田湾核电站ARMS系统设计特性

2019-08-22

中国核电 2019年3期

(华龙国际核电有限公司，北京 100036)

田湾核电站ARMS系统是俄方设计由中方参与的系统，其设计要求不仅满足俄方的法规标准，同时也满足中方的法规标准。田湾核电站ARMS系统在国内首次实现了数字化，是VVER机组的重要组成部分。

辐射是核电站的重要特征，通过ARMS系统，监测和采集核电站相关系统、设施设备或区域的放射性参数，实时监测系统、设备及相关区域的放射性水平和设备运行状态，自动连锁或手动触发相关工艺系统和设备的保护功能，以确保核电站系统设备、工作人员及核电站居民的辐射安全。

1 系统功能

田湾核电站辐射监测由ARMS系统、一系列便携式仪表与实验室设备组成，形成完整的辐射监测控制系统。其中便携式仪表作为ARMS系统的补充测信息，实验室设备用于流出物样品进行测量及必要情况下对ARMS系统在线测量数据进行核对或对ARMS系统设备进行维修、校准[1]。

ARMS系统由4个相互关联的功能子系统组成，它们分别是自动化工艺辐射监测系统(APRMS)、自动化辐射场所监测系统(ARSMS)、自动化辐射污染监测系统(ARCMS)和自动化个人辐射剂量监测系统(AIRDMS)。

APRMS子系统的设计用于监测保护屏障(构筑物、系统设备)的泄漏、指导分析放射性核素泄漏的来源、评估泄漏尺寸并预测其变化、监测主控室可居留性、监测放射性物质在环境中的释放，监测放射性废物的处理等。

ARSMS子系统用于监测和预计场所的辐射状况，及时预警场所辐射状况的恶化情况，采取措施降低人员遭受过量的照射，并阻止放射性物质的扩散。

ARCMS子系统用来对有关辐射安全的技术、组织、生活和卫生规定的效率进行评估，这些规定允许接受下列数据：违反规程、去污工作的必要性和便利性及其效率，人员个人保护和防止污染扩散的必要措施等数据。

AIDMS子系统用于对人员剂量负担进行监督、预测、计算和计划，并对人员进出受控区域进行监测，该监测旨在使人员的辐射水平不超过核电站各种工况下所规定的限值，并在剂量负担最小化的基础上优化工作流程。

2 功能实施

田湾核电站，对安全重要参数(SIP)的监测，采用冗余监测，根据参数重要性的不同，最多设置4个安全序列。 ARMS系统设置为4个安全序列，与田湾核电站其他系统设计一致。另外，ARMS系统的正常运行参数(NOP),由 2个正常序列和1个谱仪监测序列来实现。

2.1 APRMS子系统

APRMS子系统通过对下述工艺介质进行放射性测量，完成APRMS子系统的功能。

(1)燃料元件破损的监测

1)一回路冷却剂水化学工况自动监测系统的同一管线上设置了3个监测道，1个监测道属于正常序列，另2个监测道属于1、4安全序列，用于正常和事故状态下监测。

2)两列乏燃料池里冷却系统中各设置1个监测道，这2个监测道属于1、4安全序列。

(2)反应堆冷却剂系统及相连系统泄漏的监测

1)为了监测蒸汽发生器的泄漏，每套蒸汽发生器二次侧出口的主蒸汽管道上设置4个γ剂量率监测道和1个泄漏率监测道，蒸汽发生器排污管线和凝结器排气处各设置1个监测道，4个γ剂量率监测道属于1～4安全序列并参与停堆保护功能，其余监测道属于正常序列。

2)为了监测压力容器的泄漏，反应堆竖井循环冷却系统和控制棒驱动循环冷却系统中各设置一个监测道，此2个监测道属于正常序列；安全壳内设置了4个高量程监测道，用于事故监测，1个监测道同时满足技术规格书要求的超设计基准参数事故工况，其他3个监测道属于1、3、4安全序列。

3)为了监测其他一回路压力边界的泄漏，重要用户中间回路冷却水管线，这些通道属于1～4安全序列。反应堆厂房的排风管线、蒸汽发生器系统隔间循环冷却系统、主泵电机间循环冷却系统都设置了若干个监测道，这些监测道属于正常序列。

