海上浮動核電站應急撤離分析

陳艷霞 朱成華 郭 翔 郭 健 高 鑫 張曉西

(武漢第二船舶設計研究所， 武漢， 430064)

核電廠發生嚴重事故引發大規模放射性釋放時，要求及時對電廠非應急人員及周邊公眾采取應急撤離[1]。核事故應急撤離與一般應急疏散不同，它是有計劃、有閥值、有預警、有組織的應急疏散，其目的在于快速有效地將可能受到放射性影響的人員轉移至安全地區，是核應急響應的重要組成部分，也是保護公眾與工作人員的重要手段[2]。

應急撤離有其自身的特點，它受到事故工況及事故后期可能的發展情況、應急計劃區劃分、核電廠周邊撤離人口需求、撤離場景、交通通行能力、天氣條件等影響[3]。

海上浮動核電站作為我國首個民用海上核電項目，相比常規陸上核電站主要具有以下特點：采用小型反應堆堆芯，因功率小，堆芯放射性物質總量少，衰變熱低，便于采用非能動系統、熔融物堆內滯留等安全技術，安全性相對較高；作業廠址位于海上油田群附近，特殊的海上外部環境使外部事件的選取、應急預案、安全保衛、輻射防護等方面的要求與陸上核電站不同；具有可遷移性，可根據熱帶氣旋等部分外部事件的探測預警提前轉移躲避[4]。

目前我國對于陸上核電站的核應急響應有一套完整的法律法規體系，但海上浮動核電站并無完全適用的規范與標準。海上浮動核電站有不同于陸上核電站的特點，與海洋平臺的運行更為相似，但其應急撤離的要求應高于海洋平臺。

1 海上浮動核電站運行特點

1.1 運行場址特點

海上浮動核電站屬于孤島運行，長期駐泊于運行場址通過單點系泊系統向周圍的海洋石油平臺供應電能與淡水。海上浮動核電站運行場址位于渤海綏中361油田。渤海是我國最大的近封閉型內海，海域地圖如圖1所示。渤海通過東面的渤海海峽與黃海相溝通，其北、西、南三面均被陸地所包圍，大致呈三角形，凸出的三個角分別對應于遼東灣、渤海灣和萊州灣。北面的遼東灣，位于長興島與秦皇島連線以北。西邊的渤海灣和南邊的萊州灣，則由黃河三角洲分隔開來。

遼東灣大部分海域為禁航區，綏中36-1油田平臺廠址地處渤海遼東灣中部海域，依據中華人民共和國海上安全監督局發布的航海通告，遼東灣禁航區的地理坐標為：

圖1 渤海海域形狀圖

通過高德地圖的API接口，將以上坐標連接如圖2所示，平臺及管線均處于禁航區內。圖中，SZ36-1 WHPM平臺和WHPN平臺(坐標同中心平臺CEPN )坐標較為靠近，可由中心平臺表示。根據國家的有關法規要求，往返于渤海內各港的商船，一般情況下，均須繞開禁航區航行，僅有極少量的科學、工程和軍事船舶為完成特定任務在區內航行、作業。這一情況客觀上有利于海洋核動力平臺有效避免潛在的漁業糾紛問題。在禁航區內航行或設置構筑物均需事先征得主管部門許可，對平臺設施基本構不成危害。因此，選址階段可暫不考慮航行船舶、航道以及漁業生產對平臺作業場址的影響，僅需考慮平臺上人員的撤離。

圖2 遼東灣海域禁航區示意圖

1.2 應急狀態分級

陸上核電站采用應急待命、廠房應急、場區應急4級響應[5]。而海上浮動核電站依據事故特征、性質及可能產生的后果，將應急狀態分為應急待命、艙室應急、平臺應急3級。

(1) 應急待命。出現可能導致危及機組核安全的特定情況或者外部事件，有關人員進入戒備狀態。

應急待命的特征是一些事件正在進行或已經發生，機組的安全水平可能下降，但還有時間采取預防措施以防止向更高級別的應急狀態演變。

其應急響應行動包括：應急組織進入有準備的狀態，適當地啟動部分響應；需要分析和確定導致應急待命的條件，采取緩解措施，減輕潛在的威脅；根據需要在浮動核電站附近實施監測；需要時向主控制室或操縱員提供技術支持；向場外通告。

(2) 艙室應急(對應核電廠“廠房應急”)。事故后果僅限于局部艙室和部分區域，按照場內核事故應急預案的要求采取核事故應急響應行動，通知場外有關核事故應急響應組織。

