核電廠場外應急洗消站選址方法與建設規(guī)范研究

于家歡，王海峰，張曉峰

（蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004）

截至2021年6月底，我國在運核電機組51臺，總裝機容量5327萬千瓦［1］。隨著我國核電產業(yè)的發(fā)展，各級核應急組織開展了大量的應急準備和應急響應的研究工作。洗消站作為核電廠場外應急的重要設施，可以在嚴重事故下保障人員的生命安全，為撤離人員、車輛和設備進行洗消去污，起到防止放射性物質擴散的作用。

目前，核事故應急洗消站建設受到業(yè)內高度關注，但行業(yè)內尚未形成統(tǒng)一的建設規(guī)范。本文闡述了核電廠場外應急洗消站的選址評價方法、洗消站設計準則、大規(guī)模洗消去污流程和方法的研究，為核電廠場外應急洗消站的建設提供指南。

1 選址評價方法

1.1 評價原則

洗消站位置應設置在內部封鎖區(qū)邊界上風處，并配有相應的醫(yī)療響應機構和放射性評估機構，如圖1所示。

圖1 核事故應急洗消站建設位置示意圖［2］Fig.1 Diagram of decontamination station location

洗消站應具備為受到放射性污染的人員、車輛和設備洗消去污的功能，達到防止放射性污染擴散的目的，因此洗消站（或機動洗消點）應作為內部封鎖區(qū)與外部封鎖區(qū)單向通道的入口。洗消站的選址應從氣象條件、場地大小、交通、距離、水源、能源等方面進行評價，見表1。

表1 洗消站選址評價標準Table 1 Criteria for decontamination station site selection

1.2 備選點位

為了進一步闡述核事故場外應急洗消站選址評價方法，以秦山核電基地場外核應急洗消站選址為例?？紤]到交通、后續(xù)撤離轉運、人員撤離安置等要求，擬選高速公路出入口及高速公路服務區(qū)作為洗消站的備選點。如圖2所示，初步選取五處點位作為秦山核電基地場外應急洗消站的備選點位，如下：（1）北岸服務區(qū)；（2）海鹽互通收費站；（3）南北湖互通收費站；（4）袁花收費站；（5）嘉紹大橋服務區(qū)。

圖2 秦山場外核應急洗消站備選位置示意Fig.2 Alternative decontamination station of Qinshan NPP

1.3 分析與評價

1.3.1 氣象條件

核電廠發(fā)生嚴重事故時，放射性物質可能隨風擴散進而形成放射性煙羽。廠址周邊的氣象條件，尤其是風向、風速、降雨、穩(wěn)定度等是影響周邊環(huán)境放射性煙羽濃度和劑量的主要因素。因此本節(jié)通過預期劑量對備選點位的氣象條件進行評價。

夏家灣氣象站位于秦山核電基地中部，其提供的數(shù)據(jù)對基地附近的氣象條件的代表性最好。夏家灣氣象站2014—2015年的數(shù)據(jù)表明，秦山核電基地2014—2015年近地面平均風速為2.46 m/s，最多風向為ENE（12.19%），次多風向為E（12.06%），靜風（<0.5 m/s）的頻率為9.84%，詳見表2。

表2 2014—2015年夏家灣氣象站年風向頻率［3］Table 2 Wind direction frequency of Xiajiawan station

應用核事故后果評價標準化系統(tǒng)（Group Nuclear Accident Consequence Assessment Sys?tem，簡稱：GNACAS）對各備選點位的預期劑量進行評價。評價公式如下：

評價時以某備選點位有效劑量（D）的數(shù)學期望作為評價該備選點位隱蔽性優(yōu)劣的指標，式中，F(xiàn)i為i方位風頻（%），采用表2中的數(shù)據(jù)作為i方位風向出現(xiàn)的概率；Di為i方位風向下該備選點位的劑量，單位為mSv；風速采用2014-2015年平均風速即2.46 m/s；大氣穩(wěn)定度設置為中性，降水強度設置為0 mm/h。假設核電廠安全殼熔穿，排熱系統(tǒng)工作，源項如表3所示，釋放時段為36000 s。