(3)废液处理系统的监测

废液处理系统的两个储存罐分别设置了1个监测道，这些监测道属于正常序列。

(4)液体排放的监测

对排放液体采用槽式排放，排放前取样实验室测量，合格排放时设置1个监测道连续监测；另外，对重要用户冷却水系统、疏水站地下水系统都设置了监测道，以上监测道分别属于1、4序列和正常序列。

(5)安全壳泄漏监测

双安全壳的两路负压通风系统，每路设置了两种不同类型的监测道，4个监测道分别属于1、4安全序列。

(6)通风系统的监测

对可能存在放射性的通风系统，都设置了监测道，这些监测道属于正常序列；另外，主控制室通风空调系统设置了4个监测道，1个监测道属于正常序列，其他3个监测道分别属于1、2、4安全序列。

(7)气体排放的监测

对排放到烟囱中的放射性气体处理系统、贮罐通风处理系统、汽轮机凝结水真空排气系统都设置了监测道；另外，烟囱总排放口，设置了3套取样回路，每套取样回路设置了4种不同类型的监测道，共12个监测道分别属于1、4安全和正常序列。

(8)过滤器放射性的监测

对多个凝汽器后机械过滤器和离子交换过滤器设置监测道，这些监测道属于正常序列。

另外，APRMS子系统设置了一套液体监测谱仪和一套气体监测谱仪，通过取样回路对需要进行验证确认的多个液体、气体放射性进行扫描式监测，减少现场取样实验室测量。

2.2 ARSMS子系统

ARSMS子系统设置了47个监测道。其中，在反应堆厂房设置了1个中子剂量率监测道、12为γ剂量率监测道，其中4个监测道分别属于1～4安全序列，其余监测道属于正常序列；在安全厂房设置了4个γ剂量率监测道，都属于正常序列；在辅助厂房设置了30个γ剂量率监测道，都属于正常序列。

2.3 ARCMS子系统

田湾核电站，每个机组只有一个辐射控制区，进出辐射控制区的通道有2个，即男工作人员进出通道，女士进出通道，每个通道设置了更衣间。为了监测和控制放射性表面污染，每个通道的进出路径不交叉，每个通道进出辐射控制区的进口和出口只有一个总进口和一个总出口，便于控制管理。在辐射控制区，设置了衣物监测仪和壁挂式手脚污染监测仪，衣物监测仪对被洗前的衣物进行分类和对被洗后衣物进行确认，手脚污染监测仪监测离开污染严重场所人员的手脚，衣物监测仪和手脚污染监测仪的监测信息是ARCMS子系统的补充。在控制区卫生总出口，设置了3台出口污染监测仪(C1门)和2台工具污染测量仪。在核电站男工作人员出口通道，设置了4台体表污染监测仪(C2门)；在女士进出通道的出口设置1台体表污染监测仪(C2门)。

为了控制放射性污染范围和对放射性物质进行管理，在核电站主大门出口设置了4套人员污染监测仪和1套车辆污染监测仪，在核电站专用车辆出口设置1套车辆污染监测仪。

2.4 AIRDMS子系统

AIRDMS通过电子式个人剂量计及读数系统、TLD剂量计及测量系统和全身计数器，完成AIRDMS子系统下列功能：

1)个人外照射剂量；

2)人体组织中放射性核素的成分以及含量；

3)对进入不同放射性控制区的工作人员进行管理；

4)记录进入和离开控制区的人员信息。

3 系统组成结构

ARMS系统由现场级、自动化级、数据采集级、网络通讯级、机组级和电厂级组成，详见图1。

图1 ARMS组成结构图Fig.1 Composition and structure of ARMS

现场级设备由与介质直接接触的取样回路(阀门、泵(M)和管线等)、介质非直接接触探测器(DU)和出入口污染监测仪(C2门)等组成，布置在工艺设备或监测点位的现场。

自动化级设备由就地处理单元(LPU)、控制单元(CU)、谱仪等设备组成，布置在距离现场级设备10～50 m左右的范围内；根据功能需要可设置一个 LPU一个或多个DU，组成一个监测道； LPU根据需要，可输出模拟量、开关量和数字量，模拟量、开关量可通过硬接线连接到主仪控(正常仪控/安全仪控/后备盘)，参与仪控系统的控制或显示记录，数字量(包括谱仪和CU)通过RS485双绞线串行连接，将众多的数字信号通过一路电缆完成信息的传输，实现信息传输，大幅度降低了电缆的数量。

