某核电站辐射监测系统仪表性能优化

伞振雷

（中核检修有限公司连云港分公司，连云港 222002）

某核电站辐射监测系统（Automated Radiation Monitoring System，简称ARMS）是外方NITI研究院为配合实施某核电站全数字化仪控系统而新开发的数字网络化辐射监测系统［1，2］。该系统用计算机网络将整个电站所有的辐射监测仪表按不同功能和不同的电源通道有机地组合起来，既相互独立又相互联系，使整个电站的辐射水平处于多层及有效的全方位监控之下［3-6］。系统通道远多于国内其他核电站，且设计理念也有所差异，ARMS在结构上分成两个层次：上层（简称综合层）由数据采集、处理工控机及终端工作站组成，下层由就地仪表测量通道和电动控制单元及其执行机构组成［7-10］。

ARMS具有自动化测量、数字控制和显示，大部分通道在正常运行工况时具有连续监测、能发出声光报警信号、响应快速等特点，为核安全和辐射安全监督及时提供信息。因ARMS下层大部分仪表与电站工艺系统保护相联锁，部分监测仪表甚至参与反应堆停堆保护，一旦设备出现故障，将会导致现场监测仪表失去实时监测。因此，对ARMS必须采取科学严谨的维修策略，以保证系统可靠运行。

1 辐射监测仪表结构

ARMS下层测量设备均为智能化仪表，设备由法国MGPI公司供货，主要有探测器、就地处理单元和端子箱等。通过取样管路将系统介质引入仪表的测量腔室进行放射性活度测量并产生实时测量数据，可连续监测通过测量腔室介质的放射性活度，探测器采集辐射和热工变量（活度、核素成份、剂量率、流量、温度、压力等），就地处理单元对来自探测器的信号进行综合计算和处理后将仪表的测量信息送入仪表的接线箱，接线箱通过不同方式将信号输出，确保相关工艺系统的放射性水平和放射性气体排放控制在规定的限值范围之内，仪表示意如图1所示。

图1 ARMS仪表的示意图Fig.1 ARMSinstrument diagram

2 在线监测仪表性能优化

2.1 降低高量程惰性气体监测仪误报率

高量程惰性气体监测仪（NGM 203SC Noble Gas Monitor）用于核岛反应堆厂房环形空间及安全厂房应急负压系统中惰性气体的活度监测，仪表设计为核级抗震设备，属于事故后重要监测仪表。该仪表安装在安全厂房压缩机房间，通过取样管线，从通风系统被取样的气体介质通过管线和仪表上的阀组及过滤装置，进入流气式电离室进行测量，正常情况下仪表探测器输出1E-14 A弱电流，电流输入LPU处理单元通过计算转换成体积活度值。

作为新型的NGM 203SC核级事故后监测仪表，在某核电站为首次使用，仪表采用第三代LPU、回路压力补偿装置等新技术。仪表在完成调试投运后初期，间隔2～3天出现放射性测量超阈值误报警现象。通过实验室取样分析，发现放射性惰性气体活度并未超过报警阈值，说明仪表为误报警信号，且误报率较高，严重影响辐射监控室和主控室后备盘对核岛反应堆厂房环形空间及安全厂房应急负压系统的正常监测及仪表测量的稳定性。

根据某电站一期相同通道仪表报警率统计，2009—2019年度误报警次数平均三个月出现一次仪表误报警。一期通道使用MGP二代产品，二期是三代产品，但仪表所处工艺系统没变，仪表基本原理相同，所以数据有很大的参考性，降低仪表误报警率，达到2次/月的设定目标是可行的。

当打开仪表过滤装置和测量腔室时，发现大量沉积灰尘、金属颗粒及滤纸碎片（如图2、图3所示），这些杂质在测量腔室中容易引起仪表探头的电流波动，从而产生误报警。同时工艺系统或厂房环境在安装调试阶段积累的灰尘较多，系统设备启动或清洁时易引起扬尘跟随仪表取样管线抽气进入仪表测量腔室。

图2 取样介质杂质进入测量腔室Fig.2 Impuritiesin the sampling medium enter the measurement chamber

图3 滤纸碎屑进入测量腔室Fig.3 Filter paper debrisentering the measurement chamber

为降低仪表误报率，提高仪表的稳定性，减少破损滤纸及杂质进入测量腔室内，应对取样管线进行压缩空气吹扫，关闭仪表上的截止阀，打开工艺管道阀门对取样管线进行压缩空气吹扫。同时在环廊进行核清洁时，因大量扬尘颗粒进入工艺系统，经取样管线进入仪表测量腔室，应提前了解核清洁工作计划和进度，对仪表进行隔离，避免因核清洁导致扬尘使颗粒进入腔室。

