Радиационный контроль в нефтегазовом комплексе. Учебное пособие

счетных образцов и расчета эффективной удельной активности в условиях неравновесности радиоактивных цепочек;

требования к средствам и методикам выполнения измерений

(МВИ);

способ оценки неопределенности контроля и критерии соответствия отходов установленным нормам.

При контроле необходимо обеспечить определение эффективной удельной активности А_эфф отходов с суммарной неопределенностью не более 20 % (Р = 0,95) для значений А_эфф выше

10 Бк/кг.

2.2. Объекты контроля

Объектом радиометрического контроля являются твердые и жидкие производственные отходы.

К твердым отходам относятся:

шлам, образованный после очистки резервуарного парка и очистных сооружений (сепараторы первой и второй ступени, нефтеловушки, пруды-отстойники). Данный шлам подлежит радиометрическому контролю с целью установления категории отходов для последующей сортировки и обоснованного назначения дальнейших операций (дезактивация, хранение, захоронение);

шлам в контейнерах на площадке временного хранения. Этот вид шлама контролируется для установления (подтверждения) категорий отходов в каждой упаковке (паспортизация контейнеров) для определения дальнейшего обращения;

зола шлака, которая после различных видов дезактивации подлежит контролю для установления категории отходов и назначения последующих мероприятий;

солевые отложения на нефтепромысловом оборудовании (прежде всего в трубах), осыпи и продукты очистки демонтированного оборудования. Эти отложения должны контролироваться для установления категории и назначения последующих мероприятий;

грунт на территории предприятия на локальных участках радиоактивного загрязнения (УРЗ) после их выявления методом пешеходной гамма-съемки. Основные возможные УРЗ: площадки временного хранения, факельные площадки, площадки складирования отработанного оборудования, участки протечек и вынуж-

11

денного сброса пластовой воды, транспортные коммуникации. Контроль грунта выполняется как с целью установления его категории по эффективной удельной активности, так и определения удельной активности каждого присутствующего радионуклида, включая возможность загрязнения техногенными радионуклидами.

Жидкие производственные отходы предприятия включают: пластовую воду после сепараторов и перед сбросом в прудыотстойники; жидкие отходы, образуемые после дезактивации; промышленные стоки из хозяйственной и ливневой канализации; конечные жидкие отходы перед закачкой в технологическую скважину (коллектор). Следует принять во внимание, что пластовая вода, подступающая на дневную поверхность, практически всегда представляет собой жидкие радиоактивные отходы (ЖРО, больше 5 Бк/л). Для жидких отходов необходим контроль удельной активности всех присутствующих радионуклидов и применение мероприятий в соответствии с НРБ–99 и ОСПОРБ–99.

2.3. Контролируемые величины и нормы

Основным носителем радиоактивного загрязнения объектов НГК является пластовая вода, доставляющая на дневную поверхность р/нуклиды Ra-226 (из цепочки U-238), Ra-228 и Ra-224 (из цепочки Th-232). Пластовая вода приносит на поверхность также Рb-210 без материнского носителя. Поэтому контроль содержания радиоактивного свинца в местах его отложения должен выполняться по отдельной специальной методике.

Существует вероятность появления в производственных отходах НГК природного радионуклида К-40 и техногенного

Cs-137.

Основным контролируемым радиационным параметром твердых (сыпучих, вязких) производственных отходов на предприятиях НГК установлена эффективная удельная активность А_эфф, Бк/кг гамма-излучающих нуклидов в отходах. Способ определения А_эфф для неравновесных цепочек распада приведен далее.

Вспомогательным контролируемым параметром может служить измеренная на поверхности отходов мощность амбиентного эквивалента дозы Д, мкЗв/ч.

Следует учесть, что дозиметрической нормы, ответственной за радиационную безопасность отходов НГК, не существует. Поэтому

12

контрольный уровень для предприятия должен устанавливаться на основе индивидуального консервативного обоснования и согласовываться с региональным органом санэпиднадзора. В СанПиН 2.6.6.1169–02 указан уровень мощности дозы 0,7 мкГр/ч, соответствующий верхней границе эффективной удельной активности отходов I категории (1,5·103 Бк/кг). Это не контрольный уровень гарантированной безопасности. Для промышленных отходов и грунта применяется контрольный уровень 1 мкЗв/ч (СПОРО–2002), ниже которого гамма-излучающие отходы неизвестного радионуклидного состава не считаются радиоактивными. В нормативах США по правилам обращения с отходами НГК установлен контрольный уровень 0,5 мкЗв/ч, ниже которого не требуется выполнять дорогостоящие радиометрические измерения с отбором проб, а обращение с такими отходами специально не регулируется. В отечественной практике применяется контрольный уровень 0,4 мкЗв/ч, который для отходов НГК I категории является очевидно завышенным.

