大型辐照后检验热室研究设施调试管理

王华才 韩华 黄英 汤琪 李显华 梁政强

(中国原子能科学研究院，北京 102413)

0 引言

大型辐照后检验热室设施(以下简称“热室”)主要用于辐照后材料和燃料的检验。热室建设是一项复杂的系统工程，涉及从方案设计到项目竣工的全生命周期管理。热室调试作为项目竣工的重要环节，需要对构筑物、全系统和设备进行调试，主要包括：检验设施的设计、建造和安装质量；对系统及设备进行性能考验，验证系统及设备技术指标；制定合理的运行限值和运行方式；制定相应的运行文件。

基于此，本文以热室为研究对象，结合项目管理理念与方法，从调试计划管理、调试文件管理、调试前置工作管理、接口管理以及实施过程管理5个方面展开分析，以期为类似项目调试管理提供参考。

1 热室调试系统及特点

1.1 热室调试系统

中国原子能科学研究院新建的大型热室总占地面积约6000m2，能够检验多种堆型、不同尺寸燃料棒和结构部件辐照性能。热室分为主工艺系统、工艺运输系统和辅助系统。

1.1.1 主工艺系统

主工艺系统是整个热室系统的关键和核心，分为燃料检验线、微观分析线和力学性能分析线。其中，燃料检验线具备燃料组件和燃料棒的接收、检查、解体，燃料棒的非破坏性检验，燃料棒的切割，样品制备、储存和再组装等功能；微观分析线具备微观样品接收、燃料及包壳材料的微观结构分析等功能；力学性能分析线具备包壳及结构材料的力学性能测试功能。

1.1.2 工艺运输系统

工艺运输系统是整个热室系统的连接点，主要实现核电站、厂内乏燃料棒的转运，以及热室内样品、固体废物和设备的转运。

1.1.3 辅助系统

辅助系统是整个热室系统的基础，分为9个子系统，负责保障主工艺系统的正常运行和各项功能的实现。

1.2 热室调试特点

热室系统结构复杂、主要设备数量庞大、调试工作量巨大，整个调试过程面临严峻挑战，如核调试前置条件复杂、调试项目存在交叉以及非核和核调试管理难度大等。

2 热室设施调试管理

2.1 调试计划管理

大型辐照后检验热室设施的调试阶段分为非核调试阶段和核调试阶段。其中，非核调试阶段是指以冷样品(非放射性)为对象开展的一系列调试工作，包括单系统调试和综合冷调试；核阶段热调试为带料调试，指放射性材料进入热室设施开展的一系列调试工作，包括热室屏蔽试验和热室带料调试。

由于热室建设工程复杂、接口众多且建设和调试周期紧张，后期面临施工和调试同时进行的问题。为了在保证施工质量和进度的前提下加强对调试的进程控制，急需对热室调试计划进行规划和管理。

根据热室调试周期表(表1)，完成主工艺系统试验项目需要777天。其中，工艺运输系统项目需要169天，辅助系统项目需要652天。因此，必须采用非关键路径工作并行作业方式，压缩调试工期。同时，由于热室调试过程分为多个阶段，存在交叉进行的项目。例如，在非核调试阶段，通常在单系统全部调试完成后才开始综合冷调试。但是，为了保证调试进度，综合冷调试阶段某项主工艺检验试验在系统调试阶段相应设备调试完成且具备单独运行条件后，辅助系统同时满足运行条件的情况下才可进行。虽然交叉调试对于整个综合冷调试阶段的连贯性以及模拟实际运行工况有一定影响，但是能够保证进行综合冷调试阶段某项主工艺检验试验时，热室运行相关辅助系统正常投入运行。此外，由于某些设备(如容器、电子探针等)到货较晚，可能存在其他系统或设备已进入核调试阶段，而该设备才开始进行调试的情况。但这些设备并不影响其他系统或设备调试效果，因此，在整个调试计划中可以将其单独列出进行调试。

综上所述，在不影响调试结果的前提下，将热室调试工期尽可能地压缩或提前，可有效保证热室建设项目里程碑节点的完成。

表1 热室调试周期表

(续)

2.2 调试文件管理

热室调试必须遵守经过审批的书面文件，因此，在整个调试过程中应制定相应的调试文件，以保障调试工作的顺利进行。

在调试开始前，编制《热室调试总大纲》(以下简称《总大纲》)，用于指导热室建设项目开展调试工作；根据《总大纲》，各系统制定了《系统调试大纲》，详细描述了在系统需要进行的试验项目、需要验证的内容和系统验收准则等。同时，制定了《调试管理程序》，作为实施各项调试活动的文件依据。在调试过程中，强化调试记录管理，包括调试过程中的技术和试验等过程记录文件。调试结束后，编制调试报告，包括《试验结果报告》和《调试综合报告》。其中，《试验结果报告》是评价试验结果的简要报告；《调试综合报告》是包含试验过程及试验数据、试验结果分析和评价、试验问题和改进等的正式存档文件。此外，调试环节必须制定相关的技术文件，主要包括设计文件、建造文件、运行文件、上级文件等。

