魏其銘 宋佳辰 周耀權(quán) 王曉亮 耿小爽

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

核電廠在選址、建造及裝料前均需要調(diào)查廠址周圍的潛在外部人為事件危險源，并評價其對核電廠安全的影響，為分析和確定相應(yīng)的外部人為事件設(shè)計基準(zhǔn)提供依據(jù)，我國的《核安全導(dǎo)則匯編——核電廠廠址選擇的外部人為事件》（HAD101/04） 中列出的需要考慮的事發(fā)事件包括爆炸、著火、易燃、腐蝕或有毒物氣云的釋放、飛機墜毀等。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展， 我國危險化學(xué)品在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛[1]，化工企業(yè)的數(shù)量逐年增多，規(guī)模逐漸變大，核電廠廠址周圍分布有生產(chǎn)、儲存和使用有毒?；返幕て髽I(yè)的情況屢見不鮮，而這些危化品泄漏事故又時有發(fā)生，因此，核電廠廠址周圍有毒危險品對核電廠安全的影響在核安全評審中越來越受到關(guān)注。

對于有毒?；返脑u價，我國《核電廠外部人為事件調(diào)查與評價技術(shù)規(guī)范》（NB/T20200—2013） 中提出應(yīng)先進行初步篩選，即超過篩選距離的外部人為事件潛在危險源可不予考慮，《核安全導(dǎo)則匯編——核電廠廠址選擇的外部人為事件》（HAD101/04） 附錄Ⅲ第Ⅲ.2 中給出了需要考慮的化學(xué)毒品重量與距離的關(guān)系， 但距離廠址較近且儲量較大的有毒危險品無法用該篩選距離法進行排除，因此需要進一步的初步評價，即在對相關(guān)參數(shù)做合理的保守假定情況下做出評估。

許多有毒性危化品如氯氣的密度比空氣大，液氯儲罐等一旦發(fā)生泄漏，將會形成重質(zhì)氣云（重質(zhì)氣云是指分子量大于空氣的氣體形成的氣云）[2]，而《核安全導(dǎo)則匯編——核電廠廠址選擇的大氣彌散問題》（HAD101/02）中提供的模型適用于與空氣平均密度相同的氣體或氣溶膠的彌散，如果用于重質(zhì)氣云則會有較大的誤差，因此需要選取一種適用于重質(zhì)氣云擴散分析的模型進行評價。

1 SLAB 模型介紹

20 世紀(jì)60 年代國外學(xué)者就對危險氣體泄漏引發(fā)的后果進行了研究，并建立了一些擴散模型，如高斯模型、 高斯軌跡煙云模型、Sutton 模型等， 從 20 世紀(jì)80 年代開始， 又開發(fā)了多個應(yīng)急相應(yīng)大氣擴散模型，如 SLAB、DEGADIS、ALOHA 等[3]。 其中，SLAB 模型是由美國能源部的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發(fā)的，適用于重氣釋放源的大氣擴散模型，是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛驗證并接受的作為公眾環(huán)境有害物質(zhì)泄漏事故管理和評估的技術(shù)模型。

SLAB 模型是一個模擬重于空氣釋放的大氣擴散的計算機模型。 SLAB 是用于模擬重氣體泄漏的空氣擴散模型。 該模型最初基于Zeman 于1982 年提出的關(guān)于重氣體云的空氣卷吸和重力擴散的理念而開發(fā)。初始版本的SLAB 模型可以處理蒸發(fā)池釋放， 并給出隨時間（t）和下風(fēng)向距離（x）變化的橫向平均煙云性質(zhì)。 SLAB 早期相關(guān)工作由美國能源署支持。 SLAB 的進一步開發(fā)由USAF 工程和服務(wù)中心 （1986 年開始）及美國石油學(xué)會（1987 開始）共同提供支持。 SLAB 的當(dāng)前版本能夠處理四類型源的連續(xù)、有限時段和瞬時釋放。 其中，地面蒸發(fā)池、高架水平噴射、煙囪或高架垂直噴射和地面瞬時釋放，可考慮重氣擴散，以及重氣效應(yīng)消失后的被動擴散階段， 適用于平坦地形，可以考慮不同的氣象條件如風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、溫度、相對濕度、太陽輻射以及地表粗糙度等對擴散的影響。

