关于进一步提高辐照装置安全性的探讨

1、关于进一步提高辐照装置安全性的探讨刘戈唐在民刘奇峰(北京核二院比尼新技术有限公司,北京840信箱,100840摘要:本文结合国内外辐照装置设计经验,着重探讨了预防和应对卡源故障的一些具体措施,以及安全联锁系统设计的一些新思路,包括如何将软件控制与硬件架构相结合,提高系统的可靠性,以及如何完善剂量监测仪表的功能,从而进一步提高辐照装置的安全性。关键词:辐照装置卡源故障安全硬连线1、引言近年来,我国辐射加工产业增幅显著,辐照装置获得了日益广泛的应用并逐步朝向产业化发展。据中国同位素与辐射行业协会统计,至2008年底,我国适于商用的设计装源能力在1.11×1016Bq(30万居里以上的辐照

2、装置已达140余座,其中设计装源能力400万居里5座,设计装源能力500万居里1座。实际装源量约为4000万居里。其中绝大多数是我国自行设计的辐照装置。以上装置中大部分的运行状态是良好的,特别是近几年随着我国自行设计辐照装置技术水平的提高和创新,不仅在装置规模上不断有所突破,而且在装置安全运行方面也得到了更充分的保证。然而也要看到,不少早期建设的装置,其设计、建造的诸多环节不正规,技术水平低、设备简陋,安全联锁系统不完善,加之年久失修,已无法满足强制性国家标准辐照装置设计建造和使用规范(GB17568-2008的基本要求。在环保部已着手制定的辐照装置退役准则正式颁布后,这些装置可能会面临被强制

3、性退役的结局。尤其令人关注的是,从2008年下半年至今,在短短一年多的时间里,共有数座辐照装置发生了严重的卡源故障, 造成了重大经济损失甚至引发社会群体事件,这就将辐照装置的安全问题提到了更高的高度。此前,许多辐照装置使用单位关注的是环保部下发的对辐照装置运营单位的安全要求(“15条要求”,因为这关系到是否能够取得国家核安全监管部门颁发的辐射安全许可证以及能否满足日常监管的要求,并且简单地认为满足这些要求即可确保装置安全运行的万无一失,而对深层次挖掘本单位装置存在的生产安全隐患一直未予充分重视。本文将针对目前国内装置的特点,以我公司辐照装置设计的思路为主,结合其它单位好的设计经验,重点探讨如何

4、进一步提高辐照装置的安全性,最大可能预防辐射安全事故及生产运行事故的发生。2、针对可能发生的卡源故障应采取的预防措施2.1 卡源故障发生的主要原因辐照装置的卡源故障,一般有以下几种情形:源架周围堆码的货物倾倒;辐照箱在源架一侧倾斜或倾倒;辐照箱在源架一侧时箱门朝向源架开启(或门开后货物倾倒;辐照箱在源架一侧时货物从箱中伸出(相当于加大了辐照箱的宽度;出现以上情形之一,导致源架护罩变形或直接挤压源架,使源架无法降回贮源井安全位。导向钢丝绳破损断股导致源架运动受阻,无法降回贮源井底;源架提升钢丝绳从滑轮上脱槽被卡住不能运动,使源架无法降回贮源井底;源架在升降运行中,由于自重不平衡产生过大摇摆或因受

5、其他外力发生倾斜,从而造成导向失灵,致使源架卡在导向钢丝绳上,无法降回井底。2.2 卡源故障的预防及应对措施为预防及应对卡源故障的发生,可考虑采取以下措施:一旦发生因导向钢丝绳破损或源架倾斜使源架不能降至贮存位置的故障,可以通过解脱导向钢丝绳的方法将源架溜放至井底。而不宜采用迫降重锤将源架与提升钢丝绳分离。这要求将导向钢丝绳穿过辐照室屋顶或屏蔽墙后固定,而不是固定在辐照室的顶棚上。此外,为了解和判断卡源故障状态下辐照室内情况,以便合理处理卡源故障并避免其衍生扩大,还可采取以下措施:具体作法是:从人员通道入口处或货物入(出口处开始,沿迷道铺设轻型悬挂链,进入辐照室。沿主屏蔽墙,围绕积放区辐照设备

6、到达辐照室与迷道结合处后,沿原路返回至起点形成闭环。在起点安装手动驱动装置,通过摇柄,可使链条正向或反向运动。链条把带云台的可变焦摄像头(根据实际装源量考虑是否局部防护沿线路带入辐照室。悬挂链的安装高度应有利于观察并避开现场障碍物。监控设备平时可以单独存放,只在需要时安装使用。出现卡源故障时,如不能尽快处理使放射源落入井底安全位置,由于源棒持续释放热量而被照货物随着吸收剂量的增加会出现温升,温升速度因实际装源量的大小和被辐照货物的种类不同而异。货物或包装的温度达到燃点时会引起燃烧,造成更大的事故。因此我们建议对于新建及已投入运行的辐照装置应增设喷淋设备,具体实施方法为:在不干涉源架提升钢丝绳、

