【摘 要】海上浮动核电平台是一种新型海上能源保障平台，采用海上更换核燃料的方式，实现对用户不间断能源供应。新燃料运输是海上浮动核电平台运行过程中重要的环节，是海上换料的流程之一。在国内外现有的新燃料运输方式的基础上，通过分析海上浮动核电平台新燃料运输的特点，将其新燃料运输分为三个阶段，并从运输实践、运输风险和运输成本等方面出发，分别对各个阶段的不同运输方式进行了对比，提出了合理的运输方式建议。
【关键词】浮动式核电站；新燃料运输；运输方式
中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 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
隨着人们对核能技术利用的不断发展，小型反应堆技术由于其建造方案灵活性、适用范围多样性及成本造价低廉性等诸多优势，逐渐成为各大国家的研究热点。海上浮动核电平台是一种新型海上能源保障平台，是小型反应堆与船舶工程的有机结合体。它可以给偏远地区、海岛、石油钻井平台等提供电力和热水等能源，且受地震和海啸的影响很小，对海洋资源开发具有重要意义。海上浮动核电平台搭载有两座反应堆，采用海上轮流更换核燃料的方式，从而可以实现不间断能源供应。
海上浮动核电平台的换料周期约为1.5年，换料流程通常包括：新燃料运输及接收，堆芯装卸料操作，乏燃料贮存及外运。经过近十年的海上运行后，海上浮动核电平台需要返回码头进行中修，并将贮存在乏燃料水池中的乏燃料外运。若将海上运行期间所需的新燃料组件全部提前贮存在海上浮动核电平台上，会造成前期投入成本过高、空间需求大等问题。因此，较合理的方式为每次换料前将一个周期所需的新燃料运至海上浮动核电平台内贮存，换料时再装入反应堆堆芯中。
新燃料运输是换料流程中必不可少的一环，具有作业工期长、作业环境复杂多变等特点。本文在国内外现有新燃料运输方式的基础上，结合海上浮动核电平台的特点，分析其可采用的新燃料运输方式。
1 新燃料运输基本情况分析
1.1 法律法规对新燃料运输的要求
为了保障放射性物质运输的安全性，国际原子能机构（IAEA）和我国均对放射性物质的运输做出了严格规定。未经辐照的新燃料不具有放射性，但它是易裂变物质，根据放射性物品分类原则，属于一类放射性物品，需要装在专门的新燃料运输容器中进行运输。根据《放射性物品运输安全管理条例》和《放射性物质安全运输规程》的要求，该类货包为A型易裂变物质货包，运输等级为Ⅱ级（黄），临界安全指数0。货包本身有极高的技术要求，设计时需要考虑运输中预计可能发生的各种事故条件（包括翻车跌落、火烧、与其它刚性贯穿件穿刺以及落入江河海等极端恶劣条件等），从而避免在运输过程中发生预计的事故时造成放射性泄漏和污染。
新燃料运输容器的严格设计要求降低了对交通运输工具的安全性要求，但尽管概率极低，严重的事故仍可能导致发生超设计基准事故，影响新燃料临界安全，造成不可接受的辐射后果。而一旦发生这类事故，社会影响较大，应急救援也相对困难。此外，为保证新燃料入堆后反应堆的运行安全，运输过程中也应确保新燃料结构的完好性，防止货包所受加速度超过阈值。因此，交通运输方式的安全性仍是需要重点关注的内容。
1.2 海上浮动核电平台新燃料运输过程划分
我国核燃料组件的运输已有二十多年历史，主要是通过铁路和公路将新燃料组件由内陆的燃料制造厂运往沿海的核电站。到2012年已达每年运输的新燃料组件上千组，年运输里程上万公里。与陆上核电站核燃料运输最大的区别在于，海上浮动核电平台位于海上，无法通过铁路和公路直接到达。
因此，对于海上浮动核电平台新燃料运输的过程，可将其分为三个主要阶段：第一阶段为新燃料组件由燃料制造厂运往转运码头，即陆上运输；第二阶段为新燃料组件由转运码头运至海上浮动核电平台，即海上运输；第三阶段为新燃料组件到达海上浮动核电平台后由接收点运至新燃料贮存间，即平台内部运输。陆上运输阶段可参考陆上核电站的成熟经验，而核燃料在海上运输虽然已有实例，但均为船舶由从出发港口运往目的港口，尚无运至浮动式平台的案例。与港口转运相比，海上转运无疑具有更大的难度。第三阶段由于不涉及公用道路或铁路运输，不属于《条例》和《规程》的监管范围，可参照核安全导则（HAD）和核动力厂设计安全规定（HAF）中的相关要求进行考虑。各阶段之间通过接收和转运衔接，不同的运输方式所采用的接收和转运方式也不相同。