圖1 給出了SLAB 模型的計算流程。 一個典型模擬包含3 個主要階段： 源類型識別和擴散初始化、煙云擴散計算及時間平均濃度的計算。 擴散模型有穩(wěn)態(tài)煙流模型和瞬態(tài)煙團模型兩種。 根據(jù)源類型和泄漏持續(xù)時間確定采用哪種模型，然后通過求解守恒方程組來確定瞬時（無慢擺）空間平均的煙云性質(zhì)后，再計算時間平均的體積濃度。

圖1 SLAB 程序的計算流程圖

SLAB 模型運行需要約30 個輸入?yún)?shù)，這些參數(shù)包括源類型、源屬性、泄漏屬性、場地屬性、氣象參數(shù)和數(shù)值步長參數(shù)，這些參數(shù)綜合在一起定義了唯一的待模擬情景。 表1 按照輸入文件中的順序給出了每個輸入?yún)?shù)，也給出了所采用的單位（SLAB 模型采用國際單位制）。

表1 輸入?yún)?shù)

2 我國某核電廠附近液氯儲罐泄漏計算

2.1 計算方法

SLAB 程序可以計算重氣在大氣中的擴散， 但不具備源項的計算功能（蒸發(fā)速率），因此對于重有毒氣體的泄漏，尤其是液化氣體，需要先根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169—2018） 中推薦的計算公式計算液體泄漏后在向大氣蒸發(fā)的速率，然后將計算結(jié)果作為輸入?yún)?shù)再使用SLAB 程序進行計算評價對核電廠廠址安全的影響。

以我國某核電廠周邊的液氯儲罐為例， 使用SLAB 程序計算液氯儲罐泄漏對核電廠安全的影響。具體方法如下：

（1）泄漏事故情景假設(shè)：根據(jù)《化工企業(yè)定量風(fēng)險評價導(dǎo)則》（AQ/T 3046—2013）及《環(huán)境風(fēng)險評價實用技術(shù)和方法》（中國環(huán)境科學(xué)出版社）的要求對液氯儲罐泄漏事故情景進行假設(shè)。

（2）根據(jù)《核安全導(dǎo)則匯編——核電廠廠址選擇的外部人為事件》（HAD101/04），先用篩選距離值和篩選概率水平（10-7/a）進行篩選，初步篩選未能排除的事件應(yīng)進行詳細(xì)評價。

（3）源項計算：根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169—2018） 中推薦的質(zhì)量蒸發(fā)計算公式計算液氯泄漏后在向大氣蒸發(fā)的速率，作為氯氣彌散計算的輸入條件。

（4）氯氣彌散計算：根據(jù)源項及《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169—2018）中推薦的最不利氣象條件，即 F 類穩(wěn)定度、1.5 m/s 風(fēng)速、溫度 25℃，相對濕度50%，使用SLAB 程序計算氯氣到達主控室處的濃度。

（5）廠址安全影響評價：將氯氣到達主控室處的濃度與毒性限值進行比較，以此進行廠址安全影響評價。

2.2 核電廠附近氯氣泄漏計算與評價

以我國某核電廠為例，計算核電廠附近氯氣儲罐泄漏事故對核電廠安全的影響。 該核電廠SSW 方位6.3 km 有一家危險品存儲企業(yè)，危險品種類為液氯常壓單包容儲罐，儲罐容量為100 m3，下方設(shè)圍堰，尺寸為長13 m，寬4 m 的矩形池。

