胡雨濛　孫福江　張曉輝　徐濤

【摘 要】海上浮動(dòng)核電平臺(tái)是一種新型海上能源保障平臺(tái)，采用海上更換核燃料的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶不間斷能源供應(yīng)。新燃料運(yùn)輸是海上浮動(dòng)核電平臺(tái)運(yùn)行過程中重要的環(huán)節(jié)，是海上換料的流程之一。在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的新燃料運(yùn)輸方式的基礎(chǔ)上，通過分析海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，將其新燃料運(yùn)輸分為三個(gè)階段，并從運(yùn)輸實(shí)踐、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)輸成本等方面出發(fā)，分別對(duì)各個(gè)階段的不同運(yùn)輸方式進(jìn)行了對(duì)比，提出了合理的運(yùn)輸方式建議。

【關(guān)鍵詞】浮動(dòng)式核電站；新燃料運(yùn)輸；運(yùn)輸方式

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）29-0005-003

【Abstract】Marine Floating Nuclear Power Platform is a new model of power ensurence platform on the sea， which adopts refueling on the sea， and can realize the energy supplication to customers continuously. New fuel transportation is an important part during the operation of Marine Floating Nuclear Power Platform， and it is a part of refueling on the sea. At the foundation of present new fuel transportation method at home and abroad， and through analyzing the characters of new fuel transportation of Marine Floating Nuclear Power Platform， its new fuel transportation is divided to three stages. Based on transportation practices， transportation risks and transportation costs， different transportation methods during each stage are compared， and an appropriate transportation method is proposed.

【Key words】Floating nuclear power plant； New fuel transportation； Transportation method

0 引言

隨著人們對(duì)核能技術(shù)利用的不斷發(fā)展，小型反應(yīng)堆技術(shù)由于其建造方案靈活性、適用范圍多樣性及成本造價(jià)低廉性等諸多優(yōu)勢(shì)，逐漸成為各大國(guó)家的研究熱點(diǎn)。海上浮動(dòng)核電平臺(tái)是一種新型海上能源保障平臺(tái)，是小型反應(yīng)堆與船舶工程的有機(jī)結(jié)合體。它可以給偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島、石油鉆井平臺(tái)等提供電力和熱水等能源，且受地震和海嘯的影響很小，對(duì)海洋資源開發(fā)具有重要意義。海上浮動(dòng)核電平臺(tái)搭載有兩座反應(yīng)堆，采用海上輪流更換核燃料的方式，從而可以實(shí)現(xiàn)不間斷能源供應(yīng)。

海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的換料周期約為1.5年，換料流程通常包括：新燃料運(yùn)輸及接收，堆芯裝卸料操作，乏燃料貯存及外運(yùn)。經(jīng)過近十年的海上運(yùn)行后，海上浮動(dòng)核電平臺(tái)需要返回碼頭進(jìn)行中修，并將貯存在乏燃料水池中的乏燃料外運(yùn)。若將海上運(yùn)行期間所需的新燃料組件全部提前貯存在海上浮動(dòng)核電平臺(tái)上，會(huì)造成前期投入成本過高、空間需求大等問題。因此，較合理的方式為每次換料前將一個(gè)周期所需的新燃料運(yùn)至海上浮動(dòng)核電平臺(tái)內(nèi)貯存，換料時(shí)再裝入反應(yīng)堆堆芯中。

新燃料運(yùn)輸是換料流程中必不可少的一環(huán)，具有作業(yè)工期長(zhǎng)、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變等特點(diǎn)。本文在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有新燃料運(yùn)輸方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的特點(diǎn)，分析其可采用的新燃料運(yùn)輸方式。

1 新燃料運(yùn)輸基本情況分析

1.1 法律法規(guī)對(duì)新燃料運(yùn)輸?shù)囊?/p>

為了保障放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)陌踩裕瑖?guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）和我國(guó)均對(duì)放射性物質(zhì)的運(yùn)輸做出了嚴(yán)格規(guī)定。未經(jīng)輻照的新燃料不具有放射性，但它是易裂變物質(zhì)，根據(jù)放射性物品分類原則，屬于一類放射性物品，需要裝在專門的新燃料運(yùn)輸容器中進(jìn)行運(yùn)輸。根據(jù)《放射性物品運(yùn)輸安全管理?xiàng)l例》和《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》的要求，該類貨包為A型易裂變物質(zhì)貨包，運(yùn)輸?shù)燃?jí)為Ⅱ級(jí)（黃），臨界安全指數(shù)0。貨包本身有極高的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮運(yùn)輸中預(yù)計(jì)可能發(fā)生的各種事故條件（包括翻車跌落、火燒、與其它剛性貫穿件穿刺以及落入江河海等極端惡劣條件等），從而避免在運(yùn)輸過程中發(fā)生預(yù)計(jì)的事故時(shí)造成放射性泄漏和污染。

