海上浮動(dòng)核電站應(yīng)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(shè)計(jì)研究所， 武漢， 430064)

核電廠發(fā)生嚴(yán)重事故引發(fā)大規(guī)模放射性釋放時(shí)，要求及時(shí)對(duì)電廠非應(yīng)急人員及周邊公眾采取應(yīng)急撤離[1]。核事故應(yīng)急撤離與一般應(yīng)急疏散不同，它是有計(jì)劃、有閥值、有預(yù)警、有組織的應(yīng)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(zhuǎn)移至安全地區(qū)，是核應(yīng)急響應(yīng)的重要組成部分，也是保護(hù)公眾與工作人員的重要手段[2]。

應(yīng)急撤離有其自身的特點(diǎn)，它受到事故工況及事故后期可能的發(fā)展情況、應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分、核電廠周邊撤離人口需求、撤離場(chǎng)景、交通通行能力、天氣條件等影響[3]。

海上浮動(dòng)核電站作為我國(guó)首個(gè)民用海上核電項(xiàng)目，相比常規(guī)陸上核電站主要具有以下特點(diǎn)：采用小型反應(yīng)堆堆芯，因功率小，堆芯放射性物質(zhì)總量少，衰變熱低，便于采用非能動(dòng)系統(tǒng)、熔融物堆內(nèi)滯留等安全技術(shù)，安全性相對(duì)較高；作業(yè)廠址位于海上油田群附近，特殊的海上外部環(huán)境使外部事件的選取、應(yīng)急預(yù)案、安全保衛(wèi)、輻射防護(hù)等方面的要求與陸上核電站不同；具有可遷移性，可根據(jù)熱帶氣旋等部分外部事件的探測(cè)預(yù)警提前轉(zhuǎn)移躲避[4]。

目前我國(guó)對(duì)于陸上核電站的核應(yīng)急響應(yīng)有一套完整的法律法規(guī)體系，但海上浮動(dòng)核電站并無(wú)完全適用的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。海上浮動(dòng)核電站有不同于陸上核電站的特點(diǎn)，與海洋平臺(tái)的運(yùn)行更為相似，但其應(yīng)急撤離的要求應(yīng)高于海洋平臺(tái)。

1 海上浮動(dòng)核電站運(yùn)行特點(diǎn)

1.1 運(yùn)行場(chǎng)址特點(diǎn)

海上浮動(dòng)核電站屬于孤島運(yùn)行，長(zhǎng)期駐泊于運(yùn)行場(chǎng)址通過(guò)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)向周圍的海洋石油平臺(tái)供應(yīng)電能與淡水。海上浮動(dòng)核電站運(yùn)行場(chǎng)址位于渤海綏中361油田。渤海是我國(guó)最大的近封閉型內(nèi)海，海域地圖如圖1所示。渤海通過(guò)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(gè)角分別對(duì)應(yīng)于遼東灣、渤海灣和萊州灣。北面的遼東灣，位于長(zhǎng)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(kāi)來(lái)。

遼東灣大部分海域?yàn)榻絽^(qū)，綏中36-1油田平臺(tái)廠址地處渤海遼東灣中部海域，依據(jù)中華人民共和國(guó)海上安全監(jiān)督局發(fā)布的航海通告，遼東灣禁航區(qū)的地理坐標(biāo)為：

圖1 渤海海域形狀圖

通過(guò)高德地圖的API接口，將以上坐標(biāo)連接如圖2所示，平臺(tái)及管線均處于禁航區(qū)內(nèi)。圖中，SZ36-1 WHPM平臺(tái)和WHPN平臺(tái)(坐標(biāo)同中心平臺(tái)CEPN )坐標(biāo)較為靠近，可由中心平臺(tái)表示。根據(jù)國(guó)家的有關(guān)法規(guī)要求，往返于渤海內(nèi)各港的商船，一般情況下，均須繞開(kāi)禁航區(qū)航行，僅有極少量的科學(xué)、工程和軍事船舶為完成特定任務(wù)在區(qū)內(nèi)航行、作業(yè)。這一情況客觀上有利于海洋核動(dòng)力平臺(tái)有效避免潛在的漁業(yè)糾紛問(wèn)題。在禁航區(qū)內(nèi)航行或設(shè)置構(gòu)筑物均需事先征得主管部門許可，對(duì)平臺(tái)設(shè)施基本構(gòu)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(yè)生產(chǎn)對(duì)平臺(tái)作業(yè)場(chǎng)址的影響，僅需考慮平臺(tái)上人員的撤離。

