一座双板源钴源辐照装置的技术改造实例

一座双板源钴源辐照装置的技术改造实例 摘 要：根据对一座设计装源能力为2.96×1016Bq （80万Ci）的双板源钴源辐照装置的改造实例，阐述了改造的具体内容和特点，并通过改造前后的性能对比，对改造进行了利益代价分析。通过此次改造，辐照装置的产量提高了50％以上，给用户带来了可观的直接经济效益和长远的间接经济效益，表明本次改造是成功的，也具有一定的示范作用和推广价值。 关键词： 双板源；钴源辐照装置；单板源；改造；利益代价分析 AN UPGRADE PRACTICE OF A DOUBLE-RACK SOURCE 60Co IRRADIATOR

Abstract: According to an upgrade practice of a double-rack irradiator with the design capacity of 2.96×1016Bq (800 kCi), this paper analyzes the detailed contents and characteristics of this upgrade, compares the facility performance before and after the upgrade, and presents the cost-benefit analysis. After upgrade, the facility performance increased over 50%, and brought much directly economical benefit and indirectly economical benefit. Those improvements and benefit showed the upgrade was successful and was a demonstrational project. Keywords: double-rack source; 60Co irradiator; single-rack source; upgrade; cost-benefit analysis

所改造的辐照装置由上海核新辐射厂于1997年建成，设计最大装源能力为2.96×1016Bq（80万Ci），采用悬挂输送机对产品进行输送，过源机械也是悬挂输送机，源架为双板源结构导致钴源的过度分散和自吸收影响，源的射线利用率较低，尤其对于中低密度产品的射线利用率非常低，产品接受剂量的均匀性较差，同时原有辐照箱的尺寸偏小且输送系统的承重能力低，很大程度地影响了辐照装置的经济性能，对于密度为0.6g/cm3的调味品，即使在理想装箱模式下射线的利用率也仅为20％，对于密度为0.1g/cm3的医疗用品，射线能量利用率只有10％左右。同时该装置已累计运行超过十年，机械设备和控制系统都出现了一定程度的老化。 在此背景下，决定对装置进行整体技术改造。此次改造从设计、加工制造到安装调试总计60d，其中现场安装11d，系统调试和装源试运行13d。该装置改造前的工艺平面布置图见图1(a)，改造后的的工艺平面布置图见图1(b)。改造前后的工艺路线的不同之处主要有将双板源改为单板源，将过源机械系统由链条输送改为气缸驱动，在迷道内增设一段输送机构实现了辐照室内的多轮辐照。 1 改造的主要内容 1 改造的主要内容 1.1源架及升降系统 1.1.1 双板源改为单板源 为此，根据上海核新辐射厂产品的定位和原装置的现实状况，经过分析与计算机模拟（蒙特卡罗方法）计算决定将双板源改为单板源，同时由于钴源还贮存在贮源井内，不能对井底做任何变动，只能保持原有一个源架的位置，并利用原有的导向钢丝绳对新源架进行导向。

改造前该装置原有的双板源源架仅为三层，装载源棒的数量少且源添加的灵活性小，射线利用率不高。而改造后的单板源[1]的具体结构见图2。该单板源源架共四层，每层可容纳的C-188源棒数量为60根，源棒直接裸装在源架上，源架最多能装载240根源棒，这样的源架结构主要考虑了用户进行产品不换层辐照的实际情况，并在一定程度上提高装置的能量利用率，同时大大提高了装载源棒的灵活性。 改造前该装置原有的双板源源架仅为三层，装载源棒的数量少且源添加的灵活性小，射线利用率不高。而改造后的单板源[1]的具体结构见图2。该单板源源架共四层，每层可容纳的C-188源棒数量为60根，源棒直接裸装在源架上，源架最多能装载240根源棒，这样的源架结构主要考虑了用户进行产品不换层辐照的实际情况，并在一定程度上提高装置的能量利用率，同时大大提高了装载源棒的灵活性。

