一座雙板源鈷源輻照裝置的技術改造實例

1、一座雙板源鈷源輻照裝置的技術改造實例 摘 要：根據對一座設計裝源能力為2.96×1016Bq （80萬Ci）的雙板源鈷源輻照裝置的改造實例，闡述了改造的具體內容和特點，并通過改造前后的性能對比，對改造進行了利益代價分析。通過此次改造，輻照裝置的產量提高了50以上，給用戶帶來了可觀的直接經濟效益和長遠的間接經濟效益，表明本次改造是成功的，也具有一定的示范作用和推廣價值。關鍵詞： 雙板源；鈷源輻照裝置；單板源；改造；利益代價分析AN UPGRADE PRACTICE OF A DOUBLE-RACK SOURCE 60Co IRRADIATORAbstract: According to

2、 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 upgrad

3、e, 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; upgra

4、de; cost-benefit analysis 所改造的輻照裝置由上海核新輻射廠于1997年建成，設計最大裝源能力為2.96×1016Bq（80萬Ci），采用懸掛輸送機對產品進行輸送，過源機械也是懸掛輸送機，源架為雙板源結構導致鈷源的過度分散和自吸收影響，源的射線利用率較低，尤其對于中低密度產品的射線利用率非常低，產品接受劑量的均勻性較差，同時原有輻照箱的尺寸偏小且輸送系統(tǒng)的承重能力低，很大程度地影響了輻照裝置的經濟性能，對于密度為0.6g/cm3的調味品，即使在理想裝箱模式下射線的利用率也僅為20，對于密度為0.1g/cm3的醫(yī)療用品，射線能量利用率只有10左右。同時

5、該裝置已累計運行超過十年，機械設備和控制系統(tǒng)都出現了一定程度的老化。在此背景下，決定對裝置進行整體技術改造。此次改造從設計、加工制造到安裝調試總計60d，其中現場安裝11d，系統(tǒng)調試和裝源試運行13d。該裝置改造前的工藝平面布置圖見圖1(a)，改造后的的工藝平面布置圖見圖1(b)。改造前后的工藝路線的不同之處主要有將雙板源改為單板源，將過源機械系統(tǒng)由鏈條輸送改為氣缸驅動，在迷道內增設一段輸送機構實現了輻照室內的多輪輻照。1 改造的主要內容1.1源架及升降系統(tǒng)1.1.1 雙板源改為單板源 為此，根據上海核新輻射廠產品的定位和原裝置的現實狀況，經過分析與計算機模擬（蒙特卡羅方法）計算決定將雙板源改

6、為單板源，同時由于鈷源還貯存在貯源井內，不能對井底做任何變動，只能保持原有一個源架的位置，并利用原有的導向鋼絲繩對新源架進行導向。改造前該裝置原有的雙板源源架僅為三層，裝載源棒的數量少且源添加的靈活性小，射線利用率不高。而改造后的單板源1的具體結構見圖2。該單板源源架共四層，每層可容納的C-188源棒數量為60根，源棒直接裸裝在源架上，源架最多能裝載240根源棒，這樣的源架結構主要考慮了用戶進行產品不換層輻照的實際情況，并在一定程度上提高裝置的能量利用率，同時大大提高了裝載源棒的靈活性。  1.1.2電動升降源系統(tǒng)改為液壓升降系統(tǒng) 將原有卷揚式電動升降源系統(tǒng)更換為先進的液壓升降系統(tǒng)，

7、既可以保證源到位的準確性，防止源架的超行程動作，也實現了停電自動降源的功能，提高了輻照裝置運行的安全、可靠性。1.2輻照貨架及產品輸送系統(tǒng)1.2.1輻照貨架 原有輻照貨架的尺寸為750mm×600mm×1400mm（長×寬×高），體積為0.63m3，該尺寸對工業(yè)輻照裝置來說無疑偏小，同時貨物裝載的適用性差，不利于工業(yè)化規(guī)模生產，影響放射源的能量利用率，且沒有貨架門，存在一定的安全隱患。為了大幅度提高裝置的能量利用率，在現有建筑結構的限制下，將輻照貨架尺寸改為800mm×550mm×1900mm（長×寬×高），體積為

8、0.836m3，這樣在削減了裝箱厚度以獲得較好輻照均勻性的情況下，實際裝載貨物的能力比原來提高了近100。同時貨架還設計有開關門，既保證了貨物可以置中均勻裝載，也提高了裝載貨物的安全性。1.2.2 產品輸送系統(tǒng)和過源機械 根據用戶需要對原有輸送系統(tǒng)進行了更換，輻照貨架的承載貨物能力由原來的200kg提高為400kg。本次改造的重點之一就是對過源機械的改造，原有過源機械見圖3(a)采用的驅動方式為鏈條驅動。為在有限的輻照室內實現安全可靠的貨架換面以提高輻照裝置適應產品的多樣性與靈活性，為了能精確實現貨價在每一工位停留時間的一致性以滿足更苛刻用戶的要求等，將過源機械的驅動改為氣動驅動模式24。根據

