机组包含三个回路的蒸汽发生器，蒸汽发生器中的传热管是一二回路的边界，正常运行过程中，高温的一回路介质充满传热管，并通过传热管将热量传给二回路水介质，然后生成蒸汽，驱动汽轮机发电。大修过程中传热管中的介质会随着一回路水位而变化。

蒸汽发生器高度为20米，底部位于RX厂房8米，顶部位于RX厂房28米，人员较多的区域为RX8米、RX11.5米和RX16米。水位变化引起源项和屏蔽层发生改变，从而影响现场的场所剂量率，对工作人员受照剂量产生影响，本文注重研究水位变化对RX16米区域的影响规律。

1问题描述

蒸发器二次侧长时间工作时发现在特定的时间段现场环境剂量率上升约了5倍，极大的增加了人员受照剂量，有必要找到剂量率变化巨大的原因，并采取最优化手段来减少人员的受照剂量。

2原因分析

2.1初步分析

蒸发器16米的房间有蒸发器筒体、上方和下方都是栅格板，上方的房间为蒸汽发生器的汽水分离部分，剂量率很低，下方房间为测温管线阀门，以往大修中测量过剂量率变化不大，因此初步判断剂量率变化来自蒸汽发生器筒体。考虑到蒸汽发生器筒体在大修中并无检修和解体，唯一的状态变化即为一二回路排水，因此初步判断水位变化是影响现场环境剂量率重大变化的主要原因。

2.2现场验证

为了解蒸发器水位对现场剂量率的影响情况，对大修中蒸汽发生器16米房间实施连续监测。

实施方法：在三台蒸汽发生器的筒体上布置三块连续测量仪表，大修开始布置，大修结束后取回，连续测量仪表每隔一个小时记录一个数值，测读结果见下图1（其中有一个房间由于剂量计故障数据丢失）：

图1

由上图可直观看出，房间的剂量率水平呈阶梯性波动，变化幅度大且在各状态保持一定时间，若人员在高剂量率阶段工作（红色段），势必受到不必要的照射。经比对，剂量率异常变化的节点与充排水时间一致，进一步验证原始判断，房间的环境剂量率与蒸发器的水位有关，见下表1。

2.3软件计算验证

2.3.1软件简介

Microshield是由美国GroveSoftware公司开发出的一款专门用于辐射屏蔽计算的软件。可以在16种几何条件下，计算γ射线的剂量率和屏蔽。

2.3.2简化模型

考虑到传热管分布密集，因此将蒸汽发生器作为一个整体的圆柱形辐射源；

只考虑满水状态和两侧均排空状态。

2.3.3参考数据计算

从320中可以查出下列数据：

R屏蔽=R-R水=1.723-1.67=0.053

传热管的切面积A=4474*2*3.14*（19.05/2）2mm2=2.549m2

2.3.4建模参数选择

高度：蒸发器所在房间的层高，即4m

直径：选择水的等效半径，即1.67m

屏蔽：选择Fe，厚度为R屏蔽

取样点：由于取样时直接放在保温上，因此取样点的X坐标为2.1，留出0.4m的保温厚度，高度Y坐标为1m（电子剂量计所布置的高度）。

图2

2.3.5软件计算

反推计算出总活度A总，使得取样点的剂量率满足图1中绿色区域的剂量率水平。此时是满水状态，如果验证排水之后，环境剂量率变为升高5倍，即证明假设的前提成立，即蒸汽发生器16米区域的场所剂量率与水位有关。

实际上由于建模时选择源项圆柱体的高度为4米，并没有使用整个蒸汽发生器的高度，因此该模型算出的剂量率应该略低于实际剂量率。

2.3.6调整参数

一二回路排水后，管道内将充满保养气体，由于计算软件中没有混合气体选项，因此近似将源材料选择为空气。

柱体源的建模高度为4m，因此模型范围内的传热管中的总的一回路水的体积应为：V=h*A=4*2.549=10.196m3

由源项报告可以查到水中的比活动为B水，那么总活度即为：

A=B水*V

因此排水后模型圆柱体的活度即为两活度的差，即：

Afinal=A总-A

输入新参数后计算得知：取样点处剂量率略低于绿区的5倍，符合原假设。

2.3.7结论

计算得出的剂量率比实测剂量率略小，符合原有的预计。说明计算过程中的假设是成立的，再次佐证水位的变化是引起蒸发器16米房间剂量率变化的原因。

3.解决方案

由现场实测的剂量率数据可知，蒸汽发生器16米区域的场所剂量率与大修进度密切相关，在一二回路排水后，剂量率升至原来剂量率的五倍，大大增加了人员在此工作的受照剂量，因此和计划沟通，蒸汽发生器16米区域的工作需要安排在排水之前或者充水之后，即图1的绿色区域。

后续大修也有类似工作，以上房间均优化至绿色区域进行，最终集体剂量优化效果明显。

4.结论意见

本文从现场实验验证和理论计算验证，发现蒸汽发生器16米区域的场所剂量率与一二回路的水位密切相关，为了避免人员的不必要照射，遵从辐射防护最优化原则，向大修指挥部建议，将该房间的工作安排在低剂量率阶段实行。

从本次调查也可以得到下面两个延伸：

1）后续要在蒸发器相关的其他房间长时间工作的人员，也可以选择满水窗口，这样可以减少受照剂量。

2）管道中低放水虽然增加了辐射源项的总量，但是对辐射屏蔽的效果更明显，现场工作执行时应当考虑选在系统或者管道满水的情况下进行。

参考文献：

[1]320教材

[2]Microshield软件介绍