数据采集级由多个数据数据采集站(DGS)和数据库服务器组成。由于各监测参数安全等级的不同，安全重要参数的监测由1～4安全序列的监测道及对应的取样回路完成，这1～4安全序列的监测道及对应的取样回路与4个DGS对应，这4个DGS 位于控制厂房四个实体隔离的房间，每个房间设置了对应序列的供电柜，用于对应序列设备的供电；谱仪数据获取工作站控制谱仪运行及对取样回路的控制；正常序列监测道较多，设置了2个DGS，对正常序列监测道及对应的取样回路进行管理和控制；数据库服务器存储各数据采集站的重要信息。另外，通过主仪控接口装置(XU)，实现ARMS与主仪控实现数据通讯的交换。

网络通讯级由多个交换机(SWITCH)组成，多个交换机相互连接，实现通讯的冗余，提高信息传输的可靠性。

机组级由机组RS(辐射安全)值班工程师工作站、机组剂量技术人员值班工作站、维护校准工作站、剂量实验室工作站组成，实现人机互动。

电站级由核电站RS(辐射安全)工程师工作站、TLD/WBC(热释光全身计数器)工作站组成，另外，通过运行服务楼数据接口柜交换机与环境监测系统进行数据交换，这些设施设备属于多个机组的共用部分。

APRMS、ARMS、ARCM和AIRDMS通过数字网络有机连成一个整体，构成ARMS系统。另外，ARMS与其他系统进行数据信号交换，实现相关系统信号共享。ARMS与其他系统进行数据信号交换的主要具体数据如下：

1)ARMS参与正常仪控的开关量连锁信息33个；

2)ARMS参与安全仪控的开关量连锁信息22个；

3)ARMS模拟信号在MCR/SCR后备盘进行显示记录的参数24个；

4)ARMS模拟信号在MCR超设计基准显示记录区的参数1个；

5)ARMS通过XU送往仪控系统OM用于显示的信号140余个；

6)ARMS通过XU接收的工艺系统信号470余个。

ARMS通过获取其他系统的数据获取，实现被监测设施、设备或系统运行数据的实时显示(见图2)，用于辐射测量结果的综合分析评估；ARMS上传众多的信息、数据，参与相关系统的控制或信息显示，部分ARMS数据上传到核电站的诊断系统，作为核电站“先漏后裂”(LBB—Leak-Before-Break)监测的重要补充。

4 结论和展望

在核电站，对于含或可能含放射性物质的设施设备或系统故障及失效的监测，可采用温度、压力、流量等常规方法进行监测，也可以采用辐射特性的方法进行监测。一般来说，辐射特性监测与常规方法比较，具有非接触介质、可不破坏回路密封和更加灵敏的特点，可提前预测或评估系统或设备的异常，丰富和全面的辐射测量信息，更能满足LBB的要求。

田湾VVER核电站的ARMS系统，对众多的系统和主设备进行了辐射测量，特别是对反应堆冷却剂系统及其连接系统设备进行了全面的监测；同时设置了扫描式高纯锗谱仪，对重要实时工艺辐射测量数据进行精确核对测量，减少人员现场测量和取样。机组重要辐射监测参数通过硬接线送入主仪控系统，用于系统连锁保护及后备盘报警或记录。另外，与主仪控系统众多交互的数据交换，实现了ARMS系统与电站仪控系统的数据共享。

国内在役和在建核电站的辐射监测系统，大多采用M310堆型的设计理念，仅对少数设备、系统及场所进行辐射信息监测，众多设备、系统的辐射信息需通过便携式仪表人工现场测量或现场取样实验室测量来确定。