腔室内安装过滤器的滤纸托盘网格尺寸约7 mm，测量进入腔室内滤纸碎屑最大长度约4 mm，破碎的滤纸屑极易穿过托盘网格，随取样介质气流进入到测量腔室。因此，应优化更换滤纸方式，避免在设备上直接操作，并在过滤器网格上增设铜滤网，更换时将滤纸和铜滤网一起拿下来在塑料布上进行（如图4所示）。这样能够避免碎屑漏到取样管线，随设备开机时进入测量腔室。通过对改进后近6个月高量程惰性气体监测仪的数据进行统计，仪表误报率由11次/月降至2次/月，仪表误报警得到有效控制，放射性测量效果显著提高，建议后续该类型仪表在过滤器上增加铜过滤网，避免杂质进入测量腔室导致误报警。

图4 过滤器增加铜滤网Fig.4 Filter added copper mesh

2.2 提高弱电流事故后辐射监测仪表的稳定性

GIM 206高量程γ剂量率监测仪用于监测反应堆出现事故情况下γ剂量率水平，该监测仪为核级设备，能够在事故后高温、高压、高辐射等极端恶劣的环境条件下工作一定时间。此类型仪表输出电流极弱，本底电流1 E-15 A，因此极易受到外界的电磁干扰，导致仪表测量值波动很大。根据仪表的特性，建议该类仪表电缆应单独敷设（容易拆卸、屏蔽效果好），并与动力电缆保持足够距离，且电缆应浮空，现场弱电流仪表及电缆如图5所示。

图5 弱电流仪表及电缆Fig.5 Weak current instrument and cable

该类仪表电缆的敷设是严格按照相关标准设计和施工，参考了国内行业标准（如EJ-T1065—1998）。在调试初期，应检查这类仪表电缆是按上述要求敷设，并确定电缆的绝缘满足技术要求，以保证仪表输出测量值的稳定性，确保仪表的可靠性。

2.3 提升液体测量通道测量容器的去污效果

液体活度监测仪GLM 201（含测量回路）用于测量液体介质的放射性活度。在运行初期，当测量腔室受到介质中的放射性杂质污染后，通过现有的冲洗回路对测量腔室去污，去污效率很低，且容易产生误报警信号。因液体活度监测仪GLM 201的测量报警信号参与相关工艺系统的联锁，污染报警信号会影响正常工艺系统的可靠运行。

从仪表运行和结构等因素考虑，仪表测量回路介质从下而上进入测量腔室，上端为平面上开一个出口。原冲洗管道内除盐水冲洗方向与测量回路取样介质方向相同，因此介质中的颗粒杂质因重力原因不易从腔室内排出，在冲洗水停止冲洗后，质量大的颗粒杂质容易沉积在测量腔室下部。根据观察（如图6测量腔室示意图所示），测量腔室下部呈漏斗状，如果冲洗方向从上至下，让液体从下部漏斗口排出，通过定期用除盐水反向冲洗，可解决颗粒杂质因重力而无法从顶端平面口排出的问题。

图6 测量腔室示意图Fig.6 Measuring chamber diagram

对改进后的效果进行检查，当测量腔室再次污染时，通过新管线的冲洗以及压缩空气吹扫后，测量腔室的冲洗去污效果明显提高，底部沉积杂质明显减少，残留介质也可顺利排入地漏，测量腔室内介质可以排空，如图7、8所示。

图7 改进前冲洗回路冲洗后效果图Fig.7 Improved pre-rinse circuit after rinseeffect drawing

图8 改进后冲洗回路冲洗后的效果Fig.8 Theeffect of theimproved flush circuit after washing

通过对冲洗水回路改进后的监测仪进行跟踪和统计，冲洗去污率提高到70%，冲洗去污效率显著提高，冲洗水回路的可用性明显增强，仪表测量腔室污染导致的误报警得到有效地控制。后续工作建议定期对该类仪表测量腔室进行冲洗，以降低因测量腔室污染而导致的误报警。

3 设备成品保护

在机组调试前期，因通风空调系统没有投运，设备所在房间往往环境条件差。在炎热的夏季，潮湿的空气遇到冷的取样管线，容易在管线外壁上冷凝产生含盐冷凝水，冷凝水会沿着垂直的管道流入测量室，从而损坏测量室的探头（NaI探头在调试期间损坏的故障率较高）。对于这类设备，应及时采取对探测器增加防水措施并定期开展巡检等方法。

在取样系统调试期，取样点和测量点之间的温差较大，在介质湿度相对较高的情况下，取样管线内容易产生冷凝水，应对取样管线及仪表包裹加热电阻和保温层。

4 结论

ARMS系统作为某核电站全数字化仪控系统的重要组成部分，正确调试和高质量的维护工作，是维持辐射探测器工作能力、保持其计量性能、对不同放射性介质成分测量精确性的主要条件。本文对辐射监测系统仪表运行过程中遇到的相关问题，进行不断的技术改进，使因仪表测量导致的误报警得到了有效控制，有效提高了设备的稳定性，有利于正常工艺系统的可靠运行。