1、一座雙板源鈷源輻照裝置的技術(shù)改造實例 摘 要：根據(jù)對一座設(shè)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(nèi)容和特點，并通過改造前后的性能對比，對改造進(jìn)行了利益代價分析。通過此次改造，輻照裝置的產(chǎn)量提高了50以上，給用戶帶來了可觀的直接經(jīng)濟效益和長遠(yuǎn)的間接經(jīng)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(guān)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(shè)計最大裝源能力為2.96×1016Bq（80萬Ci），采用懸掛輸送機對產(chǎn)品進(jìn)行輸送，過源機械也是懸掛輸送機，源架為雙板源結(jié)構(gòu)導(dǎo)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(chǎn)品的射線利用率非常低，產(chǎn)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(jīng)濟性能，對于密度為0.6g/cm3的調(diào)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(shè)備和控制系統(tǒng)都出現(xiàn)了一定程度的老化。在此背景下，決定對裝置進(jìn)行整體技術(shù)改造。此次改造從設(shè)計、加工制造到安裝調(diào)試總計60d，其中現(xiàn)場安裝11d，系統(tǒng)調(diào)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(qū)動，在迷道內(nèi)增設(shè)一段輸送機構(gòu)實現(xiàn)了輻照室內(nèi)的多輪輻照。1 改造的主要內(nèi)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(jù)上海核新輻射廠產(chǎn)品的定位和原裝置的現(xiàn)實狀況，經(jīng)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(nèi)，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(dǎo)向鋼絲繩對新源架進(jìn)行導(dǎo)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(shù)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(jié)構(gòu)見圖2。該單板源源架共四層，每層可容納的C-188源棒數(shù)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(jié)構(gòu)主要考慮了用戶進(jìn)行產(chǎn)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(jìn)的液壓升降系統(tǒng)，

7、既可以保證源到位的準(zhǔn)確性，防止源架的超行程動作，也實現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)，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(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)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(shè)計有開關(guān)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(chǎn)品輸送系統(tǒng)和過源機械 根據(jù)用戶需要對原有輸送系統(tǒng)進(jìn)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(qū)動方式為鏈條驅(qū)動。為在有限的輻照室內(nèi)實現(xiàn)安全可靠的貨架換面以提高輻照裝置適應(yīng)產(chǎn)品的多樣性與靈活性，為了能精確實現(xiàn)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(qū)動改為氣動驅(qū)動模式24。根據(jù)

9、現(xiàn)場條件，將過源機械改為4路28工位，并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，設(shè)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(nèi)的氣缸在維修成本上相對原有鏈條驅(qū)動要高一些，但更換為氣缸驅(qū)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(jīng)濟效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)施基本能滿足國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB17568-1998輻照裝置的設(shè)計建造和使用規(guī)范5以及國家環(huán)保部關(guān)于鈷源輻照裝置的“十五條”要求，但由于生產(chǎn)和使用年限較長，出現(xiàn)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(dāng)增加了新的安全設(shè)施，并采用PLC進(jìn)行集中控制。更換的安全聯(lián)鎖設(shè)施有：鑰匙控制，固定式輻射監(jiān)測儀，警告標(biāo)志，人員通道門聯(lián)鎖，迷道內(nèi)防人誤入光電裝置；輻照室內(nèi)緊急止動開關(guān)（拉線開關(guān)），控制臺上緊急止動按鈕，貨物進(jìn)出口門的控制，輻照室內(nèi)無人復(fù)位開關(guān)按鈕，并實現(xiàn)了斷電自動降源。新增加的安全聯(lián)鎖設(shè)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(xiàn)了產(chǎn)品在輻照室內(nèi)的循環(huán)輻照，還采用條碼技術(shù)對生產(chǎn)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(jù)此特點對源的排布進(jìn)

11、行了詳細(xì)計算，并選取了產(chǎn)量和輻照均勻性兩個參數(shù)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(jié)果見表1。表2對改造前后裝置的性能進(jìn)行了對比。表1 改造后的裝置性能Table 1 Actual performance after upgrade裝載產(chǎn)品密度packing density（g/cm3）劑量不均勻度dose uniformity ratio(DUR)產(chǎn)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(jīng)濟效益主要體現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)能力，這相當(dāng)于新建了一座與改造前結(jié)構(gòu)相同、設(shè)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(jīng)濟效益和長遠(yuǎn)的間接經(jīng)濟效益，而且也符合我國建設(shè)節(jié)約型社會的政策。3 結(jié)論由上可以看出，此次改造提升了該裝置的先進(jìn)性、安全性和可靠性，提升了輻照產(chǎn)品的靈活性、適用性以及輻照加工的質(zhì)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(shù)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(jìn)行類似的技術(shù)改造和升級，不僅能給這些輻照裝置帶來更好的經(jīng)濟效益，減少大量重復(fù)建設(shè)，還能從整體上提高我國輻照裝置的技術(shù)水平，促進(jìn)我國輻照行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。 參考文獻(xiàn)：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(shù)及其應(yīng)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(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)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(shè)計建造和使用規(guī)范GB17568-1998北京：中國標(biāo)準(zhǔn)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