核電廠環(huán)境監(jiān)測方案優(yōu)化分析
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摘要：為了吸取日本福島核事故的經驗和教訓，進一步提高核電廠的安全運行與管理水平，對廣東某核電項目核電廠環(huán)境監(jiān)測設計方案進行了評價分析，梳理了設計方案存在的薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)核安全審評要求，制定了核電廠環(huán)境監(jiān)測優(yōu)化方案。通過加強實驗室應急監(jiān)測后備能力，降低環(huán)境輻射水平及增加氣象連續(xù)監(jiān)測站點的數(shù)量等，滿足了類似福島核事故情況的環(huán)境監(jiān)測需求，可及時提供實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應急指揮部的及時決策提供了有力保障。
關鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；福島核事故；輻射
引言
在日本福島核事故發(fā)生之后，為了吸取日本福島核事故的經驗和教訓，進一步提高核電廠的安全運行與管理水平，國家核安全局在2012年6月12日編制并了《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求（試行）》（以下簡稱《通用技術要求》）。而此時廣東某核電項目（以下簡稱核電項目）環(huán)境監(jiān)測方案設計早已完成，環(huán)境監(jiān)測設備已基本到貨，正處于設備施工安裝階段，可改進優(yōu)化的空間小、難度大。結合福島核事故的經驗反饋，核電項目對環(huán)境監(jiān)測原設計方案進行了評估，梳理原設計方案的薄弱環(huán)節(jié)，依據(jù)核安全審評要求，形成了環(huán)境監(jiān)測設施改進優(yōu)化方案。氣象與輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)加強了實驗室應急監(jiān)測后備能力，降低了環(huán)境輻射水平，增加了氣象連續(xù)監(jiān)測站點（以下簡稱KRS站點）數(shù)量，改進了KRS站點失效替代方案、移動環(huán)境監(jiān)測、備用KRS中央站布置等幾個方面，滿足了類似福島核事故情況的環(huán)境監(jiān)測需求，及時提供實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應急指揮部的及時決策提供了有力保障。
1問題分析
《通用技術要求》規(guī)定核電廠應根據(jù)特定的外部事件，完善應急監(jiān)測方案，并提出了功能、設備兩方面的安全要求。通過環(huán)境監(jiān)測原設計方案與安全要求的對比，總結得出如下幾個方面的問題。
1.1環(huán)境實驗室布置問題
《通用技術要求》規(guī)定核電廠監(jiān)測設施布置應具有合理性和代表性，滿足核電廠事故工況下輻射環(huán)境應急監(jiān)測方案規(guī)定的設施功能。核電項目中環(huán)境實驗室的布置符合環(huán)境實驗室設置應避開主導風向的下風向的要求，但位于煙羽應急計劃區(qū)內，在發(fā)生應急事故時，仍可能被放射性煙羽污染導致實驗室不可用，缺少后備環(huán)境監(jiān)測手段，難以保證有效實施應急監(jiān)測。
1.2監(jiān)測站點布置問題
《通用技術要求》規(guī)定核電廠監(jiān)測站點應考慮與監(jiān)督性監(jiān)測站點互補的原則，保證核電廠周圍16個方位的陸域原則上都布設至少一個自動監(jiān)測站房。核電項目在電廠周邊共設置7個監(jiān)測站點，與《通用技術要求》相比，存在一定差距。需在煙羽計劃應急區(qū)范圍內，結合主導風向、居民密集區(qū)等因素增加布點。
1.3后備監(jiān)測手段保障問題
《通用技術要求》規(guī)定，當極端外部事件導致環(huán)境監(jiān)測設施不可用時，應具備適當?shù)暮髠鋵捔砍瘫O(jiān)測手段或及時恢復監(jiān)測設施可用性的手段，確保為核電廠及其周邊環(huán)境質量評價提供現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)。核電項目配置了環(huán)境監(jiān)測車及儀器，但存在環(huán)境監(jiān)測車出現(xiàn)故障的風險，同時KRS監(jiān)測站點及傳輸設施也可能在地震等外部極端事件下產生損壞的風險，導致無法執(zhí)行應急環(huán)境監(jiān)測的功能。因此，后備監(jiān)測手段仍需加強。
1.4數(shù)據(jù)傳輸功能保障問題
