地震对同位素分离企业生产影响分析

地震对同位素分离企业生产影响分析

王君平

中核兰州铀浓缩有限公司    甘肃省兰州市  730065

摘要：在定期对同位素分离企业安全审查时发现，地震后，厂房支柱不符合烈度地震的抗震要求，需要采取加固措施进行处理。通过对加固方法进行了调研讨论，生产场地对防震和清洁度的要求高，目前尚未找到可行的加固方法，作者对发生设计基准级别地震后导致工程建筑物破坏、系统破坏、物料泄漏、对公众及工作人员造成的后果进行了分析。

关键词：物料、系统、泄露、地震

1. 基本情况

设备和管道为防止化学危险性物质泄漏的第一道密封屏障。系统设计采取了以下措施：

（1）工艺设备和管道为密封结构且均采取长期可靠的形式，确保放射性物料被封闭在工艺系统内；

（2）在正常运行条件下，一般工艺过程均处于负压状态可防止有害物质外泄。

（3）设备在厂房中分层布置在水泥框架上，可保证在地震时，水平加速度不超过规定值，确保安全。

（4）为了保护事故情况下设备的安全和防止有害物质外泄。

2. 设计基准级别地震导致厂房破坏分析

厂房抗震设计按*度烈度设计、局部按*度采取加固措施。设计的基本原则是小震不坏，中震可修，大震不倒。

2.1.中震时可能出现的建筑损害情况

（1）粉刷和排架围护墙开裂。裂缝大多出现在混凝土梁、柱（墙）和砌体的连接处，该裂缝因两种不同材料在地震作用下的差异变形而发生。部分裂缝因为墙梁之间未顶紧而发生水平移位。

（2）少量围护墙体出现交叉裂缝。

（3）以上情况对厂房及工艺的安全影响小。

2.2.大震时可能出现的建筑损害情况

发生大震（设计基准地震）时，在不可预估的地震作用下，短时间内可能造成厂房D、E轴30%的排架柱倒塌，虽然原设计屋架与屋架之间有纵横连接的“田”字型钢结构体系，会起到一定的整体结构作用，因采取抗震措施不会倒塌，对设备和管道会起到一定的保护作用，但排架柱及屋架体系局部倒塌，砸坏管道和设备。

3. 厂房破坏导致系统破坏分析
   1. 系统破坏状况假设

排架柱及屋架体系局部倒塌，砸坏管道和设备。管道、机器材料虽有一定韧度，但仍可能砸漏或砸断，造成物料泄漏。

3.2.地震发生后，立即启动应急保护动作

为减少泄漏量，遇紧急情况，物料分割在多个独立的管道和机器系统内，带有负载的机器降周过程产生炸机，机器阀门自动掉落，可封闭住机器内物料，亦形成独立单元。

3.3.物料遇空气后形成有害物质

系统内部原本为负压，管道或设备受损后，外部空气进入系统内部，与外界形成大气平衡。物料遇水蒸气的是完全反应，故在致漏系统内部，每立方米容积中有物料将反应生成沉淀在系统内。因此，物料气体存在外泄的可能性。

3.4.大量物料滞留于设备和系统内

采取紧急措施将系统分成独立的空间，其物料滞留分布情况如下：

图1  系统物料分布图

由以上分布情况可知，物料主要滞留在系统的小组系统中。

4. 系统破坏导致物料泄漏量计算
   1. 物料泄漏量估算
      1. 基本假设

(1)强地震发生后，组关闭，设备料管截断。

(2)设备受损后，由于外部环境与设备内部容积相比可视为无限大，故外部环境物料分压近似为0，设备内部压力时刻均匀。

(3)不考虑空气中的水与物料气体反应。

(4)截断处的物料质量流通量密度按照裴克定律进行估算。

(5)估计泄漏量只考虑从泄漏开始到处理完成的这段时间。

(6)忽略管壁厚度。

(7)忽略设备内物料气体扩散常数随其密度的变化。

4.1.2.计算参数及其获得方法

t时刻泄漏物料的质量为：

      （1）

计算初始压力

求得

，氧气和空气的互扩散系数为

泄漏开始到结束的时间为24h，计算结果如下表（初始时刻，管道内约400mg物料）：

求得

4.1.3.结论

物料从设备向外扩散的速率非常慢，设备产生漏点，设备内物料的泄漏总量为1.007kg。

4.2.管道物料泄漏量估算

4.2.1.基本假设

(1)强地震发生后，关闭组、小组、管道。

(2)管道或设备受损后，由于外部环境与组管道体积相比可视为无限大，故外部环境物料分压近似恒为0。

(3)不考虑空气中的水与物料气体反应。

(4)管道破裂处的物料质量流通量密度（单位时间单位截面上的扩散质量），按照裴克定律进行估算。

(5)估计泄漏量只考虑从泄漏开始到处理完成的这段时间内（可认为24h）。

(6)忽略了泄漏时管道内物料扩散常数的变化，认为其为恒定值。

4.2.2.计算参数及其获得方法

管道初始物料分压强，管道内压强梯度随时间变化，从开始泄漏为0时刻，则时刻和时刻管道内压强梯度如下图,管段体积V。气体温度近似，按照气温进行计算。

t时刻物料分子数总数，以理想气体进行计算，则，R为理想气体常数。泄漏点面积，管道横截面积为。管道壁厚d；物料气体质量数为M；；气体分子扩散系数a；气体密度；从泄漏开始到处理完成的时间；阿伏伽德罗常数；。

        （1）（2）

4.2.3.代值计算

（1）组管道泄漏计算

物料气体分子扩散系数为：

取泄漏开始到结束的时间为24h（一昼夜），计算结果如表1。物料泄漏量共计1.962kg。

表1  组管道泄漏计算表

（2）管道泄漏计算

取泄漏开始到结束时间为24h（一昼夜）。地震破坏造成小组管道产生物料泄漏量共计2.491kg。

4.2.4.结论

(1)物料外泄速度逐渐减弱。

(2)管道内物料泄漏质量在其他参数确定的情况下，漏点的截面大小决定漏量的大小。

(3)地震破坏造成组管道和小组管道共计泄漏物料4.453kg。

5. 物料泄漏导致公众和工作人员后果分析

事故条件下，14.88kg有害气体从房顶排气筒排入环境，HF浓度，300m处为1.57mg/m3，低于（GBZ2-2002）规定的最高容许浓度（2mg/m3），1500m处为72μg/m3，高于嗅阈值；2500m处为22μg/m3，接近（GB3095-1996）20μg/m3；3000m处为14μg/m3。

上述评价结论已经过审评，认为可以接受。

本次计算分析发生设计基准级别地震导致物料泄漏量为5.46kg物料，小于《企业安全技术改造工程环境影响报告书》评价时最大可信事故的泄漏量10.4kg，而且厂房与关键居民区的距离比安全区与关键居民区的距离远约100m，故该后果可以接受。

6. 分析结论

通过设计基准级别地震导致厂房破坏分析、厂房破坏导致系统破坏分析、计算得到系统破坏导致物料泄漏量为5.46kg，小于《企业安全技术改造工程环境影响报告书》评价时最大可信事故的泄漏量10.4kg物料，物料泄漏造成公众（环境）和工作人员的后果可以接受。

参考文献：

1.同位素分离，原子能出版社，肖啸庵，1999

2.扩散级联水力学，郭松涛，原子能出版社，2019

3.突发事件卫生应急培训教材•核和辐射突发事件处置，人民卫生出版社，2013

作者简介：王君平（1974-）男高级工程师，学士学位，研究方向为同位素分离