艙室應急的特征是一些事件正在進展或已經發生，機組的安全水平實際上或可能發生大的下降。其響應行動應包括：實施場內應急預案，啟動部分響應；采取措施使機組恢復安全狀態，緩解應急狀態，對主控制室或操縱員提供技術支持；將無關人員先行撤離，并安置于安全區域；對應急響應人員提供防護；對工作人員的污染情況進行監測，確保受污染的人員或物項不會未經檢測就離開平臺；在平臺附近實施監測，以確認場外無需防護行動；同時按規定向場外報告事故(或事件)的情況。

(3) 平臺應急。事故后果蔓延至整個平臺，平臺內的人員采取核事故應急響應行動，通知遼寧省核事故應急協調委員會，某些場外核事故應急響應組織可能采取核事故應急響應行動。確定平臺應急的目的是保證及時派出環境監測人員進行環境監測；保證場外應急組織及時啟動；保證及時與場外應急組織協調應急行動；通過場外應急組織向公眾提供信息。

平臺應急時的響應行動應包括：實施場內應急預案，采取措施使機組恢復安全狀態，采取行動緩解應急狀態，包括請求場外援助；對主控制室提供技術支持；撤離非應急人員，并安置于安全區域；根據危險情況為應急人員提供防護；按規定向場外報告事故(或事件)情況，在場外實施監測。

1.3 應急特點

1.3.1應急計劃區劃分

考慮到海上浮動核電站的應急源項小，安全性相對較高，即使保守考慮較嚴重的事故發生其事故影響范圍也將控制在較小范圍，因此，運行廠址應急計劃區半徑500 m。運行廠址半徑500 m內均為禁航和禁漁區的海域，不涉及公眾。

1.3.2場外響應行動

由于其影響范圍小不涉及場外公眾，也就不涉及場外公眾的防護行動，其場外可能的應急行動也較為簡單。此外，在總裝廠建造期間涉核作業時間較短，總裝建造期間遭遇地震、熱帶氣旋等外部事件導致核安全事故的概率或危險性要遠小于常規陸上核電站；運行廠址位于海上油田群附近，周邊無公眾，預計遭遇臺風海嘯等復雜自然條件下可提前規避。由此，考慮到運行于海上的特點，場外可能實施的應急行動較為簡單，只需充分關注海上安保和海域交通控制和封鎖、海域的放射性監測。

2 分級撤離及撤離設施

2.1 分級撤離

人員撤離應結合應急的要求，在放射性物質釋放前應考慮采取嚴重事故管理和搶修的人員需求，在放射性物質釋放導致不可居留時應及時撤離相關工作人員。分級分批撤離有利于人員按序后撤，考慮如下：

(1) 第1批：進入或預計將進入平臺應急時，非應急崗位人員撤離平臺，撤離工具為救生艇。

(2) 第2批：應急搶修結束或中止，事故未終止或未有終止跡象，平臺放射性水平監測結果超過撤離的操作干預水平，應急搶修人員撤離平臺，剩余留守崗位人員(12 人)，撤離工具為直升機；期間可通過直升機運輸應急輪班人員和搶修工具；應急搶修人員均應采取輻射劑量控制措施。

(3) 第3批：主控室后撤以后，除最后留守崗位人員(7 人)外的人員撤離，運輸工具為直升機。

(4) 第4批：最后留守崗位人員撤離，運輸工具為直升機。

2.2 主豎區的劃分

海上浮動核電站分為5個主豎區，分別為：生活區、應急電源區、反應堆艙區、主機區、輸配電區，其主要參數列于表1。

表1 各主豎區主要參數

2.3 救生設施

海上浮動核電站救生設施的主要功能是在本船遇險時，船員和臨時維修人員能安全迅速撤離船舶并在水上維持生命，同時救援周邊海域及本船的落水遇險人員。

根據《國際海上人命安全公約》[7]要求，海上浮動核電站應提供救生通道，使平臺上人員能安全迅速撤向救生艇和救生筏登乘甲板。

考慮艙內應急逃生的需求，在人員密集活動場所設置兩個遠離的逃生通道，使人員可以安全迅速撤向救生艇和救生筏登乘甲板。逃生通道附近設置有警示標志、安全遮擋等設施。海上浮動核電站的逃生路線示意如圖3所示。

3 非應急人員撤離時間估算

3.1 海上浮動核電站應急撤離時間估算

撤離時間是評價應急撤離效果的最主要指標，海上浮動核電站應急撤離總時間包含：通知時間；覺察期；離開工作區域時間；回到居住區時間；工作人員撤離到集合點時間；登艇時間；救生艇離開應急煙羽區時間；到達安置點時間。撤離總時間不是各部分時間的簡單加和，而是各部分時間的疊加[8]。

對于核事故疏散情景耗時計算，分成兩部分計算：一部分是到達集合站并登艇的時間TGT，這一部分的時間計算過程比較復雜，一般采用水力網絡系統的模擬計算方法；另一部分救生艇到達安置點的時間TT。

