核電廠早期選址中公路液氯運(yùn)輸泄漏事故篩選距離初探

魏國良　呂媛娥　譚承軍　孫宏圖　王一川

(1.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京　100082；2.中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司，北京　100070)

?

核電廠早期選址中公路液氯運(yùn)輸泄漏事故篩選距離初探

魏國良1呂媛娥2譚承軍1孫宏圖1王一川1

(1.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京100082；2.中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司，北京100070)

【摘要】在核電廠早期選址階段，采用保守的方法確定核電廠附近公路液氯運(yùn)輸泄漏事故的篩選距離具有實(shí)際意義。本文以42t液氯全部瞬時(shí)泄漏為公路液氯運(yùn)輸最大可信事故源項(xiàng)討論該議題。

【關(guān)鍵詞】核電廠選址，公路液氯運(yùn)輸，最大可信事故，篩選距離

在核電廠早期選址階段，采用以源、距離和廠址特征為基礎(chǔ)的簡單確定論法，排除可能產(chǎn)生重大后果的外部人為事件，是廠址篩選的常用方法之一。通常采用這種方法對危險(xiǎn)源選擇一個(gè)篩選距離值，超越該值時(shí)，這類源可不予考慮。目前在核電廠早期選址的外部人為事件評價(jià)中，通常確定核電廠附近的主要源的潛在危險(xiǎn)，并未對每一個(gè)源進(jìn)行評價(jià)。公路液氯運(yùn)輸泄漏事故對核電廠可能產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)的篩選距離目前尚未研究和確定。

1最大可信事故源項(xiàng)

1.1事故假定

公路液氯運(yùn)輸過程中與外部人為事件相關(guān)的始發(fā)事件有兩種：①爆炸；②泄漏。根據(jù)相關(guān)核安全導(dǎo)則的要求，并考慮最大可信事故后果的包絡(luò)性，液氯運(yùn)輸最大可信事故取液氯泄漏中毒事故。

1.2源項(xiàng)假定

1.2.1裝載量

(1)液氯運(yùn)輸車輛與運(yùn)輸容器

根據(jù)《危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸包裝通用技術(shù)條件》(GB12463-2009)的相關(guān)規(guī)定，運(yùn)輸爆炸貨物的罐式車輛的罐體容積不得超過20m3，運(yùn)輸劇毒危險(xiǎn)品的罐式車輛的罐體容積不得超過10m3(除罐式集裝箱以外)。

目前液體危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸一般用罐式集裝箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的桶裝運(yùn)輸，常用的為1CC型罐式集裝箱。根據(jù)《系列1集裝箱分類尺寸和額定質(zhì)量》(GB/T1413-2008)的相關(guān)要求，系列1集裝箱額定質(zhì)量(總質(zhì)量)最大值為30.48t。目前常用的化工液體運(yùn)輸半掛車額定載重量一般不超過30t。

(2)道路危險(xiǎn)品運(yùn)輸相關(guān)規(guī)定

根據(jù)《汽車運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物常壓容器(罐體)通用技術(shù)條件》(GB18564-2001)的相關(guān)要求，碳素鋼和不銹耐酸鋼罐體最大設(shè)計(jì)容量為30m3，最大額定容量為28m3。

(3)液氯充裝量

安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《液氯使用安全技術(shù)要求》(AQ3014-2008)規(guī)定：液氯貯罐貯存量不應(yīng)超過貯罐容量的80%?！堵葰獍踩?guī)程》(GB11984-2008)對液氯充裝的規(guī)定如下：①液氯貯罐、計(jì)量槽、氣化器中液氯充裝量不應(yīng)超過容器容積的80%；②液氯氣瓶的充裝系數(shù)為1.25kg·L-1，不應(yīng)超裝；③汽車罐車充裝系數(shù)為1.20kg·L-1，不應(yīng)超裝。根據(jù)液體危險(xiǎn)貨物包裝相關(guān)規(guī)定，充裝液體危險(xiǎn)貨物，運(yùn)輸容器應(yīng)至少留有5%的空隙。