表3 核電廠嚴重事故源項數(shù)據(jù)Table 3 Source term of severe accidents

計算結果如圖3所示，其中TED（2 d）為2天預期有效劑量，TED（7 d）為7天預期有效劑量，THD為預期甲狀腺劑量。從圖中可以看出，1號備選點位預期劑量的期望值最低，這意味著如果洗消站設置在該點位，那么人員在撤離和洗消過程中受到的放射性劑量最低。事實上，該點位全年處于核電廠上風方位的概率最大，洗消后二次沾污的概率最低，更便于開展洗消、安置、醫(yī)療救援等活動。因此從預期劑量的角度來看，1號點位的氣象條件最佳，2號、3號、5號次之，4號最差。

圖3 備選點位預期劑量期望值Fig.3 Expected dose expectation of alternative sites

1.3.2 場地大小

北岸服務區(qū)呈雙側分離式，單側占地面積約45000 m2，建筑占地面積約600 m2；海鹽互通收費站北側為高速公路管理公司辦公場地，占地面積約3000 m2，有兩棟辦公樓，建筑占地面積約400 m2；南北湖互通收費站北側為高速公路管理公司辦公場地，占地面積約4000 m2，有兩棟辦公樓，建筑占地面積約400 m2；袁花收費站東側為高速公路管理公司辦公場地，占地面積約1500 m2，建筑占地面積約400 m2；嘉紹大橋服務區(qū)呈雙側分離式，單側占地面積約25000 m2，建筑占地面積為約1000m2，見表4。

表4 洗消站備選點位占地面積與建筑占地面積Table 4 Floor area and building area of alternative sites

參考錦屏核應急洗消中心，其依托連徐高速公路錦屏山服務區(qū)升級改造建設，單側占地面積約30000 m2，建筑占地面積約2000 m2，每小時可滿足400人、20輛大型車輛的去污洗消任務，保障3000人的應急洗消和安置。因此，為了滿足核電廠嚴重事故下的應急洗消去污任務，洗消站備選點位應具備足夠大的面積，便于洗消設備、洗消車輛的部署及撤離人員的疏散和中轉。因此，在5個備選點位中，1號與5號備選點位的場地條件最好，2號與3號次之，4號最差。

1.3.3 交通條件

核電廠發(fā)生嚴重事故可能導致數(shù)萬人的緊急撤離，上述5個備選點位均位于高速公路收費站或服務區(qū)，便于人員和車輛洗消結束后的中轉和撤離。因此，以上5個備選點位的交通條件均滿足要求。

1.3.4 位置距離

洗消站作為核事故應急設施，應設置在核電廠煙羽應急計劃區(qū)之外，但也不宜過遠。秦山基地的煙羽應急計劃區(qū)是以秦山第二核電廠反應堆為圓心，內區(qū)半徑為5 km，外區(qū)半徑為7 km的圓形區(qū)域［4］。秦山核電公司段緒毅在其文章《秦山核電基地應急計劃區(qū)劃分的技術基礎研究》中考慮了秦山核電基地多堆（9臺）共同運營的情況，建議將煙羽應急計劃區(qū)的外區(qū)范圍擴大為7-10 km，內區(qū)范圍擴大為5-7 km［5］。

對于煙羽應急計劃區(qū)內區(qū)，制訂有應急撤離計劃，而外區(qū)一般不考慮撤離行動。因此，為了保證應急狀態(tài)下人員和車輛的有序撤離，秦山核電基地場外應急洗消站理論上需設置在廠址7 km外，為了避免洗消站距離事故核電廠過近導致被污染的情況，保守考慮洗消站應設置在煙羽應急計劃區(qū)（10 km）之外。同時，為了保障人員和車輛在撤離時盡快洗消去污，洗消站也不宜過遠。圖4給出了5個備選點位與秦山核電基地的距離?？梢钥闯?，三個備選點位均在煙羽應急計劃區(qū)之外，其中備選點位1距離秦山基地約20 km，備選點位2距離秦山基地約17 km，備選點位3距離秦山基地約12.5 km，備選點位4距離秦山基地約17 km，備選點位5距離秦山基地約19 km。因此，就距離來看，上述5個備選點位均滿足要求。