Перечисленные обоснования позволяют принять значение 0,5 мкЗв/ч в качестве достаточного критерия безопасности отходов без дополнительных радиометрических измерений. При превышении контрольного уровня установление категории отходов (сортировка) выполняется только на основании радиометрических измерений. Дозиметрические измерения для сопоставления с контрольным уровнем должны выполняться по аттестованной методике.

Непосредственно измеряемыми величинами при радиометрическом контроле являются удельные активности гаммаизлучающих нуклидов, содержащихся в отходах.

Для жидких отходов НГК контролируемым радиоактивным параметром является сумма удельных активностей гаммаизлучающих нуклидов, содержащихся в жидкости. Непосредственно измеряемыми величинами являются названные удельные активности. Нормами отнесения жидких отходов к радиоактивным отходам являются значения минимально значимых удельных активностей (МЗУА) для радионуклидов в воде. Результаты радиометрического контроля жидких отходов служат основанием для принятия решений органами санэпиднадзора при надзоре за соблюдением требований разрешительного документа при закачке отходов в технологическую скважину, сбросе на поверхность или направлении на хранение и переработку.

13

2.4. Пробоотбор и приготовление счетных образцов

Для непосредственного измерения удельной активности приготовляются счетные образцы (СОБ) из пробы отходов, составляющих однородную партию, назначенную к контролю.

Источником загрязнений, из которых осуществляется пробоотбор, могут быть: шлам, выгруженный из одного резервуара при его очистке, шлам в отдельном контейнере на площадке временного хранения, зола шлама, солевые отложения после очистки оборудования, собранные в однородную порцию в месте их образования, а также эти отходы в отдельном контейнере на площадке временного хранения. Кроме того, отбор проб осуществляется из грунта на участке местности после дозиметрического контроля участка. Также после дозиметрического контроля осуществляется пробоотбор из старых складирований отходов (в том числе несанкционированных). После дозиметрического контроля устанавливаются контрольные точки для отбора проб. Пробоотбор осуществляется и из жидких отходов, предназначенных для закачки в технологическую скважину, из жидких отходов в местах их сбора и хранения (резервуары, пруды-отстойники) перед получением разрешения для сброса на поля орошения, из пластовой воды после сепараторов первой ступени.

При пробоотборе из контролируемой партии извлекается некоторое количество материала, достаточного для изготовления СОБ, пригодного для измерения на гамма-спектрометре.

В большинстве случаев предполагается приблизительно равномерное распределение радионуклидов по объему контролируемого материала, поэтому специальных требований к пробоотбору (количество проб, геометрия отбора) не предъявляется. Просто отбирают одну пробу по центру партии материала.

Для грунта и в местах старого складирования отходов в контрольной точке проба отбирается в виде слоя материала глубиной 15 см, после чего она измельчается до сыпучего состояния и перемешивается.

Для контейнеров с отходами неизвестных мест сбора существует вероятность неравномерности распределения радионуклидов. В этих случаях необходимо отобрать 3–5 проб с разной глубины контейнера. Обнаруженную неравномерность следует учесть при оценке результата.

14

В каждом конкретном случае пробоотбора специалист, ответственный за выполнение контроля, должен оценить возможную максимальную неопределенность результата контроля за счет предполагаемой неравномерности партии отходов и учесть ее в качестве составляющей суммарной неопределенности результата измерения активности.

СОБ представляет собой измерительную кювету, предусмотренную в составе радиометрической установки, заполненную материалом из отобранной пробы. При необходимости СОБ герметизируется или предварительно исследуется на утечку радона. При каждом изготовленном СОБ должны быть следующие информационные данные: идентификационные данные о партии отходов, из которых взята проба, маркировка СОБ, сведения о материале отходов, масса и объем исследуемого материала в СОБ.

2.5. Требования к средствам измерений

Активность ПРН Ra-226, Ra-228, Ra-224, К-40 и возможного техногенного радионуклида Cs-137 в СОБ измеряют на радиометрической установке, специально поверенной для данной цели. Измерения должны выполняться по аттестованной методике предприятия (МИ). Радиометрическая установка должна включать полупроводниковый гамма-спектрометр стандартной конфигурации с ППД из Ge или Ge(Li) с разрешением по линии 1,33 МэВ Со-60 не более 3,5 кэВ, контрольный источник, набор регламентированных измерительных кювет, эталонную меру активности. Установка должна быть оснащена методикой (программой) обработки спектрограмм.

