全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 0120106204
一座钴 - 60 双板源辐照装置的技术改造
彭 伟1 ,3 刘兆民2 董 辉1
(11 北京三强核力辐射工程技术有限公司 ,北京 100037 ; 21 上海核新辐射厂 ,上海 200436 ;
31 中国科学技术大学国家同步辐射实验室 ,安徽 合肥 230029)
摘 要 :对一座设计装源能力为 2196 ×1016Bq (80 万 Ci) 的双板源钴源辐照装置进行了改造。本文阐述
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 DOUBLE2RACK SOURCE 60 Co SOURCE IRRADIATOR
PENG Wei1 ,3 LIU Zhao2min2 DONG Hui1
(11Beijing Sanqiangheli Radiation Engineering Technology Co , Ltd , Beijing 100037 ;
21Shanghai Hexing Radiation Factory , Shanghai 200436 ;
31 National Synchrotron Radiation LabΠUniversity of Science and Technology of China , Hefei , Anhui 230029)
Abstract :An upgrade practice of a double2rack irradiator with the design capacity of 2196 ×1016Bq (800 kCi) was reported.
The detailed contents and characteristics of this upgrade , a comparison on the facility performance before and after the
upgrade , and the cost2benefit analysis were carried out . After upgrade , the facility performance increased over 50 % , and
brought much directly economical benefit and indirectly economical benefit . The upgrade was successful , and set up a
demonstrational sample.
Key words :double2rack source ; 60 Co irradiator ; single2rack source ; upgrade ; cost2benefit analysis
收稿日期 :2007206203 接受日期 :2008208218
通讯作者 :彭伟 (19822) ,男 , 湖南宁乡人 ,硕士 ,从事民用核技术应用和工程相关研究和工作。Tel : 010288414198 ; E2mail : pewwy @1631com 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 2196 ×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016gΠcm3 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 011gΠcm3 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如图 12a ,改造后的的工艺平面布置图如图 12b。改造前后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。
601 核 农 学 报 2009 ,23 (1) :106～109Journal of Nuclear Agricultural Sciences
图 1 改造前后的工艺路线
Fig. 1 Layout before and after upgrade
1 改造的主要内容
111 源架及升降系统
11111 双板源改为单板源 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。
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 C2188 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 ,能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。
图 2 改造后的单板源结构
Fig. 2 Structure of upgraded single2rack source
11112 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。
112 辐照货架及产品输送系统
11211 辐照货架 原有辐照货架的尺寸为 750mm ×
600mm ×1400mm (长 ×宽 ×高) ,体积为 0163m3 ,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 01836m3 ,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 ,
既保证了货物可以始终均匀装载 ,也提高了装载货物
的安全性。
11212 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 (图 32a) 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
货架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如图 32b。辐照
室内的气缸在维修成本上相对原有链条驱动要高一
701 1 期 一座钴 - 60 双板源辐照装置的技术改造
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。
图 3 改造前后的过源机械示意图
Fig. 3 Source pass mechanism before upgrade and after upgrade
113 其他
11311 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 GB1756821998γ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。
11312 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 ,改造后装置的性能实测结果见表 1。表 2 则
对改造前后装置的性能进行了对比。
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 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 013～016 gΠcm3 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 ,需要增加钴源约 4144 ×1015 Bq。
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 1148 ×
1016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。
表 1 改造后的装置性能
Table 1 Actual performance after upgrade
装载产品密度
packing density
(gΠcm3) 剂量不均匀度dose uniformityratio (DUR) 产量throughput(m3Πd) 射线利用率energy utilizationefficiency( EUE , %)
0115 1140 21 1712
012 1154 17 1818
013 1180 13 2215
014 1192 10 26
015 2100 8 3013
表 2 改造前后装置性能对比
Table 2 Performance comparison
装载产品密度
packing density
(gΠcm3) 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( %)
011 8 16 100
013 15 2215 50
015 20 3013 5115
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 ,
801 核 农 学 报 23 卷
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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