(4)公路液氯運(yùn)輸裝載量假定

根據(jù)以上(2)和(3)的有關(guān)規(guī)定，可作如下假定：公路液氯運(yùn)輸最大可信事故保守裝載量=罐體或集裝箱最大容積(保守取35m3)×液氯充裝量百分比(保守取95%)×液氯充裝系數(shù)(保守取1.25kg·L-1)。計(jì)算得出液氯運(yùn)輸裝載量最大值為41.6t，取整數(shù)42t作為公路液氯運(yùn)輸最大可信事故保守裝載量。

1.2.2泄漏模式

黃磊(2005年)總結(jié)了液氯運(yùn)輸?shù)?種泄漏模式，分別為：滿裝情況下的瞬時(shí)泄漏；非滿裝情況下的氣相空間小孔連續(xù)性泄漏；非滿裝情況下的氣相空間大孔瞬時(shí)泄漏；非滿裝情況下的氣相空間有限時(shí)間內(nèi)泄漏；受限非滿裝情況下的液相空間部分閃蒸；不受限非滿裝情況下的液相空間部分閃蒸?？杀Ｊ丶俣ü芬郝冗\(yùn)輸最大可信事故泄漏模式為滿裝、不受限、瞬時(shí)泄漏。

1.2.3源項(xiàng)

根據(jù)以上相關(guān)假設(shè)，公路液氯運(yùn)輸最大可信事故源項(xiàng)保守取42t液氯全部瞬時(shí)泄漏。

2邊界條件和大氣彌散模式

2.1氣象、地形條件

根據(jù)HAD101/04附錄Ⅲ的相關(guān)規(guī)定，計(jì)算有毒物公路運(yùn)輸泄漏事故的后果時(shí)應(yīng)采用最保守的氣象條件，條件如下：①大氣穩(wěn)定度，取改進(jìn)的帕斯奎爾穩(wěn)定度F類；②年均風(fēng)速，取1m·s-1；③風(fēng)向，由泄漏源指向核電廠主控室。

液氯泄漏源與核電廠主控室之間的地形保守的簡化為平坦、開敞假想平板模型。

2.2大氣彌散模式

有毒物大氣擴(kuò)散事故后果評價(jià)中，常采用如下模式計(jì)算有毒物在下風(fēng)向的最大落地濃度：

(1)

式(1)中：c(x，y，o)為下風(fēng)向地面(x，y)坐標(biāo)處的空氣中污染物濃度，mg·m-3；(xo，yo，zo)為泄漏源中心坐標(biāo)；Q為事故期間有毒物的排放量；σx、σy、σz為x、y、z方向的擴(kuò)散參數(shù)，m；常取σx=σy。

3液氯泄漏事故評價(jià)接受準(zhǔn)則

3.1氯氣的暴露危害

人體在有毒氣體場中所受的傷害大小取決于氣體毒性、濃度、接觸時(shí)間及個(gè)體健康狀況等因素。高濃度的有毒氣體可在短時(shí)間內(nèi)造成人體的急性中毒；有毒氣體濃度較低時(shí)，若接觸時(shí)間較長，可能會造成慢性中毒。表1給出了氯氣在空氣中不同濃度對人體的危害。

表1　空氣中不同濃度氯氣對人體的危害

注①：文獻(xiàn)[9]給出的濃度范圍為3～9；注②：文獻(xiàn)[9]給出的濃度為18；注③：文獻(xiàn)[9]給出的濃度范圍為120～190。

3.2常用的氯氣危害濃度閾值

有文獻(xiàn)給出了如下的氯氣危害濃度指標(biāo)：①5～10min的致死濃度值為0.09%；②0.5～1h的致死濃度值為0.0035%～0.005%；③0.5～1h的致重病濃度值為0.0014%～0.0021%(約45～67mg·m-3)。

美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(AIHA)對氯氣危害濃度規(guī)定了3個(gè)濃度水平：①人體處于有毒氣體中約1小時(shí)除短暫不良健康效應(yīng)或不當(dāng)氣味之外無其它負(fù)面影響的最大濃度為3mg·m-3；②人體處于有毒氣體中約1小時(shí)不會對身體造成不可恢復(fù)之傷害的最大濃度為9mg·m-3；③人體處于有毒氣體中約1小時(shí)不會產(chǎn)生生命危險(xiǎn)的最大濃度為58mg·m-3。《核電廠廠址選擇的外部人為事件》(HAD101/04)中假設(shè)的氯氣的毒性極限為45mg·m-3。