В качестве контрольного источника может применяться стандартизованный или специальный источник гамма-излучения, рассчитанный на длительное использование, подходящий к данному спектрометру по загрузке и конструкции. Источник должен быть поверен в качестве рабочего средства измерений.

Измерительные кюветы для размещения исследуемого материала должны иметь рабочие объемы, необходимые для измерения твердых отходов удельной активности от 100 до 104 Бк/кг и жидких отходов от 10 до 103 Бк/л. При меньших значениях объемной активности следует применять специальную пробоподготовку для концентрирования активности. Обычно применяются кюветы

15

двух объемов — малый (например, 0,1 л) и большой (например, 1 л). Предпочтительная форма кювет — низкий цилиндр или сосуд Маринелли. Целесообразно провести предварительную калибровку кювет по объему и поставить соответствующие метки.

Эталонная мера активности представляет собой объемный источник гамма-излучения, выполненный в одной из геометрий СОБ (один из регламентированных видов кювет). В качестве радионуклида целесообразно использовать Ra-226 или Th-232 с равновесной цепочкой распада. Эталонная мера применяется для проверки правильности работы всего измерительнометодического комплекса во внутрилабораторной системе обеспечения качества измерений. Источник должен быть поверен в качестве рабочего эталона 2-го разряда.

В соответствии с аттестованной методикой измерения специализированная радиометрическая установка в регламентированном составе должна быть поверена.

Для измерения массы исследуемых отходов в СОБ в интервале 0,1–3 кг можно применять любые поверенные весы с погрешностью не более 1 %.

2.6. Требования к методикам измерений

Для радиометрического контроля должна быть разработана методика измерения (МИ) для измерений активности СОБ на конкретной радиометрической установке.

МИ должна быть изложена в виде документа по требованиям МИ 2453–2000, утверждена руководителем предприятия, аттестована в соответствии с ГОСТ Р 8.563–96 компетентным метрологическим органом, аккредитованным на право аттестации. МИ является обязательной составной частью комплекта метрологических документов на радиометрическую установку при представлении установки на поверку.

МИ должна обеспечивать возможность измерения удельной активности в твердых отходах ПРН Ra-226, Ra-228, K-40 и техногенного Cs-137 с суммарной стандартной неопределенностью не более 8 % для значений удельной активности выше 5·10 Бк/кг. Для меньшей активности неопределенность не нормируется и оценивается по факту в процессе измерений, что справедливо и для жидких отходов во всем диапазоне измерений.

16

2.7. Оценка соответствия

Исходными данными для получения результатов радиометрического контроля являются экспериментальные значения удельной активности нормируемых радионуклидов в счетных образцах, измеренные на радиометрической установке по аттестованной МИ: АRa — удельная активность Ra-226; АTh — удельная активность Th-232; АК — удельная активность K-40.

Если все природные радионуклиды находятся в радиоактивном равновесии, значение эффективной удельной активности А_эфф в отходах рассчитывают по формуле

А_эфф = АRa + 1,3 АTh + 0,09 АK.

При отсутствии радиоактивного равновесия на результат влияет возраст отходов. Тогда А_эфф рассчитывают по формуле

А_эфф = АRa + 1,3kАRa-228 + 0,09АK.

Здесь АRa-228 — удельная активность Ra-228 в отходах (Бк/кг), а численное значение коэффициента k сведено в таблицу

(табл. 4):

Таблица 4. Численное значение коэффициента k

При наличии в отходах техногенного Cs-137 А_эфф определяется по формуле

А_эфф = АRa + 1,3kАRa-228 + 0,32 АCs.

Суммарную стандартную неопределенность эффективной удельной активности Uэфф следует вычислять по формуле

17

Uэфф U2262 (k 1,3 U2282 (0,09UК )2 (0,32 UCs )2 13 (Uнр A_эфф)2 ,

где U226, U228, UК, UCs — суммарные стандартные неопределенности парциальных удельных активностей (абсолютные значения)

Ra-226, Ra-228, K-40 и Cs-137 соответственно;

Uнр — оцененная для контролируемой партии отходов относительная неопределенность активности за счет возможной неравномерности распределения радионуклидов.

Конечной задачей оценки соответствия для твердых отходов является отнесение отходов контролируемой партии отходов к одной из трех категорий. Для сопоставления с нормами, характеризующими категорию, следует использовать предельное значение эффективной удельной активности

Aпр_ эфф = А_эфф + 2 Uэфф,

где 2 — коэффициент охвата.