为了规范调试文件管理，制定并发布《调试文件编制要求与变更管理》和《调试文件编校审批程序》，前者规定了调试文件与调试报告必须包含的内容、格式以及变更的流程；后者包括调试文件编制、校核、审核、审定、批准与会签人员的职责和要求以及编、校、审、批顺序。

2.3 调试前置工作管理

热室调试是一项需要多方协调与配合的工作。在开始调试工作前，必须保证前置工作已经完成。下面具体分析调试阶段的非核调试与核调试前置工作管理。

2.3.1 非核调试前置工作管理

(1)合理安排调试组织机构、职责分工、人力资源、计划和行政管理工作；保证调试人员的配备和培训符合要求；相关人员通过必要的资格审查，并得到授权。

(2)所有调试文件已经通过审查批准。

(3)相关构筑物、系统、设备和部件已按照设计要求和技术条件安装完毕；由安装单位负责的系统、设备和部件的试验已完成，并完成移交；办理移交手续，移交文件应符合有关规定、标准和技术的要求，并形成有效的书面移交文件。

(4)调试试验所包含的电气、仪控、机械设备已经通过检查，且符合调试试验要求。

(5)调试试验所用的计量器具已经检定合格并在有效期内，调试所需的备品、备件、工器具、易耗品及临时设施已准备齐全。

(6)已做好调试期间的运行、维护、维修安排；已落实调试期间的安全、保卫、消防、通信、急救和应急等措施。

2.3.2 核调试前置工作管理

在进行核调试屏蔽试验前，应具备的条件如下：

(1)与核调试相关的非核调试已全部结束，试验报告已审查认可。

(2)热室屏蔽试验方案通过审查。

(3)热室水电、通风、辐射监测、实物保护等辅助系统可投入正常运行。

在进行热室带料热态调试前，应具备的条件如下：

(1)热室屏蔽试验完成，试验结果满足设计要求。

(2)装(投)料许可已获批准。

(3)燃料组件从厂房转运至热室设施已获批准。

(4)热室与带料热调试相关的设备、系统可投入正常运行。

(5)相关试验方案和操作规程通过审查。

(6)热室应急预案获得批复，且已完成应急演习。

2.4 调试接口管理

在热室单系统调试开始前，应与安装单位办理设备移交手续。安装单位负责安装范畴的调试工作，如系统和设备安装后的清洗试压、单体设备试验等。在安装和试验满足设计要求，且有关施工验收技术符合规范并消除单体试验中发现的安装缺陷后，方可办理移交调试验收手续。调试队负责进行系统的性能试验和整体性能试验，安装公司负责消除因施工造成的系统或设备的缺陷。双方均须遵守相关的管理制度和规定，办理必要的交接手续，保证人身和设备安全以及调试工作的顺利进行。

2.5 实施过程管理

2.5.1 热室非核调试管理

(1)主工艺系统调试管理。主工艺系统设备根据其功能和所处位置，分为燃料组件检验系统、燃料棒无损检验系统、样品制样及再组装系统、微观分析系统、力学性能分析系统5个子系统。主要包括组件检查及解体设备、燃料棒非破坏性检验设备、燃料棒刺孔及裂变气体测量装置、燃料棒切割设备、金相样品制备设备、金相观察设备、透射电镜制样设备、微观分析设备、燃料棒焊接设备、力学样品制备设备、力学性能分析设备等。主工艺系统调试主要是对主工艺系统的设备在热室环境下的使用进行调试。主工艺系统设备可分开或并行开展试验，无先后顺序，因此，在系统调试阶段，分系统、分设备需要逐步调试，多线、并线进行调试。

(2)工艺运输系统调试管理。工艺运输系统分为9个子系统，包括动力机械手、主从机械手、关节手、剑式手、吊车、热室内0.3t吊车、设备转运箱、气动送样系统、转运容器及铅罐。首先，需要完成主从机械手、动力机械手和吊车试验，保证3个子系统和设备满足技术要求；其次，开展热室内吊车试验和气动送样试验；最后，进行核电站乏燃料棒转运系统试验、厂内乏燃料棒和样品转运系统试验、固体废物转运试验、设备转运试验。