圖2 遼東灣海域禁航區(qū)示意圖

1.2 應(yīng)急狀態(tài)分級(jí)

陸上核電站采用應(yīng)急待命、廠房應(yīng)急、場(chǎng)區(qū)應(yīng)急4級(jí)響應(yīng)[5]。而海上浮動(dòng)核電站依據(jù)事故特征、性質(zhì)及可能產(chǎn)生的后果，將應(yīng)急狀態(tài)分為應(yīng)急待命、艙室應(yīng)急、平臺(tái)應(yīng)急3級(jí)。

(1) 應(yīng)急待命。出現(xiàn)可能導(dǎo)致危及機(jī)組核安全的特定情況或者外部事件，有關(guān)人員進(jìn)入戒備狀態(tài)。

應(yīng)急待命的特征是一些事件正在進(jìn)行或已經(jīng)發(fā)生，機(jī)組的安全水平可能下降，但還有時(shí)間采取預(yù)防措施以防止向更高級(jí)別的應(yīng)急狀態(tài)演變。

其應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)包括：應(yīng)急組織進(jìn)入有準(zhǔn)備的狀態(tài)，適當(dāng)?shù)貑?dòng)部分響應(yīng)；需要分析和確定導(dǎo)致應(yīng)急待命的條件，采取緩解措施，減輕潛在的威脅；根據(jù)需要在浮動(dòng)核電站附近實(shí)施監(jiān)測(cè)；需要時(shí)向主控制室或操縱員提供技術(shù)支持；向場(chǎng)外通告。

(2) 艙室應(yīng)急(對(duì)應(yīng)核電廠“廠房應(yīng)急”)。事故后果僅限于局部艙室和部分區(qū)域，按照?qǐng)鰞?nèi)核事故應(yīng)急預(yù)案的要求采取核事故應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)，通知場(chǎng)外有關(guān)核事故應(yīng)急響應(yīng)組織。

艙室應(yīng)急的特征是一些事件正在進(jìn)展或已經(jīng)發(fā)生，機(jī)組的安全水平實(shí)際上或可能發(fā)生大的下降。其響應(yīng)行動(dòng)應(yīng)包括：實(shí)施場(chǎng)內(nèi)應(yīng)急預(yù)案，啟動(dòng)部分響應(yīng)；采取措施使機(jī)組恢復(fù)安全狀態(tài)，緩解應(yīng)急狀態(tài)，對(duì)主控制室或操縱員提供技術(shù)支持；將無(wú)關(guān)人員先行撤離，并安置于安全區(qū)域；對(duì)應(yīng)急響應(yīng)人員提供防護(hù)；對(duì)工作人員的污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保受污染的人員或物項(xiàng)不會(huì)未經(jīng)檢測(cè)就離開(kāi)平臺(tái)；在平臺(tái)附近實(shí)施監(jiān)測(cè)，以確認(rèn)場(chǎng)外無(wú)需防護(hù)行動(dòng)；同時(shí)按規(guī)定向場(chǎng)外報(bào)告事故(或事件)的情況。

(3) 平臺(tái)應(yīng)急。事故后果蔓延至整個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)的人員采取核事故應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)，通知遼寧省核事故應(yīng)急協(xié)調(diào)委員會(huì)，某些場(chǎng)外核事故應(yīng)急響應(yīng)組織可能采取核事故應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)。確定平臺(tái)應(yīng)急的目的是保證及時(shí)派出環(huán)境監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)；保證場(chǎng)外應(yīng)急組織及時(shí)啟動(dòng)；保證及時(shí)與場(chǎng)外應(yīng)急組織協(xié)調(diào)應(yīng)急行動(dòng)；通過(guò)場(chǎng)外應(yīng)急組織向公眾提供信息。

