研究堆仪器仪表及电气实验室设计研究
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摘 要
为了满足研究堆厂房相关仪器仪表及电气实验室的设计要求，需要解决设计过程中存在的问题，同时针对研究堆实验室的特殊性以及研究堆实验室和常规实验室的不同进行特殊设计。本文通过对某仪器仪表及电气实验室研究设计案例来分析研究试验堆实验室设计的准则和设计思路，并对研究堆仪器仪表及电气实验室的设计提出部分改进方案。
关键词
研究堆;实验室;仪器仪表
中图分类号： TL353 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.034
0 引言
研究堆作为提供中子源的核反应堆存在许多特殊性，其厂房内的仪器仪表及电气实验室也不能按照常规仪电实验室的标准进行设计。本文通过对国内外研究堆实验室的现状以及研究堆特性分析，根据相关标准提出改进意见，对将来研究堆仪电实验室设计提供新的思路和参考。
1 研究堆实验室现状
1.1 未设计实验室相关辅助设施
目前国内部分研究堆的仪电实验室设计未充分考虑安全壳、反应堆及辅助厂房布置对实验室的影响，存在上下水配置困难、无法安置风井等问题。部分实验室未合理设置供电、供水、空气净化、供气等基础设施和基本条件，导致在实际使用中存在许多不便利。此外，部分封闭式实验室存在采光、散热、通风问题，产生安全隐患，对实验人员及实验设备造成影响。
1.2 实验室管理不到位
部分研究堆实验室存在管理体系松散、管理制度不完善、管理条例不科学等问题，对于实验仪器用柜未进行有效分类整理，导致仪器仪表及工具存放不规范，容易造成遗漏和损坏。
此外，人员安全意识淡薄、操作不合规等问题也十分明显，缺乏实验室及其设备定期维护、环境清洁、安全性检验等措施，未设置实验室管理员或负责人。
1.3 未考虑研究堆的特殊性
相较于常规的压水堆核电厂，研究堆通常只有一回路系统。作为特殊用途的核反应堆，其设计和运行都有鲜明的特殊性和导向性，我国国产的研究堆又可分为重水型、游泳池型、高通量工程型、脉冲堆、微型研究堆先进研究堆等。因此相比于常规仪器仪表及电气实验室，研究堆实验室不仅需要符合核电厂厂区实验室的普遍设计，也需要满足不同研究堆的特殊要求。
2 研究堆实验室设计特殊性
2.1 通风与保密性
目前国内研究堆主要结构都类似于压水堆，具有安全壳、辅助厂房等结构。由于反应堆辅助厂房与安全壳的封闭性，加上大多数研究堆的保密要求，研究堆实验室多采用封闭式实验室，对通风有较大的要求。因此需要保持室内处于负压状态，保证室内气体100%排出室外。对于研究堆实验室，应保证换气率≥0.5ACH，新风量约为排风量的90%。同时由于仪器仪表及电气实验室不存在有毒有害气体，对于换气次数要求可低于化学实验室通风设计标准规定的10次/小时[1]。
对于存放酒精等化学试剂的药品柜，也应选择布置排风罩，或换用抽气式药品柜。对于部分精密、灵敏仪器的存放也应考虑通风、恒温、恒湿等因素，采用局部排风扇。
2.2 辐射防护要求
研究堆实验室的辐射防护是必不可少的，常规实验室设计并没有对电离辐射防护具有要求，因此需要特殊考虑。目前对于核电厂安全设计有以下标准[2-3]：
由于仪器仪表与电气实验室不存在开放型放射性实验，也不产生放射性废物，因此可将实验室布置在非放区。并且在实验室外走廊等地点应设置γ补偿电离室等中子探測器，来确保环境放射性剂量在安全范围内，以保证实验室设备及人员的安全。[4]除了辐射监测，也应满足辐射屏蔽、功能隔离、电气隔离等设计。EJ1180-2005准则指出，电气隔离是指部件、设备、通道或系统之间不存在电的回路，以此来保证实验室的电气试验不受厂区其他电气设备的影响。
2.3 精密性要求
仪器仪表及电气实验室中的部分实验设备属精密设备，对其准确性、精密性均有严格要求。对使用的仪器仪表需要进行复核国家标准的量值溯源，确定不确定度符合要求，并定期送检。[5]设备采选也需要满足仪器精度、规格要求，如选择合适尺寸的固定扳手、正确型号的螺丝刀等工具。
此外，由于研究堆所处的电气环境复杂，反应堆及各阀门、吊车的启停均会对实验室仪器产生干扰。因此仪器设备需要有独立的接地系统来满足稳定性要求
3 国内外仪电实验室设计标准
3.1 国内设计标准
目前国内实验室设计针对各种实验器具、材料及墙体等建筑规范，已具有许多国标、建标。常用的标准有如下：
