核电厂辐射控制区不同进出模式运行成本分析

任学明，王雪峰，赵 凯

(1.台山核电合营有限公司，广东 台山，529200；2.深圳中广核工程设计有限公司，广东 深圳，518172)

目前国内的核电厂辐射控制区主要有两种进出模式，主流的传统“七件套”模式和新型的清洁控制区模式。清洁控制区模式目前已在国内某核电厂全面应用，法国电力集团(EDF)及国内核电厂称该模式为“EVEREST”模式或“珠峰”模式[1]，该模式已经历了日常运行和大修工况的实践检验。与传统“七件套”模式相比，清洁控制区模式因不需要更换控制区专用防护用品，所以节省了时间，提高了控制区进出效率，同时也减少了专用防护用品的使用成本以及产生的废物量，这也更加符合国家对核设施放射性废物最小化的要求[2]。

基于以上优势，国内多家核电厂已为采用该模式开展了相关工作，比如已有某核电厂在热机修间等厂房实现了清洁控制区模式，并在按计划分步实施中。可见新型的清洁控制区进出模式正在成为一种应用趋势。但核电厂在决策是否采用控制区新型进出模式时依然慎重，利益代价比是其考虑的主要因素之一。

笔者通过某核电厂近几年来的实践，对大修和日常期间的两种进出模式在辐射防护指标、运行成本以及废物产生量等方面进行了初步分析和比较，以供其他核电厂的决策参考。

1 两种进出模式简介

传统模式是人员进入控制区之前，需要先在冷更衣间内脱除个人衣物，仅着内裤(女士为内衣、内裤)进入热更衣间，然后在热更衣间穿上控制区专用防护用品。专用防护用品一般包括纸帽、安全帽、T恤、连体服、棉纱手套、袜子和安全鞋。防护用品共七件，所以传统模式又称“七件套”模式。出控制区时，在经过C1门(门框式表面污染监测设备)测量后，进入热更衣间，脱除“七件套”后进入C2门(门框式表面污染监测设备，属于控制区边界)测量，然后在冷更衣间穿回个人衣物。传统模式在日常和大修期间使用的个人防护用品种类没有区别，使用数量等于进出控制区的次数。开展污染作业期间，需要在“七件套”基础上加穿纸衣、乳胶手套、塑料鞋套等附加防护用品，使用量正比于日常或大修期间开展的放射性污染作业量。

EVEREST模式在进入控制区之前，仅需要在控制区入口处加穿一层防尘鞋套。对于部分劳保服不具备佩戴电子个人剂量计的人员，需要加穿马甲，以用来佩戴电子个人剂量计。出控制区时，在经过C2门监测后，脱除防尘鞋套和马甲(若有)。为有效控制潜在污染风险，该核电厂采用“潜在污染区”管理模式(且目前仅该核电厂在采用“潜在污染区”管理模式)，人员在进入潜在污染区时，需要加穿帽套、棉纱手套和橡胶鞋套[3]。潜在污染区仅限于部分放射性污染扩散风险高的房间或区域，数量非常有限。另外，开展污染作业期间也需要使用到(但不限于)帽套、棉纱手套和橡胶鞋套，因此帽套、棉纱手套和橡胶鞋套的使用量正比于进出潜在污染区以及污染作业区的人次。此外，针对化学操作人员，在控制区热实验室内需要加穿棉质白大褂。以上既适用于日常期间，也适用于大修期间。但在大修期间，还需要使用到连体服和安全鞋。因为大修期间反应堆厂房会有大量放射性作业同步开展，污染扩散风险非常高。该核电厂要求进入反应堆厂房加穿连体服、帽套、棉纱手套、橡胶鞋套等附加防护用品，少数高温高污染风险作业人员还需要更换专用安全鞋[3]。开展污染作业期间，使用到的纸衣、乳胶手套、塑料鞋套等附加防护用品，使用方式与传统模式一致，使用量正比于日常或大修期间开展的放射性污染作业量。

采用EVEREST模式的某核电厂，在经过几年来日常运行以及大修的实践检验，其主要辐射防护指标在中广核各核电厂中处于中上游水平。在控制区边界人员体表污染监测方面，EVEREST模式C2门监测的是人员着工作服的体表污染情况，传统模式C2门监测的是人员脱去工作服后的体表污染情况，二者的C2门报警率相当，日常运行期间均小于0.1%，大修期间大约在0.2%到0.4%间。