平臺(tái)應(yīng)急時(shí)的響應(yīng)行動(dòng)應(yīng)包括：實(shí)施場(chǎng)內(nèi)應(yīng)急預(yù)案，采取措施使機(jī)組恢復(fù)安全狀態(tài)，采取行動(dòng)緩解應(yīng)急狀態(tài)，包括請(qǐng)求場(chǎng)外援助；對(duì)主控制室提供技術(shù)支持；撤離非應(yīng)急人員，并安置于安全區(qū)域；根據(jù)危險(xiǎn)情況為應(yīng)急人員提供防護(hù)；按規(guī)定向場(chǎng)外報(bào)告事故(或事件)情況，在場(chǎng)外實(shí)施監(jiān)測(cè)。

1.3 應(yīng)急特點(diǎn)

1.3.1應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分

考慮到海上浮動(dòng)核電站的應(yīng)急源項(xiàng)小，安全性相對(duì)較高，即使保守考慮較嚴(yán)重的事故發(fā)生其事故影響范圍也將控制在較小范圍，因此，運(yùn)行廠址應(yīng)急計(jì)劃區(qū)半徑500 m。運(yùn)行廠址半徑500 m內(nèi)均為禁航和禁漁區(qū)的海域，不涉及公眾。

1.3.2場(chǎng)外響應(yīng)行動(dòng)

由于其影響范圍小不涉及場(chǎng)外公眾，也就不涉及場(chǎng)外公眾的防護(hù)行動(dòng)，其場(chǎng)外可能的應(yīng)急行動(dòng)也較為簡(jiǎn)單。此外，在總裝廠建造期間涉核作業(yè)時(shí)間較短，總裝建造期間遭遇地震、熱帶氣旋等外部事件導(dǎo)致核安全事故的概率或危險(xiǎn)性要遠(yuǎn)小于常規(guī)陸上核電站；運(yùn)行廠址位于海上油田群附近，周邊無(wú)公眾，預(yù)計(jì)遭遇臺(tái)風(fēng)海嘯等復(fù)雜自然條件下可提前規(guī)避。由此，考慮到運(yùn)行于海上的特點(diǎn)，場(chǎng)外可能實(shí)施的應(yīng)急行動(dòng)較為簡(jiǎn)單，只需充分關(guān)注海上安保和海域交通控制和封鎖、海域的放射性監(jiān)測(cè)。

2 分級(jí)撤離及撤離設(shè)施

2.1 分級(jí)撤離

人員撤離應(yīng)結(jié)合應(yīng)急的要求，在放射性物質(zhì)釋放前應(yīng)考慮采取嚴(yán)重事故管理和搶修的人員需求，在放射性物質(zhì)釋放導(dǎo)致不可居留時(shí)應(yīng)及時(shí)撤離相關(guān)工作人員。分級(jí)分批撤離有利于人員按序后撤，考慮如下：

(1) 第1批：進(jìn)入或預(yù)計(jì)將進(jìn)入平臺(tái)應(yīng)急時(shí)，非應(yīng)急崗位人員撤離平臺(tái)，撤離工具為救生艇。

(2) 第2批：應(yīng)急搶修結(jié)束或中止，事故未終止或未有終止跡象，平臺(tái)放射性水平監(jiān)測(cè)結(jié)果超過(guò)撤離的操作干預(yù)水平，應(yīng)急搶修人員撤離平臺(tái)，剩余留守崗位人員(12 人)，撤離工具為直升機(jī)；期間可通過(guò)直升機(jī)運(yùn)輸應(yīng)急輪班人員和搶修工具；應(yīng)急搶修人員均應(yīng)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(yùn)輸工具為直升機(jī)。

(4) 第4批：最后留守崗位人員撤離，運(yùn)輸工具為直升機(jī)。

2.2 主豎區(qū)的劃分

海上浮動(dòng)核電站分為5個(gè)主豎區(qū)，分別為：生活區(qū)、應(yīng)急電源區(qū)、反應(yīng)堆艙區(qū)、主機(jī)區(qū)、輸配電區(qū)，其主要參數(shù)列于表1。

