[发明专利]后处理厂高放废液贮槽氢气爆炸事故释放源项估算方法

说明书

本发明涉及一种后处理厂高放废液贮槽氢气爆炸事故释放源项估算方法，所述方法包括如下步骤：根据氢气浓度监测值判断是否可能发生爆炸；若可能发生爆炸，则计算爆炸冲击波超压；根据冲击波超压判断贮槽完整性；若贮槽被破坏，则计算蒸发的高放废液质量，以及释放至设备室和环境的各核素的活度。利用本发明提供的估算方法，能够快速获取后处理厂高放废液贮槽氢气爆炸事故的释放源项，为应急响应和后果评价提供基础的输入条件。

技术领域

本发明属于后处理厂应急工况释放源项研究技术领域，具体涉及一种后处理厂高放废液贮槽氢气爆炸事故释放源项估算方法。

背景技术

高放废液指放射性核素的含量或浓度高，释热量大，操作和运输过程中需要特殊屏蔽的液态放射性废物。高放废液多数以碱性废液为主，大部分未经过蒸发浓缩，放射性浓度偏低，废液贮槽包括：碳钢衬里的混凝土槽、碳钢槽和不锈钢贮槽，在高放废液贮存过程中，大量的裂变核素在发生衰变的过程中，会自发的释放能量，释放的能量会使得高放废液的温度升高，从而使得贮存的高放废液蒸发，蒸发的高放废液会腐蚀贮存高放废液的废物桶，从而对高放废液的安全贮存产生直接危害。同时，高放废液在贮存过程中会产生可燃性气体氢气，若高放废液贮槽中的氢气未能及时排出或稀释，当混合气体中氢气浓度达到爆炸极限，遇明火有爆炸的可能。印度学者的研究认为，当氢气体积百分比为4％-74％可能发生燃烧，体积百分比达到13％以上可能发生爆炸。

高放废液的工艺控制在其贮存过程中至关重要，对高放废液贮存中的参数控制影响废液的安全性，并对监测参数进行在线检测，确保废液运行参数的真实性，根据运行的工艺参数分析高放废液贮存状况。高放废液控制主要工艺参数包括液温、负压、氢浓度、液位等。

氢气爆炸理论已较为成熟，针对此类化学爆炸可使用蒸汽云爆炸模型。蒸汽云爆炸是由于气体或易于挥发的液体燃料的大量快速泄漏，与周围空气混合行程覆盖很大的范围的“预混云”，在某一有限空间遇点火而导致的爆炸。气云点燃后的燃烧模式最可能是爆燃，而不是爆轰。爆燃是沿着波的前锋在压力和密度上都减小的膨胀波，属于亚声速的范围。可燃气云和空气的预混物在低能量点火下就会发生爆燃。蒸汽云爆炸造成伤害的主要因素是冲击波，冲击波伤害、破坏作用评定准则有超压准则、冲量准则和超压-冲量准则。

历史上未发生过高放废液贮槽氢气爆炸事故。1957年，苏联高放废物罐冷却系统失效引起化学爆炸，依据国际核事件分级表，这一事件被定为重大核事故6级。Kyshtym的高放废液储存在混凝土水冷贮槽中，按其产生的集体剂量来看，是世界第二大核事故。储存罐内储存了1EBq的放射性物质，其化学状态是硝酸盐与醋酸盐混合物。由于监测设备的腐蚀和缺陷，导致冷却系统失灵，温度升高，水被蒸发，沉淀物蒸干，温度达到330～350℃，引起爆炸，爆炸当量相当于70～100t TNT。污染面积约为15000～23000km²。目前未见公开文献报道专用于贮槽氢气爆炸事故的释放源项分析软件及方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种后处理厂高放废液贮槽氢气爆炸事故释放源项估算方法，以快速获取后处理厂高放废液贮槽氢气爆炸事故的释放源项，为应急决策提供支持。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种后处理厂高放废液贮槽氢气爆炸事故释放源项估算方法，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)，根据氢气浓度监测值判断是否可能发生爆炸；

步骤(2)，若可能发生爆炸，则计算爆炸冲击波超压，若不可能发生爆炸，则结束计算；

步骤(3)，根据冲击波超压判断贮槽完整性：若高放废液贮槽壁面承受的冲击波超压大于其设计压力，则认为贮槽破裂，否则认为贮槽完整，则结束计算；

步骤(4)，若贮槽被破坏，则计算爆炸后瞬间蒸发的高放废液质量，以及后续蒸发的高放废液质量，根据爆炸后瞬间蒸发的高放废液质量以及后续蒸发的高放废液质量，计算爆炸后瞬间释放至设备室的各核素的活度，以及后续释放至设备室的各核素的活度；