关于弧形套管最大管径的分析

关于弧形套管最大管径的分析

张志豪,时云龙

中国核电工程有限公司郑州分公司，河南 郑州，450000

摘要：弧形套管作为常见的辐射防护屏蔽方式，在涉核项目中被广泛使用，但在施工图设计阶段经常会出现弧形套管屏蔽能力不满足需求的问题。本文结合辐射防护需求，针对穿洞物项进行分析，给出了墙厚与弧形套管最大管径的关系，为项目前期的总体设计与辐射防护设计提供理论依据。

关键词：弧形套管；管径；辐射防护

1前言

辐射包括电离辐射和非电离辐射，其中电离辐射对人体有损伤作用。人体受到电离辐射的方式包括内照射和外照射两种。内照射是由于放射性核素由于吸入、食入或通过粘膜、伤口等形式进入人体，从人体内部造成不断地伤害。[1]内照射的防护主要通过管理方式实现，包括进入放射性区需穿戴防护服、存在放射性物质的房间进行通风、水和食物在使用前进行放射性检测等[2]。外照射是由于体外的放射源对人体造成的照射，主要包括X、γ射线，高能粒子束（α、β射线、中子束）等。外照射的防护主要通过缩短时间、延长距离、增设屏蔽等方式[1]。时间与距离是由具体的工作、管理方式和厂房大小等因素决定的，屏蔽则是项目设计阶段需考虑的。

对于不同射线（或粒子束），由于性质不同其防护材料的最优选择存在一定差异，但总的原则依旧是阻挡放射源直射人体。在涉核项目中，为了避免放射源对操作人员造成伤害，通常会通过划分辐射分区来强化放射源房间的管理，但难免存在物项需要贯穿辐射源和人员操作间，射线则有可能会通过穿墙套管射出。为了避免放射源直射操作人员，部分项目会使用采用弧形套管进行辐射防护。弧形套管的防护能力会因为墙厚、管径、旋转角度等原因发生改变。在施工图设计阶段经，常会出现由于前提考虑不充分、墙厚过薄等原因导致的弧形套管屏蔽能力不足的问题。本文将结合弧形套管的防护能力，针对其最大管径和墙（或楼板）厚的关系进行分析，为项目前期总体设计与辐射防护设计提供理论依据。

2弧形套管的管径计算

以弧形套管的弯曲中心为原点建立坐标系，如图 1所示，则弧形套管外沿与墙（或楼板）两侧的交点为：、。

图 1 弧形套管示意图

射线可能直接穿过套管的极限路径为：

则射线极限路径与弧形套管弯曲中心的距离为：

当X1时，可避免射线直接穿过套管，化简可得：

当套管弯曲半径越大时，墙体内部的套管越倾向于直线，不利于对射线的封堵，因此为使取到最大值，需使尽量小。但考虑套管穿墙后可能需要焊接或封堵，一般要求。

常见墙厚条件下，弧形套管的最大管径如表 1所示。

表 1 常见墙厚条件下弧形套管的最大管径

当对屏蔽厚度有要求时，则最小屏蔽厚度l应满足：

可得：

考虑套管穿墙的焊接或封堵需求，一般要求。

3弧形套管的工程选用

为保证穿洞物项、封堵材料的正常安装，通常管道与套管间的最小间隙要求如表 2所示。

表 2 管道与套管间最小间距要求

考虑穿洞套管的标准管道（选择经济最优规格）、管道与套管间隙要求，当以避免射线直接穿过套管为防护原则时，墙厚与穿墙物项的规格如表 3所示。穿墙物项较大而墙厚不足时，则会出现管道与套管间隙过小或存在射线直射风险等问题。因此，当项目总体选择以弧形套管作为辐射防护的屏蔽方式时，应在总体设计阶段考虑穿洞物项规格与墙体厚度，避免后期由于墙厚布置导致弧形套管的屏蔽能力存在不足。

表 3 套管规格与穿洞物项规格

4结论

本文提供了不同屏蔽要求下，弧形套管最大管径的计算方法，并给出常用墙厚条件下，以避免射线直接穿过套管为防护原则时，穿洞物项的最大规格。当采用弧形套管作为辐射防护屏蔽方式时，应充分考虑穿洞物项的尺寸。当穿洞物项直径较大时，在总体设计阶段与辐射防护设计过程中应考虑适当增加墙体厚度或增加其他屏蔽方式。

参考文献

[1] 王茜. 核燃料芯块制备场所辐射防护及对作业人员辐射影响研究[D]. 成都理工大学, 2011.

[2] 章春辉. 中国核电站辐射防护工作分析及经验反馈[J]. 能源与节能, 2015(8): 69-70.