2 放射性废物产生量与运行成本估算

2.1 概述

两种进出模式最大的区别在于防护用品使用成本与放射性废物产生量上。为突出两种进出模式的区别，仅针对不同模式在防护用品使用种类或使用量上的不同进行分析对比。对与进出模式无关的防护用品的使用情况则不作比较，比如气衣、气面罩、纸衣等的使用情况，其使用量仅与开展的污染作业活动量有关，与进出模式无关，故不在本文中开展讨论。防护用品的使用以及废物产生量上在核电厂不同运行状态(日常运行和大修)下略有不同，下文以某核电厂为例，结合核电厂日常运行和大修两种运行状态，分别进行分析比较。

2.2 日常运行期间

核电厂日常运行主要为生产发电，并开展必要的维修和生产活动，控制区进出人次以及生产维修活动均较少。防护用品使用成本包括一次性防护用品的消耗量、可复用防护用品经过反复清洗的报废量以及清洗防护用品的水电成本等。

某核电站日常运行期间采用“EVEREST”进出模式的废物产生量及运行成本估算情况列于表1。

表1 日常运行期间“EVEREST”模式放射性废物产生量及运行成本(单台机组)1)

废液产生量为每年清洗可复用防护用品产生的清洗废液量(作为放射性废液)，估算方法为：

式中，Qliquid为清洗废液产生量，L；N为防护用品使用量，件(双)；m为单件防护用品质量，kg；Qlaundry为洗衣机单次清洗用水量，L，本文中取209 L；mlaundry为洗衣机单次清洗防护用品质量，kg，本文中取27 kg。

固废产生量为一次性防护用品使用量以及可复用防护用品经过一定清洗次数后报废的年化产生量(作为放射性废物)。一次性防护用品产生的固体废物为使用量乘以单件防护用品质量，可复用防护用品固废产生量计算方法为：

式中，Qwaste为固体废物产生量，kg；N为防护用品使用量，件(双)；m为单件防护用品质量，kg；nlaundry为防护用品平均可经受清洗次数，结合各电厂实际运行经验，可重复利用防护用品本文取200次。

某核电站日常运行期间采用传统进出模式的废物产生量及运行成本估算情况列于表2。

表2 日常运行期间传统进出模式放射性废物产生量及运行成本(单台机组)1)

日常运行期间两种进出模式放射性废物产生量与运行成本对比列于表3。

由表3可知，在日常运行期间采用“EVEREST”模式的核电厂(采用“潜在污染区”控制策略)因为使用防护用品产生的废液和固废产生量都显著低于传统的“七件套”模式。如果采用“EVEREST”模式的核电厂在污染控制上不采用“潜在污染区”控制策略，则日常期间产生的清洗废液量及固废量将进一步减少。在运行成本上，“EVEREST”模式也仅占传统模式的三分之一。

表3 日常运行期间两种模式放射性废物产生量与运行成本对比(单台机组)

2.3 大修期间

大修主要为燃料更换，并开展相关的维修和在役检查等工作，控制区进出人次多且集中，维修、检查等工作量大。采用“EVEREST”模式的核电厂因为大修期间防护用品使用规则有调整，所以在防护用品的使用量上有变化，主要体现在增加了纸帽、连体服和橡胶鞋套的使用量。某核电站大修期间采用“EVEREST”进出模式的废物产生量及运行成本估算情况列于表4。

表4 大修期间采用“EVEREST”模式放射性废物产生量以及运行成本估算(单台机组)1)

表4中，大修期间防护用品中的连体服主要用于工作人员进入反应堆厂房和特定人群进入热机修间使用，安全鞋主要用于特定人群进入反应堆厂房和热机修间使用。因为停堆期间该核电厂所有进入反应堆厂房人员均要求穿戴连体服，因此连体服的使用量要多于安全鞋使用量。

某核电站大修期间采用传统进出模式的废物产生量及运行成本估算情况列于表5。

表5 大修期间传统进出模式放射性废物产生量及运行成本(单台机组)