新燃料運(yùn)輸容器的嚴(yán)格設(shè)計(jì)要求降低了對(duì)交通運(yùn)輸工具的安全性要求，但盡管概率極低，嚴(yán)重的事故仍可能導(dǎo)致發(fā)生超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，影響新燃料臨界安全，造成不可接受的輻射后果。而一旦發(fā)生這類事故，社會(huì)影響較大，應(yīng)急救援也相對(duì)困難。此外，為保證新燃料入堆后反應(yīng)堆的運(yùn)行安全，運(yùn)輸過程中也應(yīng)確保新燃料結(jié)構(gòu)的完好性，防止貨包所受加速度超過閾值。因此，交通運(yùn)輸方式的安全性仍是需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

1.2 海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料運(yùn)輸過程劃分

我國(guó)核燃料組件的運(yùn)輸已有二十多年歷史，主要是通過鐵路和公路將新燃料組件由內(nèi)陸的燃料制造廠運(yùn)往沿海的核電站。到2012年已達(dá)每年運(yùn)輸?shù)男氯剂辖M件上千組，年運(yùn)輸里程上萬公里。與陸上核電站核燃料運(yùn)輸最大的區(qū)別在于，海上浮動(dòng)核電平臺(tái)位于海上，無法通過鐵路和公路直接到達(dá)。

因此，對(duì)于海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料運(yùn)輸?shù)倪^程，可將其分為三個(gè)主要階段：第一階段為新燃料組件由燃料制造廠運(yùn)往轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭，即陸上運(yùn)輸；第二階段為新燃料組件由轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭運(yùn)至海上浮動(dòng)核電平臺(tái)，即海上運(yùn)輸；第三階段為新燃料組件到達(dá)海上浮動(dòng)核電平臺(tái)后由接收點(diǎn)運(yùn)至新燃料貯存間，即平臺(tái)內(nèi)部運(yùn)輸。陸上運(yùn)輸階段可參考陸上核電站的成熟經(jīng)驗(yàn)，而核燃料在海上運(yùn)輸雖然已有實(shí)例，但均為船舶由從出發(fā)港口運(yùn)往目的港口，尚無運(yùn)至浮動(dòng)式平臺(tái)的案例。與港口轉(zhuǎn)運(yùn)相比，海上轉(zhuǎn)運(yùn)無疑具有更大的難度。第三階段由于不涉及公用道路或鐵路運(yùn)輸，不屬于《條例》和《規(guī)程》的監(jiān)管范圍，可參照核安全導(dǎo)則（HAD）和核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定（HAF）中的相關(guān)要求進(jìn)行考慮。各階段之間通過接收和轉(zhuǎn)運(yùn)銜接，不同的運(yùn)輸方式所采用的接收和轉(zhuǎn)運(yùn)方式也不相同。endprint

2 運(yùn)輸方式的比較和選擇

海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料運(yùn)輸時(shí)應(yīng)采用滿足國(guó)家規(guī)定的運(yùn)輸容器，一次換料所需的新燃料組件分裝成多個(gè)貨包運(yùn)輸，貨包具備通過標(biāo)準(zhǔn)卡車、鐵路、飛機(jī)和輪船堆垛和運(yùn)輸?shù)哪芰Α?/p>

新燃料的運(yùn)輸不光涉及放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)陌踩?，還關(guān)系到海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)效益。新燃料運(yùn)輸時(shí)路程遠(yuǎn)，貨包數(shù)量多、尺寸大，且運(yùn)輸次數(shù)頻繁，因此在比較不同的運(yùn)輸方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮運(yùn)輸實(shí)踐、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)輸成本等方面的內(nèi)容，確定合理的運(yùn)輸方式。

