符壯志　鄭亞雄　梁雙令

摘? 要：浮動堆長期駐泊于海上，運行期內(nèi)的乏燃料、放射性廢物均需要吊裝轉(zhuǎn)運至運輸船。在運輸船上布置容器格柵，在吊裝輔助漏斗校正下，使得吊裝容器可以直接放入運輸船的格柵中。在海洋環(huán)境下轉(zhuǎn)運時，浮動堆平臺和運輸船處于旁靠系泊狀態(tài)，兩船和吊物均會發(fā)生不同步但相互耦合的不規(guī)則運動。文章對浮動堆平臺、吊機、運輸船進行建模，采用勢流理論進行耦合分析，預報在海洋環(huán)境下三者的相對運動，分析輔助漏斗設置的可行性。

關鍵詞：浮動堆;旁靠系泊;吊裝轉(zhuǎn)運;海洋環(huán)境

中圖分類號：TL411? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）07-0054-03

Abstract： The floating nuclear platform is moored at sea for a long term. During operation period， the spent fuel and radioactive waste should be lifted and transported to the carrier. The container grille is arranged on the transport ship， and the hoisting container can be put directly into the grille of the transport ship under the correction of the auxiliary funnel. Transport in the marine environment， floating nuclear platform and transport ship in near the mooring state， two ships and hanging are not synchronous but coupled irregular movement. The paper builds models for floating nuclear platform， crane， carrier， and use the potential flow theory of coupling analysis， to forecast the relative motion in the marine environment and feasibility analysis of auxiliary funnel.

Keywords： floating nuclear platform; alongside mooring; hoisting and transportation; marine environment

浮動堆在運行期間需要對核燃料進行更換，由運輸船負責新燃料補給，以及乏燃料和放射廢物的外輸。放射性物質(zhì)均放置于可靠的壓力容器，可以承受比較大的沖擊。在海洋環(huán)境下，壓力容器雖不存在碰撞沖擊引起的風險，但存在由于相對運動引起的放置不穩(wěn)的風險。因此在運輸船上布置格柵，使容器可以在格柵內(nèi)限制運動。但同時，格柵也為容器的吊裝放置提高了操作難度，需要設置對容器的限位裝置。本文采用輔助漏斗作為限位的輔助裝置，以確保容器可以順利放入格柵內(nèi)。

1 浮動堆海上吊運特點

浮動堆海上吊運具有如下的特點：

（1）平臺與運輸船噸位差別大，平臺遮蔽效應明顯。

（2）放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)運要求高，不允許出現(xiàn)傾倒和翻滾。

（3）放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)運，人因干預少。

（4）補給和外輸物資多，操作暴露期長。

在HAD401-01-1990《核電廠放射性排出流和廢物管理》中關于廢物廠外運輸提出如下原則[1]：

（1）確保必要的安全等級，使運輸受到最小的特殊限制。

（2）安全措施必須適合于運輸物質(zhì)的潛在危險性。

因此在浮動堆海上吊運過程中，必須保證吊運的放射性物質(zhì)的安全，避免出現(xiàn)劇烈碰撞。

在放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)運時，需進行運輸環(huán)境分析，其目的是定量地確定在運輸事故中，所運輸?shù)呢洶谑鹿蔬^程中與周圍環(huán)境之間的相互作用的嚴重程度。事故環(huán)境包括五種情況，即火燒、撞擊、擠壓、貫穿和浸沒。在海上吊運中，需要嚴格控制容器與運輸船之間的相對運動，使不發(fā)生劇烈的碰撞，以及因翻滾導致的落入大海而浸沒的事故情況。

2 吊裝計算模型

2.1 主尺度參數(shù)

海洋核動力平臺和運輸船主尺度參數(shù)如表1所示。

表1中CG_x指重心縱向位置，CG_z指重心垂向位置。浮動堆平臺和運輸船的初始舷邊間距為2.5m，兩船重心縱向位置相距16.94m。

2.2 設備參數(shù)

吊車位于平臺22.5m層甲板，距中縱面13m。吊機高度4.7m，吊臂長度15m。

平臺與運輸船旁靠系泊作業(yè)中，采用8條纜繩，艏尾各3條平行布置，船中2條交叉布置。在總體坐標系中，纜繩在平臺和運輸船上的系泊點如表2所示。

在平臺左舷設有四個靠球，總體坐標系下，運輸船旁靠靠球初始球心分別為（73.72，14.50，8.10）m，（83.72，14.50，8.10）m，（109.68，14.50，8.10）m，（119.68，14.50，8.10）m。

轉(zhuǎn)運容器包括乏燃料容器、放射性廢物容器和新燃料容器， 不同容器尺寸大小有所區(qū)別。

2.3 環(huán)境參數(shù)