Концепция эффективной активности для жидких отходов не приемлема. Нормами отнесения жидких отходов к радиоактивным отходам являются значения минимально значимой удельной активности для отдельных радионуклидов. Нормы установлены в приложении 1 СПОРО–2002. Критерием неотнесения к РАО жидких отходов является соотношение

где предельные значения удельной активности i-го нуклида Aiпр

определяются по измеренным значениям Аi и стандартным неопределенностям.

Конечные результаты радиометрического контроля партии отходов должны быть представлены документом по форме, установленной на предприятии и согласованной с органом санэпиднадзора. В протокольной части документа следует указать измеренные парциальные удельные активности, их стандартные суммарные неопределенности, эффективную удельную активность

18

и оценку дополнительной неопределенности за счет неравномерности контролируемой партии, показать применение критериев соответствия.

3. ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

3.1. Дозиметрический контроль производственных отходов

Цели дозиметрического контроля (ДК) производственных отходов:

обнаружение и оконтуривание неучтенных порций отходов на предприятиях;

мониторинг стационарных партий отходов на территории предприятия;

первичная сортировка отходов для гарантированного выделения отходов I категории, соответствующих установленному дозиметрическому контрольному уровню (КУ).

Контрольным уровнем является значение МЭД 0,5 мкЗв/ч. Установленный КУ гарантирует, что удельная эффективная активность контролируемых отходов заведомо меньше 1500 Бк/кг (I категория отходов), и для такой партии отходов не нужно выполнять радиометрический контроль с пробоотбором.

Измерение МЭД осуществляют на расстоянии 10 см от поверхности до детектора дозиметра. Размер поверхности отходов должен быть не менее 3 × 3 м, толщина контролируемого слоя — не менее 0,5 м.

Для измерения МЭД на объекте должны быть назначены контрольные точки.

Для минимальной поверхности партии отходов назначаются три контрольных точки на диагонали с расстоянием до края объ-

екта не менее 0,5 м. При большей площади назначают 1–2 точки на 1 м2.

Для отходов с большой площадью поверхности выполняют радиометрическое обследование объекта. Для этого составляется масштабная схема объекта (вид сверху) и на ней отмечаются маршрутные линии контроля. Поверхность объекта условно разбивается на части прямыми линиями (маршрутные линии), через интервал 0,5–1 м, в направлении, удобном для перемещения де-

19

тектора поискового радиометра. На масштабной схеме обозначается решетка с шагом около 1 м, в узлах которой предполагаются возможные контрольные точки. Обследование выполняют, перемещая детектор радиометра вдоль назначенных маршрутных линий на высоте 10 см со скоростью не более 0,2 м/с, записывая на схеме показания радиометра в узлах решетки. Масштабная схема

споказаниями радиометра в узлах решетки служит исходной информацией для дозиметрических измерений в контрольных точках. Измерения надфоновой МЭД начинают в точке с наименьшими показаниями радиометра. Затем переходят к точкам с повышенными показаниями радиометра, до тех пор, пока значение надфоновой МЭД плюс суммарная неопределенность измерения не составят значение 0,5 мкЗв/ч. На масштабной схеме оконтуривают поверхность объекта, на которой показания радиометра превышают показания в контрольной точке с МЭД 0,5 мкЗв/ч. Оконтуренная зона с МЭД не более 0,5 мкЗв/ч представлена отходами, гарантированно относящимися к I категории. Зона с превышением этого показания требует радиометрического контроля

спробоотбором в контрольных точках (узлах решетки) по мере увеличения показаний дозиметра на 25–30 %.

Для радиометрического обследования следует применять высокочувствительные поисковые радиометры (СРП-88Н, СРП-68Г) или сцинтилляционные дозиметры в режиме «поиск» (ДКС-90,

МКС-01Р, EL-1101 и др.).

Процедура дозиметрического контроля на объекте включает следующие операции:

обнаружение объекта (место расположения, габариты, вид отходов и др.), составление его масштабной схемы с маршрутными линиями (при необходимости);

выполнение радиометрического обследования объекта (при необходимости) с отметкой на масштабной схеме показаний радиометра в узлах решетки;

назначение контрольных точек для дозиметрических измерений, оконтуривание зоны соответствия КУ и установление контрольных точек для пробоотбора;

выполнение дозиметрических измерений в контрольных точ-

ках;

обработка результатов контроля.

20