圖4 秦山場外核應急洗消站備選位置示意圖Fig.4 Distance of alternative sites

1.3.5 水源條件

上述5個備選點位均位于高速公路收費站或服務區(qū)，基礎設施完善，具備自來水、消防管道等水源。此外，由于交通便利，使用消防車或儲水車支援洗消用水也較為便利。因此，上述備選點位均滿足水源條件的要求。

1.3.6 能源條件

上述備選點位均有基礎配電線路。應急電源一般是采用柴油發(fā)電機組或整流逆變裝置電源，由于1號與5號備選點位配有加油站，柴汽油供應更為便利，可以滿足洗消車輛、洗消設備、撤離車輛、應急發(fā)電機的燃油供應。因此從能源條件角度考慮，1號與5號備選點位優(yōu)于其他備選點位。

1.3.7 分析評價

綜上所述，上述5個備選點位在交通、距離、水源方面均滿足要求，無優(yōu)劣之分；在氣象條件、場地大小、能源方面互有優(yōu)劣，見表5。其中，北岸服務區(qū)各方面均為最佳，是5個備選點位中最適合建設秦山核電廠場外應急洗消站的位置；海鹽收費站與南北湖收費站各方面均為中等，綜合條件次之；袁花收費站場地過小，不利于洗消設施、車輛的部署，不利于人員、車輛的中轉和疏散；嘉紹大橋服務區(qū)的氣象條件差，處于秦山核電基地下風方位的概率較高，嚴重事故發(fā)生時容易被放射性煙羽污染，容易造成撤離人員洗消后的二次沾污，與其他點位相比不適合建設洗消站。

表5 備選點位各項指標對比Table 5 Comparison of Alternative sites

2 洗消站設計準則

2.1 洗消對象

洗消站的服務對象為在核電廠煙羽應急計劃區(qū)內受放射性煙羽影響的人員，包括以下3類：

1.核事故應急救災人員；

2.核電廠撤離的工作人員；

3.核電廠周圍的居民。

2.2 區(qū)域劃分

洗消站應根據(jù)風向劃分為3個區(qū)域。清潔區(qū)位于上風方向，同時也是洗消站的出口。沾染區(qū)位于下風方向，是撤離人員到達的位置，是洗消站的入口。過渡區(qū)位于兩個區(qū)域的中間，是開展洗消去污工作的區(qū)域［6］。撤離人員從到達到離開洗消站需要依次經過三個區(qū)域，并進行輻射劑量監(jiān)測、洗消去污、醫(yī)療救治等。參考孫宇等的研究成果［7］，洗消站區(qū)域劃分示意圖如圖5所示。

圖5 洗消站區(qū)域劃分示意圖Fig.5 Regional division of decontamination station

2.3 設施布置

洗消站沾染區(qū)、過渡區(qū)、清潔區(qū)的洗消、監(jiān)測設施的布置如圖6所示。

圖6 洗消站各區(qū)域設施布置示意圖Fig.6 Layout of facilities in a decontamination station

2.3.1 沾染區(qū)

沾染區(qū)是撤離人員和車輛到達的區(qū)域，位于下風方位。該區(qū)域需劃分人員與車輛的通道，以保障應急情況下人員和車輛的秩序；需設置放射性監(jiān)測區(qū)，進行撤離人員洗消前的篩選工作；需設置污染物暫存區(qū)，以收集被放射性物質沾污的廢棄物。

2.3.2 過渡區(qū)

過渡區(qū)是洗消去污開展的主要區(qū)域，分為人員洗消區(qū)和車輛洗消區(qū)。人員洗消主要使用淋浴車進行，也可以由消防車臨時組成的大規(guī)模洗消通道進行。人員洗消區(qū)需要保留足夠的建筑或布置帳篷作為人員洗消和監(jiān)測后觀察區(qū)，同時滿足人員洗消后的保暖需求。車輛洗消區(qū)需布置洗消車和停車區(qū)，需規(guī)劃車輛的進出路線和通道。此外，過渡區(qū)還需要建設污水收集地溝，將收集的污水集中處置。