(3)辅助系统调试管理。辅助系统包括通风系统、电气系统、仪控系统、通信及实物保护系统、辐射防护与监测系统、池水冷却净化系统、工业排水系统、废液收储转运系统、氮气及压缩空气系统。由于辅助系统繁杂、涉及专业众多，需要从多方面开展调试管理。在责任方面，按专业确定各系统负责人，从责任上落实各系统的调试工作；在协调方面，针对系统调试涉及的设备、场地、相关手续等，提前做好计划报批，合理分配内部资源并协调外部关系，保障调试工作有序开展；在试验方面，提前召开试验准备会，介绍调试试验内容，分析试验风险，做好现场试验记录。在进度方面，实行现场看板管理，在看板上梳理出各系统调试节点、调试内容、调试进度，重点标注调试滞后事项、责任人和滞后事项解决时间，做到每日汇报，及时推进调试工作按计划开展。

(4)综合冷调试管理。综合冷调试阶段主要是以模拟燃料组件和燃料棒为试验对象，在主工艺系统上开展燃料组件和燃料棒热室检验工艺全流程的模拟试验。同时，所有与热室运行相关的辅助系统(电气、通风、辐射防护、仪控、池水冷却净化系统等)按照连续投入运行120小时的标准，验证热室系统和设备功能是否达到技术指标。在此阶段，主要实施过程控制管理，保证综合冷调试顺利完成。

2.5.2 热室核调试管理

热室核调试分为屏蔽试验和带料热态调试。其中，屏蔽试验主要是检验并保证热室壳体(墙体、窥视窗、线缆接口、外接管道)的屏蔽能力达到设计和运行要求，确保热室带料调试和正常运行时人员的辐射防护安全。带料热态调试采用放射性燃料组件进行试验，在调试过程中针对系统、设备、文件、人员、技术进行全面梳理和总结，获得设施的相关数据。同时，及时发现热室存在的各种隐患和问题，制定改进措施和方法。带料调试是在试运行前对热室设计、运行、安全、维护进行的整体评价，可为热室安全运行提供保障。

(1)安全管理。在核调试阶段，调试对象为放射性材料，因此，调试现场的安全管理十分重要。具体措施如下：

1)定期组织调试人员学习安全知识，了解“三违行为”；每次会议前组织“安全每会一讲”，组织观看违反安全管理规定的典型实例，培养安全意识；对于外来人员，在进入热室前宣读《安全告知书》，告知现场存在的风险点。

2)制定并发布了《场地及环境控制》《相关方安全管理程序》《特征设备安全管理程序》《安全环保检查规定》《内部安全许可管理程序》《重大危险源安全管理程序》等多项安全管理制度。

3)在热室核调试阶段，实行调试许可证管理制度。在进入调试现场前，必须填写《试验许可申请》或《工作许可申请》，并取得调试负责人同意。试验涉及多系统配合时，许可申请必须由相应系统负责人签字确认，严格控制人员出入、明确边界条件，从而保证热室热调阶段的安全。

(2)辐射防护管理。热室核调试阶段涉及放射源、核电站燃料组件和燃料棒等放射性材料，必须采取必要的辐射防护管理，防止放射性物质泄漏、放射源遗失等事故发生，以保证设施、系统、环境、人员的安全。具体措施如下：

1)制定热调试期间放射性物质管理规定，包括《热室放射源管理规定》《热室核材料管理规定》《放射性废物处理规定》，确保放射性物质在设施内的安全使用及其在设施内的转移和贮存安全。

2)在热调试期间监测辐射数据，根据《热室辐射监测计划》《热室个人剂量监测管理规定》，对全室环境、流出物、个人剂量和工作场所进行定期监测，保证各项指标满足合理限值。

3)依据《热室监督区、控制区管理规定》，区分放射性等级，并发布《热室放射性区域进出管理规定》。

4)配备专业的剂量值班员。负责每日对热室各场所辐射剂量进行巡视、监测、记录，严格执行辐射防护相关管理规定，监督试验人员正确使用辐射监测仪器和防护工具等。

5)制定《热室运行限值与条件》《热室异常工况处理规定》等应急预案。对于调试环节出现的问题，积极采取相应措施，保证放射源和核材料、重要设备以及人员安全。

3 结语

燃料元件辐照性能研究是实现我国核燃料自主研发的关键环节。热室建设能够提高燃料元件辐照性能的研究水平，对于推动我国核电技术国产化具有重要意义。热室调试是热室建设的关键环节。将项目管理理念引入热室调试管理流程，能够保证热室调试阶段的安全、质量、进度，实现热室调试目标，为国内同类辐照后检验设施调试提供参考。