上述大多数国标规定对开放型放射性实验室提出了在辐射防护、防雷防火等安全方面提出了要求，这对封闭式实验室在此方面也同样适用。此外，GB 8703-88对于实验室的房间剂量防护、辐射屏蔽设计、辐射监测设计等方面也具有良好的指导作用。
3.2 国外实验室标准
国际上也存在许多实验室设计规范，这些规范主要由美国的各个相关的协会、学会制定，属于行业内标准。常用的标准如下：
4 某仪器仪表及电气实验室设计案例
本章将通过XX工程仪器仪表及电气实验室的设计案例来具体分析研究堆实验室的设计标准、采购原则以及影响因素。
4.1 实验室器材采选思路
XX实验室位于某研究堆的12.000m层，主要功能为仪器仪表性能实验及反应堆电气实验。根据功能将实验室分为“电气区”和“仪控区”，分别处理电气及仪控检修实验。因此设备采购原则主要为功能性、经济性、精确性。 功能性是指設备需要满足特定的功能需求，按此原则可分为校验设备、维修设备、检修设备等，仪控校验设备如下表1所示。
精确性是指在特定的工况下，需要达到的精度等级、质保等级及灵敏度等。由于该实验室所处的研究堆环境较为特殊，设备质保等级均达到质保二级及抗震要求。
经济性是指在满足精确性的前提下，尽量精简不必要的设备，增加设备的泛用性及可更换性。同时也能减少不必要的设备支出。
4.2 实验室设计影响因素及解决策略
XX工程仪器仪表及电气实验室的影响因素主要有如下几个方面：
4.2.1 设备类型多、种类复杂
不同于普通的实验室，该实验室结合了仪控及电气两大类设备，因此在结构上更加复杂，设备种类更多。对此需要布置更多种类的仪表货柜及操作台
4.2.2 环境密闭，通风通气难度大
和一般的反应堆实验室一样，XX工程实验室在通风方面也存在着不小的压力。对此该实验室采用全新风系统，对部分存放精密仪器的仪器柜布置了局部排风罩，同时也选择风量略大于对应通风量的屋顶风机，以满足余量。[6]
4.2.3 实验室面积有限，空间布置难
该实验室长宽为8.15x7.00m，在此空间需布置2个工具柜、2个资料柜、2个焊接台、4个仪器柜等设备，同时还需要考虑保密要求，重要文件柜不得正对大门。[7]此外，在设计时还要考虑货柜的结构及承重问题，需采用单面靠墙策略。
为了解决这些难题，XX工程实验室采用了环布式设计，将各仪表柜、货柜靠墙围绕在实验室四周。与目前常规使用的图书馆式货柜排布，该方案虽然空间利用率相对降低，但保证了货柜及内部仪表的稳定，也增大了人员操作面积。在通风方面该实验室也采用了负压全新风系统和局部排风柜相结合的策略，与常规的通风柜相比不仅可减少房间换气次数，也能使房间处于负压状态，防止有害气体泄露。
4.3 实验室布置图（A版）
XX工程仪器仪表与电气实验室的平面设备布置（不含电气及通风部分）如图1所示：
5 结束语
研究堆仪器仪表及电气实验室设计规范化是必然趋势，通过对XX工程仪电实验室的设计，本文提出了一种设计思路。当然该实验室的设计还存在不足，今后研究堆实验室的设计规范还需继续探索。随着研究堆仪电实验室的深入发展，必定会产生更多的格式化准则。
参考文献
[1]张永春，常臻，袁晓鹰，林令海，李兴业，鲁强.实验室集中供气系统设计探讨[J].实验室科学，2018，21（06）：152-154+158.
[2]丁锋.高校铸造厂房结构型实验室防雷设计标准应注意的几项问题[A].中国标准化协会.第十五届中国标准化论坛论文集[C].中国标准化协会：中国标准化协会，2018：3.
[3]蒋吉明.高校实验室建设管理之设计管理[J].城市建设理论研究（电子版），2018（27）：74.
[4]汤智超.核电厂电离辐射计量实验室设计浅析[J].城市建设理论研究（电子版），2018（22）：95-96.
[5]张桂玲，王成城，李思远.检验检测实验室设计建设标准研究与探索[J].实验室研究与探索，2015，34（04）：232-235+245.
[6]张宏贤.化学实验室的通风设计标准和应用[J].科技传播，2011（13）：103+107.
[7]李庆华.厂区实验室工艺设计准则研究[A].中国环境科学学会.2010第五届绿色财富（中国）论坛会刊[C].中国环境科学学会：北京晟勋炎国际会议服务中心，2010：6.
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