高溫氣冷堆替代退役火電項目外部人為事件評價的關(guān)注要點

池毓凱 曹紹敏

高溫堆項目公司（籌） 福建福清 350318

球床模塊式高溫氣冷堆（簡稱“高溫氣冷堆”）是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的第四代先進(jìn)核能技術(shù)，具有固有安全特性，技術(shù)上具備將非居住區(qū)、限制規(guī)劃區(qū)、煙羽應(yīng)急計劃區(qū)縮小至半徑250米范圍內(nèi)的條件，且無需場外應(yīng)急[1]。因此與傳統(tǒng)核電技術(shù)相比，高溫氣冷堆技術(shù)在環(huán)境相容性上具有巨大優(yōu)勢，可靠近城市在人口相對密集以及負(fù)荷中心地區(qū)建設(shè)。當(dāng)前，節(jié)能、減排已成為我國的基本國策，為加強(qiáng)能源利用效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，已有較大規(guī)模小火電機(jī)組陸續(xù)關(guān)停退役，部分廠址存在資源閑置、人員分流安置的社會矛盾。

因此，利用高溫氣冷堆替代退役火電不僅有利于火電廠址資源綜合利用、國有資產(chǎn)保值增值，還可以緩解地方政府環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定之間的矛盾，具有良好的政治和經(jīng)濟(jì)示范效應(yīng)。

1 高溫氣冷堆替代火電項目的外部環(huán)境特征

在高溫氣冷堆替代中小型退役火電項目的實施過程中，必須在火電廠已有條件下充分考慮核能項目的特殊性和敏感性，緊密抓住兩者之間的切合點，根據(jù)《核電廠廠址選擇安全規(guī)定》以及國內(nèi)外核電廠選址有關(guān)要求，對廠址的適宜性進(jìn)行論證，以確認(rèn)不能存在技術(shù)方面的顛覆性。

與全新的核電廠址不同，高溫氣冷堆替代退役火電項目工程的外部環(huán)境具有其特殊性。最為顯著的一點為，一般火電廠址都為多機(jī)組廠址，各機(jī)組為先后陸續(xù)退役，因此存在一段時間內(nèi)高溫氣冷堆核電機(jī)組和火電機(jī)組在同一個廠址共生運行的情況。此類項目在前期論證過程中，其外部人為事件評價工作具有顯著特征，要特別關(guān)注在運行火電機(jī)組及其配套設(shè)施相關(guān)危險源對高溫氣冷堆項目的影響，計算相關(guān)危險源的安全距離，并與實際距離進(jìn)行對比。

2 浙江三門高溫氣冷堆電站項目的外部人為事件評價工作實踐

浙江三門高溫氣冷堆電站項目擬利用浙江省三門縣臺州第二發(fā)電廠現(xiàn)有部分空置及周邊場地，規(guī)劃建設(shè)高溫氣冷堆核電機(jī)組。該項目在前期工作過程中，需要對周邊潛在危險源進(jìn)行全面評價，論證廠址不存在顛覆性因素。下面對廠址旁邊火電廠設(shè)施的評價論證進(jìn)行介紹，涉及的危險源有：鍋爐、煤炭、氨、輕柴油、氫、五氧化二釩、鹽酸、氫氧化鈉、次氯酸等。

2.1 鍋爐

臺州第二發(fā)電廠鍋爐廠房距離本項目約530m，主設(shè)備鍋爐的額定蒸汽壓力/溫度為28.17MPa/605℃（超超臨界參數(shù)），額定主蒸汽流量3008.71t/h。由于其額定蒸汽壓力大于2.5MPa，且額定蒸發(fā)量大于10t/h，故評定重大危險源。

在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上判斷，可能成為爆炸源的鍋爐本體結(jié)構(gòu)部件主要有：汽水系統(tǒng)的過熱蒸汽出口集箱、汽水系統(tǒng)的省煤器入口集箱、燃燒系統(tǒng)的鍋爐爐膛[2]。根據(jù)3個部件內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量及參數(shù)，通過焓值轉(zhuǎn)換，計算得出在爆炸情況下介質(zhì)釋放出的能量，再將其轉(zhuǎn)換為TNT爆炸當(dāng)量，得出爆炸安全距離分別為84m、114m、179m。

據(jù)此得出，三門高溫堆項目與臺州第二發(fā)電廠鍋爐廠房的距離（530m）大于鍋爐各部爆炸的安全距離，因此鍋爐爆炸不會對項目廠址安全產(chǎn)生影響。

2.2 煤炭

臺州第二發(fā)電廠配置2座折返式條形煤場，儲煤量約為25萬噸。由于煤炭不會發(fā)生爆炸等危險，煤場設(shè)有的防風(fēng)抑塵網(wǎng)和噴淋措施除了能有效除塵外，還能起到防止著火的作用。初步判斷不會對項目廠址安全產(chǎn)生影響。

2.3 液氨

臺州第二發(fā)電廠現(xiàn)場氨站設(shè)有2座容量100m3的氨罐，距離本項目的距離約1325m。液氨最大存儲量為105t（單罐52.5t），日常存儲量約70t（單罐35t）。根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源辨識》（GB18218-2009）標(biāo)準(zhǔn)，液氨臨界量為10t，因此氨站是重大危險源。氨站區(qū)設(shè)置了1.5m高的安全圍堰，氨泄露監(jiān)測和自動水噴淋裝置等安全措施，并配有防火防爆措施。