2.1 陸上運(yùn)輸

核燃料陸上運(yùn)輸可分為公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸兩種形式。新燃料貨包通常裝載在集裝箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)批量運(yùn)輸，如國(guó)內(nèi)CPR1000核電站所使用的裝載AFA3G新燃料的貨包4個(gè)一組，分上下兩層疊放于一個(gè)集裝箱內(nèi)，貨包與貨包之間、貨包與集裝箱之間均使用減震木塊隔離。集裝箱可以與公路運(yùn)輸車輛或火車車廂底部固定，也便于各種運(yùn)輸方式的換裝。

公路運(yùn)輸通常采用牽引車+掛車的形式。牽引車應(yīng)具有較大的牽引功率和扭矩，良好的安全性能及爬坡能力，常見的重型牽引車有德國(guó)奔馳、沃爾沃、東風(fēng)天龍等。大件運(yùn)輸中最常用的掛車為液壓平板車，如尼古拉斯全液壓平板車組和索埃勒液壓平板掛車等，這類平板車具有全輪轉(zhuǎn)向、可升降等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)彎半徑小、承載能力強(qiáng)、運(yùn)輸平穩(wěn)[1]。公路運(yùn)輸靈活性高，不需要反復(fù)裝卸搬運(yùn)，但它的不足之處在于不適宜大批量運(yùn)輸，且經(jīng)濟(jì)半徑一般在200公里以內(nèi)，因此主要是作為其他運(yùn)輸方式的銜接手段。從燃料制造廠至轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭路程長(zhǎng)達(dá)1100多公里，若全程采用公路運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)性較差，且耗時(shí)較長(zhǎng)。

核燃料鐵路運(yùn)輸時(shí)通常采用平車裝運(yùn)，專列直達(dá)。這種運(yùn)輸方式耗時(shí)短、運(yùn)量大、運(yùn)輸成本低。此外，鐵路運(yùn)輸勻速和平穩(wěn)較有保障，且事故發(fā)生的概率低于公路運(yùn)輸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1955-1985年期間，我國(guó)核工業(yè)系統(tǒng)經(jīng)公路和鐵路運(yùn)輸共發(fā)生22起放射性物質(zhì)運(yùn)輸事故，其中公路運(yùn)輸?shù)膯挝回洶b運(yùn)事故率為3.78×10-6起/件，鐵路運(yùn)輸?shù)膯挝回洶b運(yùn)事故率則為1.46×10-6起/件[2]。除非是嚴(yán)重出軌事故，一般的火車事故很少會(huì)引發(fā)著火和對(duì)載貨造成明顯損壞。鐵路的缺點(diǎn)在于較難實(shí)現(xiàn)“門對(duì)門”運(yùn)輸，若燃料制造廠或核電站無廠內(nèi)專用鐵軌，還需要通過汽車轉(zhuǎn)運(yùn)。而裝卸次數(shù)越多，貨損率也越高。

目前，鐵路-公路聯(lián)運(yùn)已成為我國(guó)新燃料運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，即先采用鐵路運(yùn)輸方式將新燃料由制造廠的專線運(yùn)至離核電站較近的中轉(zhuǎn)換裝站，再以公路運(yùn)輸?shù)綇S址。目前陽江核電站、田灣核電站都采用此種模式。該模式充分利用了鐵路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，兩種運(yùn)輸方式互為補(bǔ)充，預(yù)計(jì)未來會(huì)有更多的核電站采用這種運(yùn)輸模式。

海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的新燃料陸上運(yùn)輸需要結(jié)合實(shí)際路況進(jìn)行選擇。燃料制造廠設(shè)有鐵路專用線，且至海上浮動(dòng)核電平臺(tái)專用碼頭有直達(dá)列車，建議優(yōu)先采用鐵路運(yùn)輸，以公路運(yùn)輸為補(bǔ)充，且應(yīng)盡量減少中轉(zhuǎn)次數(shù)。在具體運(yùn)輸路線選擇時(shí)，還應(yīng)考慮運(yùn)輸距離、道路通行能力、對(duì)沿途公眾的影響、應(yīng)急救援等方面，兼顧運(yùn)輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟(jì)性。

2.2 海上運(yùn)輸

海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的系泊點(diǎn)靠近海岸線，可利用補(bǔ)給船將新燃料運(yùn)至平臺(tái)。此外，由于海上浮動(dòng)核電平臺(tái)設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪，也可將使用直升機(jī)空運(yùn)新燃料列為初步考慮方案。