放射性轉(zhuǎn)運具有計劃性，在制定計劃時會結合氣象預報，選擇海洋環(huán)境較溫和的時間開展。以渤海為例，海況常年在3級及以下。因此選用3級海況作為轉(zhuǎn)運工作工況，具體風浪流參數(shù)如表3所示。

其中風浪流方向規(guī)定與總體坐標系x軸逆時針夾角為正，順時針為負。在分析時，主要考慮風生浪和風生流，即風浪流同向，如圖1所示。

3 結果分析

平臺與轉(zhuǎn)運船吊裝燃料容器示意圖如圖2所示。

3.1 平臺和運輸船耦合運動

在3級海況條件下，平臺和運輸船在平衡位置處的橫搖、縱搖和垂蕩耦合運動的最大值如表4所示。

3.2 容器和運輸船相對運動

3.2.1 相對平動位移

相對平動位移主要分析燃料容器質(zhì)心點與其靜止狀態(tài)在轉(zhuǎn)運船甲板上的投影點之間的相對運動，為避免相對運動引起碰撞，假設燃料容器與運輸船甲板在靜止時垂直距離1.0m。在方向組合下，燃料容器與甲板上垂直對應點在x和y方向上的相對位移如圖3所示。

由圖3可知，x方向平均相對位移為-0.005m，最大相對位移為1.6m;y方向平均相對位移為-2.6m，最大相對位移為3.8m。

燃料容器與甲板上垂直對應點在z方向上的相對位移如圖4所示。其中，當z>0時，表示燃料容器處于甲板上面;當z<0時，表示燃料容器與甲板已經(jīng)發(fā)生碰撞。

3.2.2 相對速度

相對速度分量主要分析燃料容器底部型心點與其靜止狀態(tài)在轉(zhuǎn)運船甲板上的投影點之間的相對運動，為使燃料容器與運輸船甲板接近發(fā)生碰撞的條件，假設燃料容器與運輸船甲板在靜止時相距0.1m。在總體坐標系中，燃料容器與運輸船甲板上垂直對應點在兩者碰撞前一時刻各自的速度分量最大值如表5所示。

4 輔助漏斗設計

4.1 漏斗設計主要參數(shù)

根據(jù)容器與運輸船甲板的相對運動關系，漏斗適合設計成偏心橢圓形。其中橢圓形的長軸長3.1m，短軸長2.3m，焦點距離2.1m，離心率0.68。漏斗頸部中心在長軸上，距一端1m處。漏斗高度為3m。

4.2 漏斗適用性分析

漏斗與格柵相連接，可以起到容器輔助放入的功能，使容器在放入過程中，避免受外界擾動，出現(xiàn)傾倒和劇烈碰撞。漏斗的輔助功能，提高了吊裝轉(zhuǎn)運的安全性和可靠性。

漏斗在實際應用中，由于需要同格柵頻繁的插拔，降低了漏斗的工作效率。由于運輸船格柵附近不宜布置吊機等高聳設備，因此只能從格柵的設計考慮如何實現(xiàn)漏斗移動的自動化。

5 結論

本文從工程應用角度出發(fā)，分析浮動堆平臺和運輸船旁靠吊裝轉(zhuǎn)運放射性物質(zhì)時，平臺、運輸船和吊物的相對運動。通過吊物和運輸船甲板的相對運動，提出漏斗型輔助工具以及基本參數(shù)，保證容器平穩(wěn)可靠的放置于運輸船，得出結論如下：

（1）浮動堆平臺與運輸船旁靠系泊情況下，由于船體尺度差異，相對運動幅值較大。吊裝燃料容器時，與運輸船甲板相對運動范圍較大，必須設置輔助限位設施保證精確到位。

（2）根據(jù)相對運動軌跡，燃料容器在甲板面的投影為近似橢圓形，因此在設計限位輔助漏斗時，為達到限位效果及減輕碰撞，開口處應設計為偏心橢圓形。

（3）實際吊裝過程中，物件數(shù)目較多，為提高轉(zhuǎn)運效率，還應在輔助漏斗與格柵的換裝自動化中進一步開展工作。

參考文獻：

[1]HAD401-01.核電廠放射性排出流和廢物管理[S].國家核安全局，1990.

[2]趙兵，張建崗，王學新，等.放射性物質(zhì)運輸?shù)腜SA（概率安全分析）方法[C].21世紀初輻射防護論壇，1991.

[3]中國船級社.海上浮式裝置入級規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2014.

[4]中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2014.

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[6]中國船舶工業(yè)集團公司，中國船舶重工集團公司，中國造船工程學會.船舶設計實用手冊-總體分冊[M].國防工業(yè)出版社，2013.