圖3 艙室內應急逃生路線示意圖

3.1.1登艇時間估算

對于第一部分時間TGT估算基于以下撤離分析假定[2]：

依據《新客船和現有客船撤離分析暫行指南》[10]計算的總的撤離時間公式為(如圖4)：

圖4 國際海事組織規定的撤離時間計算示意圖[6]

(1)

其中，TA為覺察期，表示從緊急情況警報開始至工作人員朝集合站移動時間，設定為TA=10 min (夜晚)，TA=5 min (白天)；TE+TL為登乘救生設備與下水所需時間，設定為30 min。

由于覺察期TA、登乘時間TE和下水時間TL相對比較確定，因此關鍵要計算移動時間T移動。T移動主要取決于人流量、速度以及各通道的長度與分布人數等因素。

3.1.2離開時間估算

對于第二部分時間TT估算只需救生艇離開煙羽應急計劃區以及下風向外區內的煙羽扇區和相鄰兩側扇區即可。假定救生艇從上風向區離開煙羽扇區，救生艇航速為6 節，水流速度為2 m/s，得TT≈10 min。

3.2 撤離場景

撤離場景是指在假定事件下，預先制定的一系列事件組。設置撤離場景目的不僅在于從正常條件下確定條件，還可以非正常條件結合疊加。確定撤離場景后，可計算撤離區域內每個扇區的應急撤離時間。

當需要進行核事故應急撤離時，人員的初始分布情況可能會因處在不同時間而不同，因此充分考慮夜間和日間不同情景，根據海上浮動核電站的運行特點，兩種基本撤離情況的人員分布假定如下：

定員的2/3人員位于生活區居住艙室內，定員的1/3人員位于工作區域；

定員1/3人員位于生活區居住艙室內，定員的1/3人員位于公共處所，定員的1/3人員位于工作區域。

次級撤離狀況：

在確認的主豎區內只有50%先前使用的樓梯容量可用于分析；

在與確認的主豎區相鄰的一個主豎區內50%的人員被迫轉移至該區域并通過該區域至集合站。

3.3 脫險通道布置與撤離水力網絡圖[2]

在繪制水力網絡圖的過程中，將脫險通道模擬為水力網絡，走廊和樓梯模擬為管道，門模擬為閥，公共處所模擬為液艙，并指出流動方向(包括分流和集合方向)，最終到達集合站的位置。

海上浮動核電站在FR49～92兩舷(集合站3、4)、FR190～220兩舷分別設有2個集合站(集合站1、2 )，主豎區1與2撤離至集合站3、4，主豎區3、4、5撤離至集合站1、2。由于篇幅所限本文僅列出夜間基本撤離水力網絡系統圖(見圖5)。

根據FSS規則[9]，假定全船151人初始分布如表2所列。

根據暫行指南[6]，假定艙內的所有人員同時進入走廊；對于公共處所，假定所有人員同時開始在出口門撤離。

通過對白天與夜晚情況下的基本撤離與次級撤離人員移動時間進行計算，浮動核電站的最大移動時間為：

T移動=(γ+δ)?TI

(2)

式中，γ為安全系數，取2；δ為逆流系數，取0.3；TI為理想條件下的最高移動時間，s。

TI=T流動+T甲板+T樓梯+T集合

其中，T流動為N個人通過出口系統的一點所需要的總時間，s；T甲板為從甲板脫險通道的最遠點至樓梯的移動時間，s；T樓梯為從脫險通道至集合站的通過樓梯的時間，s；T集合為從樓梯末端至指定的集合站入口的移動時間，s。

T移動=2.3?tI=460 s，最大為夜晚撤離時間。由式(1)得TGT=42 min，總的撤離時間T總=TGT+TT=52 min。總的撤離時間滿足客船對于3個以上主豎區小于80 min的要求，也滿足海上浮動核電站應急撤離的時間要求。

4 結語

本文根據核電站核事故應急撤離要求，結合海上浮動核電站的運行特點，根據《國際消防安全系統規則》以及《新客船和現有客船簡化撤離分析暫行指南》對海上浮動核電站進行了非應急人員初始情況假設以及撤離情況分析，并對撤離時間進行了計算與分析。海上浮動核電站的非應急人員撤離不僅滿足客船人員撤離的要求，也滿足陸上核電站應急撤離時間的要求。其分析結果可為海上浮動核電站的核事故應急撤離決策提供支持。

海上浮動核電站的運行不同于陸上核電站，對于其核事故應急撤離需在后期提出明確要求，建立相關的規范與法規，用于指導海上浮動核電站應急撤離分析。