7、导向钢丝绳以及其他辐照室屋顶钢结构的情况下,在源架上部装设与源架及货箱积放段平行的不锈钢喷淋水管,对放射源及货物进行降温处理。喷淋水管连接至辐照区外供水管上,供水管路装设手控阀门,在需要喷淋时开启。供水管应保证足够水压,如压力不够,应加设管道增压泵。在辐照室内应装有温度探测器(至少两个测点监测辐照室内的空气温度。为避免射线对温度检测元件的影响,建议采用热电偶温度计,二次仪表可安装在控制室内。“高温”报警阈值建议不高于75,在发生卡源故障后,当控制台上出现“高温”报警时,应启动喷淋设备实行降温。3、安全联锁系统设计及改造中应注意的问题3.1 采用硬件实现与软件实现相结合随着科学技术的快速发展,

8、目前在越来越多的辐照装置设计中采用了先进的控制技术,如PLC(可编程控制器或工控机。目前在许多辐照装置的设计中,只是简单地将钥匙开关、防人光电、拉线开关等安全联锁信号作为PLC的输入信号,在控制软件编程中实现联锁。可能出现的问题是:如果PLC或工控机的控制模块在遇到外界冲击电流时被损坏,联锁输入信号即使出现,也无法输入PLC,而导致安全联锁系统失效。因此,完全依赖PLC软件控制程序实现的安全联锁系统,其设计安全性是不足的,而应该同时采用硬件设施构架安全联锁系统。在欧美国家,对辐照装置主要安全联锁设施的设计,明确要求必须有“硬连线”(hard-wire,即同时采用常规的控制线路实现安全联锁,以确

9、保系统的安全可靠。用“硬连线”构架的安全联锁系统,可独立于用PLC构架的系统,两者互为冗余,当PLC出现系统或硬件故障时,仍可保证联锁系统的安全性。3.2应采用硬件实现的联锁设施以下安全联锁设施应采用“硬连线”的方式:钥匙开关控制台紧急停止按钮防人光电拉线开关屏蔽塞状态检测信号等如果出现以上报警信号,通过“硬连线”回路,紧急停止继电器动作,切断升源控制线路,在失电的情况下,源架自动降至贮源井底安全位置。即使PLC系统失灵或出现异常,或者PLC的输入模块有输入接点损坏,相应信号无法输入,导致安全联锁控制程序失效,也可以将放射源降至井底安全位置,从而提高了辐照装置的安全性。3.3 剂量监测系统目前

10、在运行的许多辐照装置中,剂量监测仪表存在以下问题:(1、只有监测功能,而没有报警输出接点传送至控制系统;(2、剂量仪表不投入或在运行过程中失效,均不影响源的升降。这样的剂量监测仪表并未真正参与安全联锁。一台完善的剂量监测仪表应具有以下的应用特点及功能:(1、源在工作位置,探头不工作或关闭电源;源在井底安全位置,无论辐照室门是否打开,仪表始终处于工作状态;(2、如果仪表未投入、失效或给出报警信号,通道口门无法打开(从门内侧仍可打开;(3、每次开门前均需完成仪表自检,开门后自检信号复位;(4、采用“硬连线”设计,可独立于PLC系统实现对通道口门的控制。4、设备日常使用及维护中应重点关注的内容;对待

11、辐照装置应如同对待一台爱车,“三分修七分养”,坚持做好日常维护,确保各种联锁及保护措施长期有效。4.1 应定期检查涉源设备的工况及状态,比如:提升及导向钢丝绳有无毛刺或断股,如有破损应及时更换;提升钢丝绳与穿墙套管的对中情况是否良好;源架护罩位置是否正常,固定是否牢固;辐照箱有无明显变形等。4.2 禁止辐照箱超载。应严格按照设计说明或作业指导书的要求控制装载货物的重量。根据装置的特点,如有可能,可设置重量自动检测设备,防止超载辐照箱进入运行线路。4.3 在对涉源设备进行维修、调试时,严禁进行源架的带源升降操作。5、结束语辐照装置安全运行的重要意义在行业内是众所周知的。近来数座装置先后发生卡源故障所造成的重大社会影响和给业主带来的巨大经济损失,再一次警示我们必须高度重视和采取有效措施,切实把好辐照装置设计、建造和使用的安全关。目前,由于行业主管部门监管力度加大、市场竞争日益激烈、钴源价格不断上涨,以及废旧源退役成本较高,使得不少辐射加工企业的生产经营受到了不同程度的影响。不仅一些原始落后、安全性差、改造困难的装置宜及早退役,而且可以预见,还会有一些经营不善、市场竞