1.1.2电动升降源系统改为液压升降系统 将原有卷扬式电动升降源系统更换为先进的液压升降系统，既可以保证源到位的准确性，防止源架的超行程动作，也实现了停电自动降源的功能，提高了辐照装置运行的安全、可靠性。 1.1.2电动升降源系统改为液压升降系统 将原有卷扬式电动升降源系统更换为先进的液压升降系统，既可以保证源到位的准确性，防止源架的超行程动作，也实现了停电自动降源的功能，提高了辐照装置运行的安全、可靠性。 1.2辐照货架及产品输送系统 1.2.1辐照货架 原有辐照货架的尺寸为750mm×600mm×1400mm（长×宽×高），体积为0.63m3，该尺寸对工业辐照装置来说无疑偏小，同时货物装载的适用性差，不利于工业化规模生产，影响放射源的能量利用率，且没有货架门，存在一定的安全隐患。为了大幅度提高装置的能量利用率，在现有建筑结构的限制下，将辐照货架尺寸改为800mm×550mm×1900mm（长×宽×高），体积为0.836m3，这样在削减了装箱厚度以获得较好辐照均匀性的情况下，实际装载货物的能力比原来提高了近100％。同时货架还设计有开关门，既保证了货物可以置中均匀装载，也提高了装载货物的安全性。 1.2.2 产品输送系统和过源机械 根据用户需要对原有输送系统进行了更换，辐照货架的承载货物能力由原来的200kg提高为400kg。 本次改造的重点之一就是对过源机械的改造，原有过源机械见图3(a)采用的驱动方式为链条驱动。为在有限的辐照室内实现安全可靠的货架换面以提高辐照装置适应产品的多样性与灵活性，为了能精确实现货价在每一工位停留时间的一致性以满足更苛刻用户的要求等，将过源机械的驱动改为气动驱动模式[2~4]。根据现场条件，将过源机械改为4路28工位，并对其进行优化设计，设

计出能量利用率和不均匀性比较好的过源机械，改造后的过源机械示意图见图3(b)。辐照室内的气缸在维修成本上相对原有链条驱动要高一些，但更换为气缸驱动使辐照货物离源的距离缩小，使源的利用率大大提高，获得的经济效益远远高于该维修成本。 1.3其他 1.3.1安全联锁系统 原有装置的安全联锁设施基本能满足国家强制性标准GB17568-1998γ辐照装置的设计建造和使用规范[5]以及国家环保部关于钴源辐照装置的“十五条”要求，但由于生产和使用年限较长，出现老化、性能不稳定的情况，且采用的是继电器常规控制。为了充分保证安全，改造后的装置整体更换了原有安全联锁系统，适当增加了新的安全设施，并采用PLC进行集中控制。更换的安全联锁设施有：钥匙控制，固定式辐射监测仪，警告标志，人员通道门联锁，迷道内防人误入光电装置；辐照室内紧急止动开关（拉线开关），控制台上紧急止动按钮，货物进出口门的控制，辐照室内无人复位开关按钮，并实现了断电自动降源。新增加的安全联锁设施有：烟雾报警，钢丝绳松弛报警，源位指示和水位报警等。 1.3.2 控制系统 将原有继电器常规控制改为PLC和有计算机参与的控制，实现了产品在辐照室内的循环辐照，还采用条码技术对生产实行监控和管理[6,7]。

2．改造前后的性能对比和利益代价分析[8~10] 由于该装置主要采用不换层的辐照方式，根据此特点对源的排布进行了详细计算，并选取了产量和辐照均匀性两个参数比较优化的方案。在该优化的排源方案下，改造后装置的性能的实测结果见表1。表2对改造前后装置的性能进行了对比。 表1 改造后的装置性能 Table 1 Actual performance after upgrade

装载产品密度 packing density（g/cm3） 剂量不均匀度 dose uniformity ratio(DUR) 产量 throughput （m3/d）

射线利用率

energy utilization efficiency(EUE，（%）)

0.15 1.40 21 17.2 0.2 1.54 17 18.8 0.3 1.80 13 22.5 0.4 1.92 10 26 0.5 2.00 8 30.3 表2 改造前后装置性能对比 Table 2 Performance comparison 装载密度 packing density（g/cm3）

改造前的射线利用率 EUE before upgrade（％） 改造后的射线利用率 EUE after upgrade（%） 射线利用率的增加百分比

increase percentage in EUE（%）

0.1 8 16 100 0.3 15 22.5 50 0.5 20 30.3 51.5

本次改造带来的经济效益主要体现在装置利用率的提高，从表2上可以看出，改造后的能量利用率提高了50％～100％，实际上该厂的主要辐照产品的密度一般在0.3~0.6 g/cm3左右，保守的估计改造后的能量利用率提高50％以上，即意味着原有装置只是通过增加钴源来提高产量的话，则需要增加钴源约12万Ci。同时改造也提高了装置的最大生产能力，这相当于新建了一座与改造前结构相同、设计装源能力40万Ci的辐照装置。因此，此次改造给上海核新辐射厂带来了可观的直接经济效益和长远的间接经济效益，而且也符合我国建设节约型社会的政策。

3 结论 由上可以看出，此次改造提升了该装置的先进性、安全性和可靠性，提升了辐照产品的灵活性、适用性以及辐照加工的质量, 表明此次改造是成功的。 我国约有10座类似的双板源钴源辐照装置和几十座性能较差、技术装备比较落后的中小型钴源辐照装置，如果这些装置都能进行类似的技术改造和升级，不仅能给这些辐照装置带来更好的经济效益，减少大量重复建设，还能从整体上提高我国辐照装置的技术水平，促进我国辐照行业的持续健康发展。

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