9、現場條件，將過源機械改為4路28工位，并對其進行優(yōu)化設計，設計出能量利用率和不均勻性比較好的過源機械，改造后的過源機械示意圖見圖3(b)。輻照室內的氣缸在維修成本上相對原有鏈條驅動要高一些，但更換為氣缸驅動使輻照貨物離源的距離縮小，使源的利用率大大提高，獲得的經濟效益遠遠高于該維修成本。1.3其他1.3.1安全聯(lián)鎖系統(tǒng) 原有裝置的安全聯(lián)鎖設施基本能滿足國家強制性標準GB17568-1998輻照裝置的設計建造和使用規(guī)范5以及國家環(huán)保部關于鈷源輻照裝置的“十五條”要求，但由于生產和使用年限較長，出現老化、性能不穩(wěn)定的情況，且采用的是繼電器常規(guī)控制。為了充分保證安全，改造后的裝置整體更換了原有安全聯(lián)

10、鎖系統(tǒng)，適當增加了新的安全設施，并采用PLC進行集中控制。更換的安全聯(lián)鎖設施有：鑰匙控制，固定式輻射監(jiān)測儀，警告標志，人員通道門聯(lián)鎖，迷道內防人誤入光電裝置；輻照室內緊急止動開關（拉線開關），控制臺上緊急止動按鈕，貨物進出口門的控制，輻照室內無人復位開關按鈕，并實現了斷電自動降源。新增加的安全聯(lián)鎖設施有：煙霧報警，鋼絲繩松弛報警，源位指示和水位報警等。1.3.2 控制系統(tǒng) 將原有繼電器常規(guī)控制改為PLC和有計算機參與的控制，實現了產品在輻照室內的循環(huán)輻照，還采用條碼技術對生產實行監(jiān)控和管理6,7。2改造前后的性能對比和利益代價分析810由于該裝置主要采用不換層的輻照方式，根據此特點對源的排布進

11、行了詳細計算，并選取了產量和輻照均勻性兩個參數比較優(yōu)化的方案。在該優(yōu)化的排源方案下，改造后裝置的性能的實測結果見表1。表2對改造前后裝置的性能進行了對比。表1 改造后的裝置性能Table 1 Actual performance after upgrade裝載產品密度packing density（g/cm3）劑量不均勻度dose uniformity ratio(DUR)產量throughput （m3/d）射線利用率energy utilization efficiency(EUE，（%）)0.151.402117.20.21.541718.80.31.801322.50.41.92102

12、60.52.00830.3 表2 改造前后裝置性能對比Table 2 Performance comparison 裝載密度packing density（g/cm3）改造前的射線利用率EUE before upgrade（）改造后的射線利用率EUE after upgrade（%）射線利用率的增加百分比increase percentage in EUE（%）0.18161000.31522.5500.52030.351.5 本次改造帶來的經濟效益主要體現在裝置利用率的提高，從表2上可以看出，改造后的能量利用率提高了50100，實際上該廠的主要輻照產品的密度一般在0.30

13、.6 g/cm3左右，保守的估計改造后的能量利用率提高50以上，即意味著原有裝置只是通過增加鈷源來提高產量的話，則需要增加鈷源約12萬Ci。同時改造也提高了裝置的最大生產能力，這相當于新建了一座與改造前結構相同、設計裝源能力40萬Ci的輻照裝置。因此，此次改造給上海核新輻射廠帶來了可觀的直接經濟效益和長遠的間接經濟效益，而且也符合我國建設節(jié)約型社會的政策。3 結論由上可以看出，此次改造提升了該裝置的先進性、安全性和可靠性，提升了輻照產品的靈活性、適用性以及輻照加工的質量, 表明此次改造是成功的。我國約有10座類似的雙板源鈷源輻照裝置和幾十座性能較差、技術裝備比較落后的中小型鈷源輻照裝置，如果這

14、些裝置都能進行類似的技術改造和升級，不僅能給這些輻照裝置帶來更好的經濟效益，減少大量重復建設，還能從整體上提高我國輻照裝置的技術水平，促進我國輻照行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。 參考文獻：1 王傳禎.一種新型放射源架：中國，200420096210.7P2006.02.082 王傳禎.一種輻照裝置的多功能過源運行方式：中國，200410088488.4P2005.04.063 趙文彥，潘秀苗輻射加工技術及其應用M北京：兵器工業(yè)出版社，20033103924 高愛民，朱南康，劉德貴SQ (H)-636 新型輻照裝置運行實踐J蘇州大學學報（醫(yī)學版），2005，25(4):6096105 王傳禎，唐在民，張赫瑚，任倫，姜世銘，韓全勝，侯福珍輻照裝置設計建造和使用規(guī)范GB17568-1998北京：中國標準出版社，19996 朱南康，王傳禎，高愛民，程敦嫻，張赫瑚，侯健.一種輻射加工用全程跟蹤方法：中國，200410086321.4 P2005.04.277 翟建青，陳秀蘭，曹 宏對舊有中小型源輻照裝置控制系統(tǒng)的改