核電廠場外應急洗消站選址方法與建設規范研究

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］。隨著我國核電產業的發展，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內高度關注，但行業內尚未形成統一的建設規范。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邊界上風處，并配有相應的醫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）應作為內部封鎖區與外部封鎖區單向通道的入口。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。考慮到交通、后續撤離轉運、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；（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。

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、穩定度等是影響周邊環境放射性煙羽濃度和劑量的主要因素。因此本節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，其提供的數據對基地附近的氣象條件的代表性最好。夏家灣氣象站2014—2015年的數據表明，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（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）的數學期望作為評價該備選點位隱蔽性優劣的指標，式中，Fi為i方位風頻（%），采用表2中的數據作為i方位風向出現的概率；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據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

核電廠發生嚴重事故可能導致數萬人的緊急撤離，上述5個備選點位均位于高速公路收費站或服務區，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之外，但也不宜過遠。秦山基地的煙羽應急計劃區是以秦山第二核電廠反應堆為圓心，內區半徑為5 km，外區半徑為7 km的圓形區域［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的外區范圍擴大為7-10 km，內區范圍擴大為5-7 km［5］。

對于煙羽應急計劃區內區，制訂有應急撤離計劃，而外區一般不考慮撤離行動。因此，為了保證應急狀態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（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。可以看出，三個備選點位均在煙羽應急計劃區之外，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，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，無優劣之分；在氣象條件、場地大小、能源方面互有優劣，見表5。其中，北岸服務區各方面均為最佳，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 區域劃分

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

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

2.3 設施布置

洗消站沾染區、過渡區、清潔區的洗消、監測設施的布置如圖6所示。

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

2.3.1 沾染區

沾染區是撤離人員和車輛到達的區域，位于下風方位。該區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；需設置放射性監測區，進行撤離人員洗消前的篩選工作；需設置污染物暫存區，以收集被放射性物質沾污的廢棄物。

2.3.2 過渡區

過渡區是洗消去污開展的主要區域，分為人員洗消區和車輛洗消區。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模洗消通道進行。人員洗消區需要保留足夠的建筑或布置帳篷作為人員洗消和監測后觀察區，同時滿足人員洗消后的保暖需求。車輛洗消區需布置洗消車和停車區，需規劃車輛的進出路線和通道。此外，過渡區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

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

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《人民防空地下室設計規范》（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模，根據現場風向進行部署，分別建立污染物區、過渡區、清潔區。大規模洗消去污流程如下（序號對應圖7標號）。

圖7 大規模洗消去污流程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安置；

4.洗消結束后，再次進行放射性監測，監測合格的人員送至觀察區安置；

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（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，可實現在室外大規模人員洗消去污。

圖9 通道洗消系統（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、洗消站區域劃分、洗消監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模洗消去污方法。