《通用技術要求》規(guī)定監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸應具有備用通信方式，保證各監(jiān)測站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠實時傳送到自動監(jiān)測中央站；在失去外部電源的情況下，自動監(jiān)測中央站應能保證較長時間（≥72h）內的數(shù)據(jù)傳輸。環(huán)境實驗室與應急指揮中心分開布置，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中央站（即KRS系統(tǒng)中央站）設置在環(huán)境實驗室內，存在地震情況下中央站不可用，不能向應急指揮部實時傳輸環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的風險。
2改進方案及措施
為解決上述問題，在環(huán)境監(jiān)測原方案基礎上，結合福島核事故的經驗反饋，根據(jù)國務院對核設施安全檢查時對在建核電廠的安全評審要求，充分考慮核電項目實際情況可優(yōu)化空間，制定了優(yōu)化方案，主要從環(huán)境實驗室設置的合理性、監(jiān)測站點布置的全面性、移動監(jiān)測的靈活性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性幾個方面進行改進。
2.1環(huán)境實驗室設置的合理性改進
環(huán)境實驗室位于主導風向上風向約1.3km處，在發(fā)生應急事故時可能被放射性煙羽污染導致實驗室不可用，根據(jù)《通用技術要求》的規(guī)定，需增設后備監(jiān)測手段。由于環(huán)境實驗室已經建設，無法重新選址建設，新建一個備用實驗室的方案則會帶來較大的建造和運營成本。因此，為確保應急情況下環(huán)境實驗室的可用性，結合廠址實際情況，核電項目與就近核電項目簽署制定應急環(huán)境監(jiān)測互為備用響應流程，詳細規(guī)定了應急準備、應急響應通知和啟動、應急支援行動、應急支援結束等事項，實現(xiàn)了事故情況下的后備監(jiān)測手段。環(huán)境實驗室原設計中配備2臺г譜儀，若備用電廠發(fā)生應急事故，需要核電項目環(huán)境實驗室承擔備用電廠應急情況下的環(huán)境監(jiān)測任務。此時，2臺г譜儀就不能同時滿足兩個電廠的監(jiān)測任務。為滿足備用電廠的應急監(jiān)測需求，在原來設備配置的基礎上新增1臺г譜儀。
2.2KRS監(jiān)測站點布置的全面性改進
根據(jù)核電項目原始設計，在電廠周邊10km范圍內設置7個監(jiān)測點，其中廠內站3個，廠外站4個，經過詳細論證以及與監(jiān)測系統(tǒng)的比對，結合廠址附近的環(huán)境敏感點因素，KRS站點布置改進如下：（1）廠區(qū)范圍內的環(huán)境監(jiān)測，根據(jù)《核電廠環(huán)境輻射監(jiān)測規(guī)定》（EJ/T1131—2001）等法規(guī)標準的要求，并結合具體廠址特征、氣象條件等因素及原有HSC環(huán)境監(jiān)測站位的布設情況，同時參考法國及日本濱海核電廠環(huán)境監(jiān)測站位設計原則，沿廠區(qū)邊界選擇增加2個代表性監(jiān)測站位，使得廠內站點由原來的3個增加到5個。（2）原廠區(qū)外半徑10km范圍以內有4個廠外監(jiān)測站點。通過對廠址10km范圍內的環(huán)境敏感點進行重新分析，并結合廠區(qū)范圍內的監(jiān)測站位，綜合考慮方位均布性及包絡性的原則，在核電廠外增加1個監(jiān)測站點，即位于NE方位4.7km處的某村委大樓樓頂。該村是廠址10km范圍內人口較多的千人以上居民點之一，是一個較為重要的環(huán)境敏感點。通過改進增加了2個廠內站點和1個廠外站點，使電廠KRS站點達到10個，結合監(jiān)督性監(jiān)測系統(tǒng)站點，滿足了《通用技術要求》的規(guī)定。
2.3移動監(jiān)測的靈活性改進
2.3.1增配環(huán)境監(jiān)測車及儀器環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)原設計配備一臺環(huán)境監(jiān)測車和一套車載便攜式輻射測量儀器，不能在事故應急早期盡早監(jiān)測出放射性煙羽的擴散方向和范圍，且可能存在車輛故障風險，導致無法執(zhí)行應急環(huán)境監(jiān)測的功能。為避免上述風險，需新增一臺環(huán)境車和一套車載便攜式輻射測量儀器。在事故應急早期，兩臺環(huán)境監(jiān)測車可同時迅速啟動兩條線路的巡測，盡早監(jiān)測出放射性煙云的擴散方向及范圍。同時，兩臺環(huán)境監(jiān)測車可互為備用，符合設備冗余配置原則，降低因設備臨時故障而無法執(zhí)行應急環(huán)境監(jiān)測功能的風險。