2 运输方式的比较和选择
海上浮动核电平台新燃料运输时应采用满足国家规定的运输容器，一次换料所需的新燃料组件分装成多个货包运输，货包具备通过标准卡车、铁路、飞机和轮船堆垛和运输的能力。
新燃料的运输不光涉及放射性物质运输的安全性，还关系到海上浮动核电平台的经济效益。新燃料运输时路程远，货包数量多、尺寸大，且运输次数频繁，因此在比较不同的运输方式时，应综合考虑运输实践、运输风险和运输成本等方面的内容，确定合理的运输方式。
2.1 陆上运输
核燃料陆上运输可分为公路运输、铁路运输两种形式。新燃料货包通常装载在集装箱内实现批量运输，如国内CPR1000核电站所使用的装载AFA3G新燃料的货包4个一组，分上下两层叠放于一个集装箱内，货包与货包之间、货包与集装箱之间均使用减震木块隔离。集装箱可以与公路运输车辆或火车车厢底部固定，也便于各种运输方式的换装。
公路运输通常采用牵引车+挂车的形式。牵引车应具有较大的牵引功率和扭矩，良好的安全性能及爬坡能力，常见的重型牵引车有德国奔驰、沃尔沃、东风天龙等。大件运输中最常用的挂车为液压平板车，如尼古拉斯全液压平板车组和索埃勒液压平板挂车等，这类平板车具有全轮转向、可升降等特点，转弯半径小、承载能力强、运输平稳[1]。公路运输灵活性高，不需要反复装卸搬运，但它的不足之处在于不适宜大批量运输，且经济半径一般在200公里以内，因此主要是作为其他运输方式的衔接手段。从燃料制造厂至转运码头路程长达1100多公里，若全程采用公路运输，经济性较差，且耗时较长。
核燃料铁路运输时通常采用平车装运，专列直达。这种运输方式耗时短、运量大、运输成本低。此外，铁路运输匀速和平稳较有保障，且事故发生的概率低于公路运输。据统计，1955-1985年期间，我国核工业系统经公路和铁路运输共发生22起放射性物质运输事故，其中公路运输的单位货包装运事故率为3.78×10-6起/件，铁路运输的单位货包装运事故率则为1.46×10-6起/件[2]。除非是严重出轨事故，一般的火车事故很少会引发着火和对载货造成明显损坏。铁路的缺点在于较难实现“门对门”运输，若燃料制造厂或核电站无厂内专用铁轨，还需要通过汽车转运。而装卸次数越多，货损率也越高。
目前，铁路-公路联运已成为我国新燃料运输的主要方式，即先采用铁路运输方式将新燃料由制造厂的专线运至离核电站较近的中转换装站，再以公路运输到厂址。目前阳江核电站、田湾核电站都采用此种模式。该模式充分利用了铁路运输和公路运输的优点，两种运输方式互为补充，预计未来会有更多的核电站采用这种运输模式。
海上浮动核电平台的新燃料陆上运输需要结合实际路况进行选择。燃料制造厂设有铁路专用线，且至海上浮动核电平台专用码头有直达列车，建议优先采用铁路运输，以公路运输为补充，且应尽量减少中转次数。在具体运输路线选择时，还应考虑运输距离、道路通行能力、对沿途公众的影响、应急救援等方面，兼顾运输的安全性和经济性。
2.2 海上运输
海上浮动核电平台的系泊点靠近海岸线，可利用补给船将新燃料运至平台。此外，由于海上浮动核电平台设有直升机停机坪，也可将使用直升机空运新燃料列为初步考虑方案。
船舶运输是一种运量大、成本低的传统运输方式，也是运输危险货物的主要方式。根据SOLAS公约，运送第7类危险品——放射性物品的船舶应符合INF规则，不同类型INF船舶应满足不同的设计要求。国内外已有核燃料海上船舶运输的案例，主要是远洋跨界运输，如新燃料的进出口。1999年由欧洲运往日本的MOX新燃料运输船采用了按国际海事机构安全标准中“INF3级”最高水平设计的、不会发生沉没事故的船只[3]。该运输船采用了双层船壳结构，出现事故的概率极低，新燃料运输物沉没的概率更是非常之小。2015年2月10日，海南昌江核电站1号机组首炉125组燃料组件、126组相关组件从广东湛江港口出发，通过汽车滚装渡海的方式，历时90分钟跨过琼州海峡抵达海口港口，并顺利运抵昌江核电站燃料厂房，这是我国首次实现国内核燃料组件跨海运输。该汽车轮渡采用的永华轮是海南省唯一一条具有运输危险货物资质的船舶，可在蒲式风力7级及以下航行，最大航速14km，载货量807t。据有关分析，由于该船的速度较小且碰撞非刚性，即使是最严重的撞击事故，也不会对货包产生明显影响[4]。