美國核管會(NRC)技術(shù)導(dǎo)則《Evaluatingthehabitabilityofanuclearpowerplantcontrolroomduringapostulatedhazardouschemicalrelease》(RG1.78-2001)在評價(jià)核電廠主控室可居留性時(shí)，提出的氯氣毒性極限濃度閾值為30mg·m-3。

比較來看，NRC給出的濃度閾值具有較高的保守性。

3.3氯氣危害接受準(zhǔn)則

核電廠主控室操縱員對核電廠的安全運(yùn)行起著重要作用，操縱員暴露于有毒氣體的傷害后果更關(guān)注其對核電機(jī)組的控制能力，應(yīng)防止核電廠主控室操縱員因急性效應(yīng)而出現(xiàn)人為操作失誤。同時(shí)，通過對3.2節(jié)給出的常用的氯氣危害濃度閾值的比較可知，NRC給出的氯氣主控室可居留性毒性極限濃度閾值30mg·m-3相對更為保守。鑒于此，在評價(jià)液氯泄漏事故的后果時(shí)，采用氯氣濃度30mg·m-3作為評價(jià)接受準(zhǔn)則。

4液氯泄漏事故的危險(xiǎn)距離

假設(shè)某核電廠周圍分布有若干條運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品的公路，公路上液氯泄漏源與核電廠主控室的最近距離分別為1km、2km、3km、4km、5km。以公路液氯運(yùn)輸最大可信事故源項(xiàng)42t液氯瞬時(shí)泄漏和2.1節(jié)假設(shè)的氣象條件為輸入條件，以式(1)計(jì)算得到液氯泄漏事故導(dǎo)致的在下風(fēng)向不同距離處的氯氣濃度見表2。

由表2可以看出，液氯泄漏事故發(fā)生后，泄漏源下風(fēng)向氯氣濃度隨距離增加逐漸降低。在距離3km處，氯氣濃度與NRCRG1.78-2001給出的氯氣主控室可居留性毒性極限濃度閾值基本相當(dāng)?？梢哉J(rèn)為，距離超過3km的公路上發(fā)生液氯泄漏事故時(shí)不會對核電廠主控室的可居留性產(chǎn)生影響，而距離小于3km的公路液氯運(yùn)輸泄漏事故有可能對核電廠主控室操縱員的身體狀態(tài)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響核電廠的安全運(yùn)行。3km可作為核電廠初步選址時(shí)對公路液氯運(yùn)輸泄漏事故評價(jià)的危險(xiǎn)距離篩選值。

表2　液氯泄漏源下風(fēng)向不同距離處氯氣濃度

本研究在源項(xiàng)和環(huán)境條件(氣象、地形)方面作了一定的保守假設(shè)，對于核電廠址的初步篩選是有意義的。對于距離大于篩選距離(3km)的公路，在外部人為事件評價(jià)中可不考慮液氯泄漏事故的影響。對于篩選距離(3km)以內(nèi)的公路，在廠址選定后，需要收集更詳細(xì)的源項(xiàng)數(shù)據(jù)和環(huán)境特征資料進(jìn)一步評價(jià)液氯運(yùn)輸泄漏事故對核電廠安全的影響。

5與京滬高速淮安段3.29液氯泄漏特大事故的比較

2005年3月29日18時(shí)50分，在京滬高速公路淮安段103km處發(fā)生的交通事故中，一輛載有液氯的槽罐車與貨車相撞，導(dǎo)致液氯泄漏約30t。事故處理時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際載有液氯40.44t(超載25.44t)，槽罐殘留液氯約10t。該事故造成高速公路旁11個(gè)行政村村民的重大傷亡：中毒死亡28人，送醫(yī)治療285人，疏散村民15000余人?，F(xiàn)場指揮部運(yùn)用化學(xué)災(zāi)害事故輔助決策系統(tǒng)，計(jì)算出重危區(qū)為0.64km2，輕危區(qū)為9.8km2，警戒區(qū)為15km2。重危區(qū)外邊界為泄漏源下風(fēng)向600m，輕危區(qū)外邊界為泄漏源下風(fēng)向1800m，在事故點(diǎn)上風(fēng)向1km和下風(fēng)向1.5km處設(shè)立警戒線。