2.3.2KRS站點失效替代方案———新增移動式輻射監(jiān)測設備原設計方案中所有KRS站點均未考慮抗震，在發(fā)生地震等外部事件導致站點不可用時，僅靠環(huán)境監(jiān)測車的巡測無法完全滿足應急響應的要求。為確保盡快獲得有用的環(huán)境監(jiān)測信息，為核電廠事故應急提供支持，需要快速恢復監(jiān)測功能，考慮在KRS站點失效時的替代方案。10個KRS站點分布在廠內外各處，各站點的電源供應在設計上采取就近取電原則，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過有線（光纖）和無線兩種方式傳入KRS中央站，單純要求提高各站點電力供應和信息傳輸?shù)陌踩墑e不具備可操作性。因此，對于極端事故工況下可能出現(xiàn)的設備（包括監(jiān)測設備以及電力供應、信號傳輸?shù)容o助系統(tǒng)）損壞情況，需采用便攜式監(jiān)測設備通過臨時組網(wǎng)進行替代。具體改進措施為：新增11套移動式輻射監(jiān)測設備。利用移動式輻射監(jiān)測設備替代KRS系統(tǒng)固定環(huán)境監(jiān)測站點，并配備自動組網(wǎng)設備，迅速實現(xiàn)事故情況下的環(huán)境監(jiān)測。移動式輻射監(jiān)測設備包括г劑量率監(jiān)測設備、風速風向儀、無線數(shù)據(jù)傳輸設備、應急電源等。
2.4數(shù)據(jù)傳輸保障的改進
為解決地震工況下環(huán)境實驗室KRS系統(tǒng)中央站無法確保向應急指揮中心實時傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題，需提高KRS系統(tǒng)中央站所在構筑物的抗震等級。由于環(huán)境實驗室已經建設，從經濟性和可行性方面分析，提高環(huán)境實驗室抗震等級的方案難以落實。同時，應急指揮中心作為核電廠應急響應的指揮、管理和協(xié)調中樞，已根據(jù)改進要求進行抗震優(yōu)化設計和建造。經過綜合評價和分析，核電項目選擇在應急指揮中心新增一套應急KRS數(shù)據(jù)處理中心的方案，增加的應急KRS數(shù)據(jù)處理中心接收終端包含機柜、服務器、數(shù)據(jù)采集工作站和配套無線接收裝置。同時接受固定站點和移動式輻射監(jiān)測設備的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)環(huán)境輻射連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時接收、存儲和處理功能，滿足了發(fā)生事故情況下的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的可獲取性和實時性。
3對其他項目環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的建議
對于新建核電項目，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)基本功能的基礎上，需參考福島核事故經驗反饋，在設計和配置中關注如下幾個方面：（1）考慮事故時廠區(qū)環(huán)境實驗室不可用的情況，在煙羽應急計劃區(qū)外建立后備監(jiān)測手段，最便利有效的措施是與就近核電項目簽訂合作協(xié)議，互為備用，聯(lián)動響應。（2）監(jiān)測站點布置應保證核電廠周圍各方位布設的均布性及包絡性，同時重點考慮煙羽計劃應急區(qū)范圍內的環(huán)境敏感點（如居民密集區(qū)），適當增加布點，確保更加全面有效地監(jiān)測。（3）配置充足的移動數(shù)據(jù)監(jiān)測設施，包括移動監(jiān)測車及移動監(jiān)測設備，確保在固定監(jiān)測站點不可用情況下的移動監(jiān)測功能有效。（4）為確保環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)KRS在地震工況下的可用性，可選用提高環(huán)境實驗室抗震等級、應急指揮中心增設備用應急KRS數(shù)據(jù)處理中心兩種措施，需根據(jù)項目特點，并通過技術經濟性分析進行選擇。
4結語
在福島核事故發(fā)生之后，核電項目對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及設施開展了分析，提出并實施了與就近核電環(huán)境實驗室備用聯(lián)動、增加KRS監(jiān)測站點、增加移動環(huán)境監(jiān)測車及設備、增設備用應急KRS數(shù)據(jù)處理中心等多個方面的改進，從而提高了環(huán)境樣品的處理、監(jiān)測能力，能迅速監(jiān)測放射性煙羽的擴散方向，有效增強核電廠事故后環(huán)境監(jiān)測體系的有效性，增強了環(huán)境監(jiān)測設施抵抗自然災害的能力，降低了事故情況下環(huán)境監(jiān)測設施失效導致不能提供技術支持的風險，提高了對事故放射性后果評價的及時性。
［參考文獻］
[1]國家核安全局.福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求：國核安發(fā)〔2012〕98號[A].
作者：李心濤 韓繼偉 單位：臺山核電合營有限公司