考慮最不利的情況下，將最大可信事故假設(shè)為：氨罐最低處出現(xiàn)直徑20mm的破口，事故發(fā)生后安全系統(tǒng)報警，在10min內(nèi)泄漏得到控制，泄露后氨在圍堰內(nèi)形成液氨池。以下分別對該事故下氨作為毒氣漂移、易燃?xì)怏w漂移、爆炸源進(jìn)行評價。

（1）毒氣飄移。通過用流體力學(xué)的柏努利方程估算液氨泄漏速度，見下式[3]：

式中：Cd為液體泄漏系數(shù)，取0.6；A為裂口面積，m2；ρ為泄漏液體密度，取617kg/m3；P、P0分別為儲罐內(nèi)介質(zhì)壓力、環(huán)境壓力，p 取1.5×106Pa，P0取1.01×105Pa；g為重力加速度，取9.8m/s2；h為裂口之上液位高度，取3m。

本項目采用SLABView軟件進(jìn)行事故排放影響預(yù)測。將液氨泄漏速度、相關(guān)環(huán)境參數(shù)輸入SLABView軟件，得出傷害濃度（204mg/m3）對應(yīng)距離最大為423m，半致死濃度（1390mg/m3）對應(yīng)距離最大為231m，均小于液氨罐距本項目的距離1325m，不會影響本項目安全[4]。

（2）易燃?xì)怏w飄移。根據(jù)《核電廠廠址選擇的外部人為事件》（HAD101/04），易燃?xì)怏w在風(fēng)速為1m/s情況下，濃度仍高于點燃極限值的距離可由下列關(guān)系式求得：

式中：T是總釋放量，取10.04kg/s*600s=6024kg=6.024t。

由此計算得出，氨泄漏濃度高于點燃極限值的距離為710m，小于氨站距本項目的實際距離1325m，不會影響本項目廠址安全。

（3）爆炸源。以單罐52.5t液氨為爆炸源，參照《核電廠廠址選擇的外部人為事件》（HAD101/04）給出的對應(yīng)于7kPa超壓的距離——超壓關(guān)系式計算爆炸安全距離：

式中：W是爆炸物的TNT當(dāng)量；1.8為爆炸修正系數(shù)；A為TNT當(dāng)量系數(shù)，取4%；Wf為單罐液氨總質(zhì)量，取5.25×104kg；Qf為燃料的燃燒熱，取18.6MJ/kg；QTNT為TNT的燃燒熱，取4.52MJ/kg。

由此可見，以單罐52.5t液氨為爆炸源，液氨爆炸安全距離為449m，小于氨站與本項目距離約1325m，不會影響本項目廠址安全。

2.4 柴油

臺二電廠鍋目前設(shè)置有2×500m3儲油罐，單罐柴油最大儲量為415t，與本項目的實際距離為880m。以單罐柴油最大儲量415t為爆炸源，參照國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局編著的《安全評價》給出對“蒸汽云爆炸的沖擊波傷害、破壞半徑”推薦的評價方法，其損害半徑計算如下：

式中：Cs為經(jīng)驗常數(shù)，取決于損害等級，按“10%玻璃破碎”取0.4；N為效率因子，取10%；E為爆炸能量，kJ；V為可燃物體積，為500m3；Hc為可燃?xì)怏w高燃燒熱值，柴油為42.652MJ/kg=3.63×107kJ/m3。

由此可見，柴油罐區(qū)爆炸的損害半徑為488m，小于與本項目的實際距離880m。因此，柴油罐區(qū)爆炸對項目廠址安全沒有影響。

2.5 氫氣

電廠氫氣站距離本項目約400m，氫氣年使用量3t，最大存貯量0.5t。氫氣為易燃易爆品，按（式2）計算點燃濃度值的距離，按（式3）計算爆炸安全距離。最大存貯量0.5t的點燃濃度值距離為160m，爆炸安全距離為109m，均小于氫氣站與本項目的實際距離約400m。因此，氫站不構(gòu)成對本項目廠址安全的影響。

2.6 其他化學(xué)品

五氧化二釩雖然為急性毒性物質(zhì)，但常溫下為固態(tài)、非可燃物，因此對本項目不會造成影響。鹽酸、氫氧化鈉、次氯酸均為液態(tài)化學(xué)品，具有一定腐蝕性和氧化性，不易揮發(fā)，因此對本項目也不會造成影響。

3 結(jié)語

高溫氣冷堆技術(shù)憑借自身技術(shù)特性，在環(huán)境相容性上具有巨大優(yōu)勢，在我國眾多老舊中小火電廠關(guān)停、退役，部分外部條件優(yōu)越的火電廠址處于空置狀態(tài)的背景下，運用高溫氣冷堆技術(shù)替代退役火電，可成為緩解環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定之間矛盾的重要手段。但由于核電的特殊性和敏感性，在具體廠址選擇的過程中，要根據(jù)核電選址相關(guān)法規(guī)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)充分的論證，排除顛覆性因素，確認(rèn)廠址建設(shè)核電的適宜性。

本文通過對浙江三門高溫氣冷堆電站項目選址階段工作相關(guān)實踐的介紹，闡述了高溫氣冷堆替代中小型退役火電項目在外部人為事件評價的關(guān)注要點，對高溫氣冷堆后續(xù)項目廠址的論證具有一定參考意義。