近年来，海上直升机运输服务市场迅速发展，尤其是中型和重型直升机在海洋油气勘察领域获得越来越多的应用[5]。直升机的最大平飞速度可达400km/h，适合对时间要求高的货物运输。但与船舶运输相比，存在单次运量有限（中型和重型直升机的载重量在5t到20t之间）、受天氣影响大、运输费用高等缺点，且由于运输距离较短，直升机运输速度快的优点难以充分发挥。同时，由于目前对运输货包冲击的仿真计算及试验是按《规程》中规定的9m自由下落进行的，而直升机具有高空坠落的潜在风险，从而使货包受到远大于试验时所受的冲击，因此利用直升机运输新燃料货包很难证明其安全性，难以通过安全审查。目前我国航空运输放射性物品的运量和种类都较少，主要涉及放射源、放射性同位素和放射性药品的进出口，尚未有利用直升机运输核燃料的报道。
由于核燃料船舶运输的安全性、经济性及可借鉴性，新燃料海上运输应采用船舶运输。新燃料到达转运码头后，可利用码头起重机将装有货包的集装箱吊运至补给船，再由补给船运至海上浮动核电平台。转运码头需具备放射性物品的作业资格，补给船应符合INF船舶设计要求。集装箱吊运至补给船后，应与补给船进行可靠连接，避免航行时产生相对移动。尽量避开渔区和繁忙的航线，选择海况良好的时段进行新燃料的运输。
2.3 平台内接收
平台内接收是海上浮动核电平台新燃料运输的最后一环，它包括新燃料运输容器从补给船往平台转运、新燃料运输容器在平台内部运输、开箱取出新燃料组件、新燃料外观检查、放入贮存格架贮存等一系列操作。由于平台结构的特殊性和海上环境的复杂性，与陆上核电站新燃料接收相比，海上浮动核电平台新燃料接收存在较大差异。
陆上核电站的新燃料运输容器到达核电站后，由汽车直接运至燃料收发间，然后利用厂内的辅助吊车将运输容器吊至新燃料接收间并开盖，将新燃料组件取出并吊至检查间，检查合格后吊至贮存间贮存。新燃料在各个功能间的移动都是通过辅助吊车完成的。
新燃料贮存间位于海上浮动核电平台的指挥甲板层，具体位置如图1所示。由于平台内部空间有限，新燃料贮存间布置紧凑，新燃料运输容器开箱、新燃料组件外观检查和新燃料组件的贮存都在该贮存间进行。结合HAD、HAF中对新燃料装卸与贮存的相关要求以及海洋环境特点，在制定海上浮动核电平台新燃料内部运输方式时需考虑以下几点：
（1）运输路程尽量布置得简短；
（2）运输流程尽可能简便；
（3）运输时需采取有效措施以减小海上摇摆环境的影响。
采用船舶进行海上运输时，当补给船与海上浮动核电平台接驳后，首先需要将新燃料运输容器运至海上浮动核电平台。参考船与船在海上进行货物转运的方式，可利用位于平台顶棚甲板的吊机进行吊运。按照水路危险货物运输规则，可在补给船与平台之间设置安全网，防止吊运时发生货包坠落事故。将货包从补给船的集装箱内起吊至平台，然后通过顶棚甲板上的吊装口放置在指挥甲板上。吊装口正对应急通道上方，沿应急通道直线运输时无需穿过其他舱室，是一条最简短的路线，同时也便于布置运输装置，降低操作人员的劳动强度。可在应急通道内设置轨道平板车作为运输装置，轨道设置在应急通道的地面或侧面，从吊装口下方延伸到新燃料贮存间。平板车应具有紧急制动功能，当平台发生较大摇摆时，平板车能可靠地停在轨道上不产生移动，保证新燃料运输容器的稳定。新燃料运输容器运至新燃料贮存间后，可利用贮存间的小吊车进行开箱操作，将新燃料组件吊至检查台检查合格后吊入贮存格架。
3 结语
随着海上浮动核电平台的建设和发展，其新燃料运输必将成为常态。海上浮动核电平台新燃料运输所涉及的路程远、路况多样、交通工具多，选择合理的运输方式可以有效提高新燃料的运输安全和经济性，对海上浮动核电平台的运行具有重要意义。同时，海上浮动核电平台新燃料运输也将进一步促进我国核燃料运输体系的建设，加快相关政策法规和技术标准的完善。
【参考文献】
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