根據(jù)《化工企業(yè)定量風(fēng)險評價導(dǎo)則》（AQ/T 3046—2013） 對泄漏場景的描述：“泄漏場景根據(jù)泄漏孔徑大小可分為完全破裂以及孔泄漏兩大類”；《環(huán)境風(fēng)險評價實用技術(shù)和方法》（中國環(huán)境科學(xué)出版社） 中關(guān)于典型泄漏事故確定提出：“最大可信災(zāi)害事故類型各異，同一類型事故下有毒有害物質(zhì)泄漏也是多種多樣的，評價通常只考慮并選擇典型的情況作為代表， 作為一種簡化分析……對于露天儲罐考慮容器損壞 （全部破裂）或接頭泄漏?！被趯κ鹿屎蠊谋Ｊ乜紤]，選擇儲罐全破裂作為假設(shè)事故情景。

液氯密度為1 574 kg/m3，計算得出全罐液氯總重量為157.4 t，大于《核安全導(dǎo)則匯編——核電廠廠址選擇的外部人為事件》（HAD101/04）附錄Ⅲ.2 中表Ⅲ.1 中的化學(xué)毒品重量與距離的關(guān)系值，同時，根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169—2018） 附錄E 中常壓單包容儲罐的全破裂頻率為5×10-6/a， 大于篩選概率水平10-7/a，因此需要進一步詳細(xì)評價。 保守的選擇后果最嚴(yán)重的儲罐全破裂作為事故情景，結(jié)合企業(yè)應(yīng)急管理方案，分別評價以下兩種事故場景：（1）儲罐全破裂后，液氯瞬間全部進入圍堰，企業(yè)對圍堰液池中液氯的應(yīng)急處理時間為15 min；（2） 儲罐全破裂，液氯瞬間全部進入圍堰，不采取任何應(yīng)急措施。

按照《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169—2018）中附錄F.1.4.3 質(zhì)量蒸發(fā)估算泄漏后的蒸發(fā)速率：

Q3=a×p×M/（R×T0）

計算得出圍堰液氯的蒸發(fā)速率為2.19 kg/s，全部蒸發(fā)完持續(xù)時間為19.96 h，用SLAB 程序計算出兩種事故場景下風(fēng)向6.3 km 處的最大濃度分別為17.78 mg/m3和66.44 mg/m3。

根據(jù) 《RG1.78-危險化學(xué)品釋放期間核電站控制室可居留性評估》，氯氣的極限濃度為30 mg/m3，該毒性限值是基于美國國家職業(yè)安全與健康研究所（NIOSH）所描述的生命和健康即時危險（IDLH）暴露水平概念， 基于30 min 暴露水平的IDLH 數(shù)值或限值，定義為如果在30 min 的時間內(nèi)不采取防護措施將可能導(dǎo)致死亡或立即或延遲的永久性有害健康效應(yīng)的數(shù)值或限值。

當(dāng)發(fā)生事故（1）時，不會對核電廠主控室操作人員造成影響，但當(dāng)發(fā)生事故（2）時，會對核電廠主控室操作人員造成影響， 進而可能會導(dǎo)致核安全事故，因此核電廠應(yīng)采取措施進行預(yù)防和應(yīng)急處置。

3 結(jié)語

SLAB 模型可以計算重氣在大氣中的擴散， 可以用于核電廠廠址安全影響評價。 通過我國某核電廠附近液氯儲罐事故條件下對核電廠安全的計算評價可以看出，在保守考慮儲罐全破裂時，如危險品儲用企業(yè)能及時采取應(yīng)急措施， 在短時間內(nèi)控制氯氣的擴散，則不會對核電廠安全造成影響。 如果不采取或無法采取應(yīng)急措施時，氯氣擴散到核電廠主控室處的濃度將會大于極限濃度，則需要核電廠采取相關(guān)應(yīng)急措施，比如及時關(guān)閉主控室進風(fēng)口、為人員配備防毒面具等措施來保障核安全。