與以上事故處理設(shè)立的警戒范圍比較來看，核電廠選址對公路液氯運(yùn)輸泄漏事故確定3km的篩選距離是保守可行的。

6結(jié)論

(1)在核電廠廠址早期選擇階段，由于缺乏詳細(xì)調(diào)查資料，采用保守的假設(shè)源項(xiàng)、邊界條件、泄漏模型、擴(kuò)散模型初步評價(jià)公路液氯運(yùn)輸泄漏事故對核電廠的潛在影響，確定危險(xiǎn)距離篩選值具有實(shí)際意義。

(2)通過對法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的綜合比較，液氯公路運(yùn)輸泄漏最大可信事故源項(xiàng)取42t瞬時(shí)全部泄漏、以氯氣主控室可居留性毒性極限濃度閾值30mg·m-3作為評價(jià)液氯泄漏事故對核電廠安全運(yùn)行是否存在潛在不利影響的接受準(zhǔn)則是保守可行的。

(3)3km可作為核電廠早期選址時(shí)對公路液氯運(yùn)輸泄漏事故評價(jià)的危險(xiǎn)距離篩選值。在工程實(shí)踐中，對于距離小于3km的公路，可根據(jù)具體的事故源項(xiàng)和詳細(xì)的現(xiàn)場環(huán)境條件對液氯運(yùn)輸泄漏事故后果作進(jìn)一步評價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB12463-2009，危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸包裝通用技術(shù)條件[S].

[2]GB/T1413-2008，系列1集裝箱分類尺寸和額定質(zhì)量[S].

[3]GB18564-2001，汽車運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物常壓容器(罐體)通用技術(shù)條件[S].

[4]AQ3014-2008，液氯使用安全技術(shù)要求[S].

[5]GB11984—2008，氯氣安全規(guī)程[S].

[6]黃磊.氯泄漏及氯化物腐蝕災(zāi)害問題研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2005，87.

[7]HJ/T169-2004，建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則[S].

[8]沈艷濤，于建國.毒性重氣瞬時(shí)泄漏擴(kuò)散過程CFD模擬與風(fēng)險(xiǎn)分析[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，34(1)：19-23.

[9]嚴(yán)冬.液氯儲罐泄漏擴(kuò)散數(shù)字模擬研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2011，64.

[10]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.安全評價(jià)(修仃版)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

[11]劉茂，吳宗之.應(yīng)急救援概論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版，2004.

[12]U.S.NRC.RG1.78-2001，Evaluatingthehabitabilityofanuclearpowerplantcontrolroomduringapostulatedhazardouschemicalrelease[S].2001，1-16.

作者簡介：魏國良，博士，高級工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境管理與環(huán)境影響評價(jià)

通訊作者：王一川，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闅庀髮W(xué)與環(huán)境影響評價(jià)

中圖分類號：X946

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)04-0074-03

The Preliminary Study on the Screening Distance of Liquid Chlorine LeakageAccidentonHighwayintheStageofEarlySitingofNuclearPowerPlant

WEI Guoliang1LV Yuane2SUN Hongtu1SHENG Qing1TENG Keyan1TAN Chengjun1

(1.Nuclear and Radiation Safety Centre，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100082，China；2.CGNWindEnergyLimited，Beijing100070)

Abstract：In the stage of early siting of Nuclear Power Plant，it is practical significant to use the conservative method to determine the screening distance of liquid chlorine leakage accident on highway nearby the Nuclear Power Plant.The issue is discussed according to instantaneous leakage of 42t liquid chlorine as source item of maximum credible accident of liquid chlorine transportation on highway.

Keywords：siting of Nuclear Power Plant；liquid chlorine transportation on highway；maximum credible accident；screening distance

項(xiàng)目資助：環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201509074)；國家科技重大專項(xiàng)(2013ZX06002001)

引用文獻(xiàn)格式：魏國良等.核電廠早期選址中公路液氯運(yùn)輸泄漏事故篩選距離初探[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(4)：74-76.