船舶運(yùn)輸是一種運(yùn)量大、成本低的傳統(tǒng)運(yùn)輸方式，也是運(yùn)輸危險(xiǎn)貨物的主要方式。根據(jù)SOLAS公約，運(yùn)送第7類危險(xiǎn)品——放射性物品的船舶應(yīng)符合INF規(guī)則，不同類型INF船舶應(yīng)滿足不同的設(shè)計(jì)要求。國(guó)內(nèi)外已有核燃料海上船舶運(yùn)輸?shù)陌咐?，主要是遠(yuǎn)洋跨界運(yùn)輸，如新燃料的進(jìn)出口。1999年由歐洲運(yùn)往日本的MOX新燃料運(yùn)輸船采用了按國(guó)際海事機(jī)構(gòu)安全標(biāo)準(zhǔn)中“INF3級(jí)”最高水平設(shè)計(jì)的、不會(huì)發(fā)生沉沒事故的船只[3]。該運(yùn)輸船采用了雙層船殼結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)事故的概率極低，新燃料運(yùn)輸物沉沒的概率更是非常之小。2015年2月10日，海南昌江核電站1號(hào)機(jī)組首爐125組燃料組件、126組相關(guān)組件從廣東湛江港口出發(fā)，通過汽車滾裝渡海的方式，歷時(shí)90分鐘跨過瓊州海峽抵達(dá)?？诟劭?，并順利運(yùn)抵昌江核電站燃料廠房，這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)核燃料組件跨海運(yùn)輸。該汽車輪渡采用的永華輪是海南省唯一一條具有運(yùn)輸危險(xiǎn)貨物資質(zhì)的船舶，可在蒲式風(fēng)力7級(jí)及以下航行，最大航速14km，載貨量807t。據(jù)有關(guān)分析，由于該船的速度較小且碰撞非剛性，即使是最嚴(yán)重的撞擊事故，也不會(huì)對(duì)貨包產(chǎn)生明顯影響[4]。

近年來，海上直升機(jī)運(yùn)輸服務(wù)市場(chǎng)迅速發(fā)展，尤其是中型和重型直升機(jī)在海洋油氣勘察領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用[5]。直升機(jī)的最大平飛速度可達(dá)400km/h，適合對(duì)時(shí)間要求高的貨物運(yùn)輸。但與船舶運(yùn)輸相比，存在單次運(yùn)量有限（中型和重型直升機(jī)的載重量在5t到20t之間）、受天氣影響大、運(yùn)輸費(fèi)用高等缺點(diǎn)，且由于運(yùn)輸距離較短，直升機(jī)運(yùn)輸速度快的優(yōu)點(diǎn)難以充分發(fā)揮。同時(shí)，由于目前對(duì)運(yùn)輸貨包沖擊的仿真計(jì)算及試驗(yàn)是按《規(guī)程》中規(guī)定的9m自由下落進(jìn)行的，而直升機(jī)具有高空墜落的潛在風(fēng)險(xiǎn)，從而使貨包受到遠(yuǎn)大于試驗(yàn)時(shí)所受的沖擊，因此利用直升機(jī)運(yùn)輸新燃料貨包很難證明其安全性，難以通過安全審查。目前我國(guó)航空運(yùn)輸放射性物品的運(yùn)量和種類都較少，主要涉及放射源、放射性同位素和放射性藥品的進(jìn)出口，尚未有利用直升機(jī)運(yùn)輸核燃料的報(bào)道。

由于核燃料船舶運(yùn)輸?shù)陌踩?、?jīng)濟(jì)性及可借鑒性，新燃料海上運(yùn)輸應(yīng)采用船舶運(yùn)輸。新燃料到達(dá)轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭后，可利用碼頭起重機(jī)將裝有貨包的集裝箱吊運(yùn)至補(bǔ)給船，再由補(bǔ)給船運(yùn)至海上浮動(dòng)核電平臺(tái)。轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭需具備放射性物品的作業(yè)資格，補(bǔ)給船應(yīng)符合INF船舶設(shè)計(jì)要求。集裝箱吊運(yùn)至補(bǔ)給船后，應(yīng)與補(bǔ)給船進(jìn)行可靠連接，避免航行時(shí)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。盡量避開漁區(qū)和繁忙的航線，選擇海況良好的時(shí)段進(jìn)行新燃料的運(yùn)輸。