某核电厂大修期间采用两种进出模式的放射性废物产生量与运行成本比对列于表6。

由表6可知，核电厂在大修期间采用“EVEREST”模式产生的放射性废物量依然显著低于传统的“七件套”模式。大修期间两种模式在废液和固废产生量上没有日常期间的差异大，这是因为采用“EVEREST”模式的核电厂在大修期间对整个反应堆厂房加强了污染控制，要求进入反应堆厂房的人员必须加穿纸帽、连体服、棉纱手套、橡胶鞋套等附加防护用品，这减少了两种模式在防护用品使用量上的差异。大修期间因为“EVEREST”模式核电厂对反应堆厂房加强了管控，使得大修期间防护用品使用成本大幅增加，单次进出成本大约为日常运行期间的2倍，约为“七件套”模式的80%。

表6 两种模式大修期间放射性废物产生量与运行成本对比(单台机组)

3 其他运行成本分析

3.1 废物处置成本

除了以上分析的运行过程成本以外，废物处置成本也是必须考虑的因素。目前清洗后产生的废液在核电厂中被RPE系统(核岛排气疏水系统)收集，经过监测在满足法规和电厂要求后排放；固体废物作为低放射性或极低放射性废物，在电厂压缩暂存后，交由城市低放废物处置场存放，目前城市放射性废物送贮费按国家规定未收取费用[4]。

可复用防护用品因被严重污染而直接报废的部分，各电厂处理方式一致，因为与采用何种模式无关未作比较。

3.2 人力成本

在辐射防护、洗衣房以及厂房核清洁的人力需求方面，两种模式的人力资源配置基本一致，没有因“EVEREST”模式直接增加人力。但“EVEREST”模式在控制区内核清洁的范围和频次、表面污染测量的范围和频次上，会比传统模式的核电厂要求高。核清洁与表面污染测量一般都会要求月度全覆盖(反应堆厂房以及高辐射风险房间除外)。另外，在大修期间的去污工作量上，“EVEREST”模式的核电厂会稍高于传统模式，主要体现在“EVEREST”模式对去污验收的标准更高，一般对应的去污工作量也会更大些。

3.3 辐射监测仪器成本

在辐射监测仪表方面，“EVEREST”模式需要仪表对表面污染响应更灵敏，目前市场上主流的表面污染监测仪表基本均满足要求。在辐射监测仪表数量方面，该模式本身不会因为核清洁标准高而增加辐射监测仪表。但是该核电厂采用的“潜在污染区”管理方式因为增加了潜在污染区的边界数量，因此需要更多数量的仪表。增加的数量取决于实际设置的污染区以及潜在污染区的数量。这部分涉及到的仪表使用成本以及维护成本，本文未做考虑。

3.4 承包商引入成本

在大修期间承包商的引入费用方面，因为“EVEREST”模式有利于节省单个工作的人工时(节省了进出控制区的时间)，有利于减少大修承包商的引入成本。

4 结论

通过在日常运行期间和大修期间对辐射防护用品的报废量、清洗用水成本和用电成本的分析，初步得出在国内采用“EVEREST”模式和“七件套”模式两种控制区进出方式的废物产生量以及运行成本。分析认为，在日常运行期间，“EVEREST”模式有明显优势，废物产生量仅占“七件套”模式的20%到30%，其运行成本约为“七件套”模式的三分之一；在大修期间“EVEREST”模式的废物产生量约占“七件套”模式的60%左右，运行成本约为“七件套”模式运行成本的80%。以上成本计算中，尚未考虑后端清洗废水的处理成本以及产生的低放固废的处置成本，如果考虑这部分的成本，两种运行模式的差异将进一步扩大。

本文对两种进出模式的运行成本进行了量化估算，希望能够为新建核电厂决策采用何种控制区进出方式以及已运行核电厂是否改用“EVEREST”模式提供参考。

最后，需要指出的是，对于已运行核电厂如果中途改造为“EVEREST”模式，还需要考虑对控制区全面核清洁的去污成本。但是如果是从核电厂运行全周期来看，这一成本则是可接受的，因为当核电机组退役时，也要开展类似的核清洁。如果更早的实施清洁控制区模式，则可以减少退役阶段的核清洁成本。