2.3.3 清潔區(qū)

清潔區(qū)是人員和車輛洗消去污完成后進入的區(qū)域，位于上風方位。該區(qū)域主要設置醫(yī)療點和人員安置點，需要注意該區(qū)域對放射性的隔離。

2.4 污水收集

核事故應急洗消站產生的污水可能含有放射性，不能直接向環(huán)境排放，應急條件下難以處理，苑英海等人的研究認為目前比較可行的辦法是收集暫存后集中處置［8］。根據(jù)《人民防空地下室設計規(guī)范》（GB 50038-2005），人員洗消用水量為40L/人次，沖洗用水建議為5-10 L/m2沖洗一次［9］。

表6給出了洗消站污水產生量對照表，對于不同情況，分別計算每日用水量，其中沖洗用水量取上限值10 L/m2，表面包括車輛、設備、地面等。假設每天需洗消的人員數(shù)分別為3000、5000、10000、20000、24000，并對應不同情況下需要洗消的設備、車輛、地面的面積，計算出洗消站每日的用水量，對不同規(guī)模洗消站的建設提供參考。

表6 洗消能力與產生污水量Table 6 Decontamination capacity and sewage volume

3 洗消去污流程和方法

3.1 洗消去污流程

洗消站開啟前相應人員應按照事故等級預判洗消規(guī)模，根據(jù)現(xiàn)場風向進行部署，分別建立污染物區(qū)、過渡區(qū)、清潔區(qū)。大規(guī)模洗消去污流程如下（序號對應圖7標號）。

圖7 大規(guī)模洗消去污流程Fig.7 Mass casualty decontamination process

1.撤離人員到達洗消站；

2.響應人員對撤離人員進行放射性監(jiān)測，對沾污人員進行洗消去污；

3.將沒有受到污染的人員送至觀察區(qū)安置；

4.洗消結束后，再次進行放射性監(jiān)測，監(jiān)測合格的人員送至觀察區(qū)安置；

5.對于放射性依然超標的人員需再次進行洗消；

6.洗消去污完成，撤離人員從觀察區(qū)離開洗消站。

3.2 洗消去污方法

人員洗消可分為室內洗消和室外洗消。室內洗消可參考錦屏洗消中心的室內淋浴裝置，如圖8所示。其優(yōu)點是無需臨時部署，可隨時投入使用，并且滿足保暖需求，缺點是建設和維護成本較高，同時對多人進行洗消去污時容易造成人員交叉污染，容易將放射性滯留在室內，不易清除。

圖8 錦屏核應急洗消中心Fig.8 Jinping nuclear emergency decontamination center

室外洗消主要是通過大型洗消車、洗消設備、消防車或洗消帳篷等對受污人員進行洗消去污。通過3輛以上消防車可組成通道洗消系統(tǒng)（Ladder-Pipe Decontamination System，簡稱：LDS），將消防車對向平行以間距20英尺（6米）停放，將噴頭如圖9擺放，形成環(huán)繞噴淋空間，水壓設置為345-414 kPa。撤離人員脫下衣服后，人員在通道中短暫停留30秒至3分鐘，通過時要注意保留足夠的間距，以避免二次污染，同時保持頭部向后，手臂和腿伸展，露出腋窩和腹股溝，注意防止水流入進入眼睛、鼻子或嘴巴。該方法操作簡單、成本較低，可實現(xiàn)在室外大規(guī)模人員洗消去污。

圖9 通道洗消系統(tǒng)（LDS）Fig.9 Ladder-Pipe Decontamination System

4 結論

本文首先闡述了核事故應急洗消站的選址方法，通過氣象、場地、交通、距離、水源和能源六個方面對洗消站的備選點位進行了分析，得出1號北岸服務區(qū)與2號海鹽收費站兩個適合建設洗消站的備選點位。其次，本文從洗消對象、洗消站區(qū)域劃分、洗消監(jiān)測設施布置和洗消污水收集四個方面闡述了洗消站的設計準則。最后，本文闡述了大規(guī)模洗消去污的流程，結合我國洗消站的建設情況提出了兩種大規(guī)模洗消去污方法。