2.3 平臺(tái)內(nèi)接收

平臺(tái)內(nèi)接收是海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料運(yùn)輸?shù)淖詈笠画h(huán)，它包括新燃料運(yùn)輸容器從補(bǔ)給船往平臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)、新燃料運(yùn)輸容器在平臺(tái)內(nèi)部運(yùn)輸、開箱取出新燃料組件、新燃料外觀檢查、放入貯存格架貯存等一系列操作。由于平臺(tái)結(jié)構(gòu)的特殊性和海上環(huán)境的復(fù)雜性，與陸上核電站新燃料接收相比，海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料接收存在較大差異。endprint

陸上核電站的新燃料運(yùn)輸容器到達(dá)核電站后，由汽車直接運(yùn)至燃料收發(fā)間，然后利用廠內(nèi)的輔助吊車將運(yùn)輸容器吊至新燃料接收間并開蓋，將新燃料組件取出并吊至檢查間，檢查合格后吊至貯存間貯存。新燃料在各個(gè)功能間的移動(dòng)都是通過輔助吊車完成的。

新燃料貯存間位于海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的指揮甲板層，具體位置如圖1所示。由于平臺(tái)內(nèi)部空間有限，新燃料貯存間布置緊湊，新燃料運(yùn)輸容器開箱、新燃料組件外觀檢查和新燃料組件的貯存都在該貯存間進(jìn)行。結(jié)合HAD、HAF中對(duì)新燃料裝卸與貯存的相關(guān)要求以及海洋環(huán)境特點(diǎn)，在制定海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料內(nèi)部運(yùn)輸方式時(shí)需考慮以下幾點(diǎn)：

（1）運(yùn)輸路程盡量布置得簡(jiǎn)短；

（2）運(yùn)輸流程盡可能簡(jiǎn)便；

（3）運(yùn)輸時(shí)需采取有效措施以減小海上搖擺環(huán)境的影響。

采用船舶進(jìn)行海上運(yùn)輸時(shí)，當(dāng)補(bǔ)給船與海上浮動(dòng)核電平臺(tái)接駁后，首先需要將新燃料運(yùn)輸容器運(yùn)至海上浮動(dòng)核電平臺(tái)。參考船與船在海上進(jìn)行貨物轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，可利用位于平臺(tái)頂棚甲板的吊機(jī)進(jìn)行吊運(yùn)。按照水路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)則，可在補(bǔ)給船與平臺(tái)之間設(shè)置安全網(wǎng)，防止吊運(yùn)時(shí)發(fā)生貨包墜落事故。將貨包從補(bǔ)給船的集裝箱內(nèi)起吊至平臺(tái)，然后通過頂棚甲板上的吊裝口放置在指揮甲板上。吊裝口正對(duì)應(yīng)急通道上方，沿應(yīng)急通道直線運(yùn)輸時(shí)無需穿過其他艙室，是一條最簡(jiǎn)短的路線，同時(shí)也便于布置運(yùn)輸裝置，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。可在應(yīng)急通道內(nèi)設(shè)置軌道平板車作為運(yùn)輸裝置，軌道設(shè)置在應(yīng)急通道的地面或側(cè)面，從吊裝口下方延伸到新燃料貯存間。平板車應(yīng)具有緊急制動(dòng)功能，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生較大搖擺時(shí)，平板車能可靠地停在軌道上不產(chǎn)生移動(dòng)，保證新燃料運(yùn)輸容器的穩(wěn)定。新燃料運(yùn)輸容器運(yùn)至新燃料貯存間后，可利用貯存間的小吊車進(jìn)行開箱操作，將新燃料組件吊至檢查臺(tái)檢查合格后吊入貯存格架。

3 結(jié)語

隨著海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的建設(shè)和發(fā)展，其新燃料運(yùn)輸必將成為常態(tài)。海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料運(yùn)輸所涉及的路程遠(yuǎn)、路況多樣、交通工具多，選擇合理的運(yùn)輸方式可以有效提高新燃料的運(yùn)輸安全和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)海上浮動(dòng)核電平臺(tái)的運(yùn)行具有重要意義。同時(shí)，海上浮動(dòng)核電平臺(tái)新燃料運(yùn)輸也將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)核燃料運(yùn)輸體系的建設(shè)，加快相關(guān)政策法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善。

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