表1 各主豎區(qū)主要參數(shù)

2.3 救生設(shè)施

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

根據(jù)《國(guó)際海上人命安全公約》[7]要求，海上浮動(dòng)核電站應(yīng)提供救生通道，使平臺(tái)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(nèi)應(yīng)急逃生的需求，在人員密集活動(dòng)場(chǎng)所設(shè)置兩個(gè)遠(yuǎn)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(shè)置有警示標(biāo)志、安全遮擋等設(shè)施。海上浮動(dòng)核電站的逃生路線示意如圖3所示。

3 非應(yīng)急人員撤離時(shí)間估算

3.1 海上浮動(dòng)核電站應(yīng)急撤離時(shí)間估算

撤離時(shí)間是評(píng)價(jià)應(yīng)急撤離效果的最主要指標(biāo)，海上浮動(dòng)核電站應(yīng)急撤離總時(shí)間包含：通知時(shí)間；覺(jué)察期；離開(kāi)工作區(qū)域時(shí)間；回到居住區(qū)時(shí)間；工作人員撤離到集合點(diǎn)時(shí)間；登艇時(shí)間；救生艇離開(kāi)應(yīng)急煙羽區(qū)時(shí)間；到達(dá)安置點(diǎn)時(shí)間。撤離總時(shí)間不是各部分時(shí)間的簡(jiǎn)單加和，而是各部分時(shí)間的疊加[8]。

對(duì)于核事故疏散情景耗時(shí)計(jì)算，分成兩部分計(jì)算：一部分是到達(dá)集合站并登艇的時(shí)間TGT，這一部分的時(shí)間計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，一般采用水力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模擬計(jì)算方法；另一部分救生艇到達(dá)安置點(diǎn)的時(shí)間TT。

圖3 艙室內(nèi)應(yīng)急逃生路線示意圖

3.1.1登艇時(shí)間估算

對(duì)于第一部分時(shí)間TGT估算基于以下撤離分析假定[2]：

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

圖4 國(guó)際海事組織規(guī)定的撤離時(shí)間計(jì)算示意圖[6]

(1)

其中，TA為覺(jué)察期，表示從緊急情況警報(bào)開(kāi)始至工作人員朝集合站移動(dòng)時(shí)間，設(shè)定為TA=10 min (夜晚)，TA=5 min (白天)；TE+TL為登乘救生設(shè)備與下水所需時(shí)間，設(shè)定為30 min。

由于覺(jué)察期TA、登乘時(shí)間TE和下水時(shí)間TL相對(duì)比較確定，因此關(guān)鍵要計(jì)算移動(dòng)時(shí)間T移動(dòng)。T移動(dòng)主要取決于人流量、速度以及各通道的長(zhǎng)度與分布人數(shù)等因素。

3.1.2離開(kāi)時(shí)間估算

對(duì)于第二部分時(shí)間TT估算只需救生艇離開(kāi)煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)以及下風(fēng)向外區(qū)內(nèi)的煙羽扇區(qū)和相鄰兩側(cè)扇區(qū)即可。假定救生艇從上風(fēng)向區(qū)離開(kāi)煙羽扇區(qū)，救生艇航速為6 節(jié)，水流速度為2 m/s，得TT≈10 min。

3.2 撤離場(chǎng)景

撤離場(chǎng)景是指在假定事件下，預(yù)先制定的一系列事件組。設(shè)置撤離場(chǎng)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(jié)合疊加。確定撤離場(chǎng)景后，可計(jì)算撤離區(qū)域內(nèi)每個(gè)扇區(qū)的應(yīng)急撤離時(shí)間。

當(dāng)需要進(jìn)行核事故應(yīng)急撤離時(shí)，人員的初始分布情況可能會(huì)因處在不同時(shí)間而不同，因此充分考慮夜間和日間不同情景，根據(jù)海上浮動(dòng)核電站的運(yùn)行特點(diǎn)，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(qū)居住艙室內(nèi)，定員的1/3人員位于工作區(qū)域；

定員1/3人員位于生活區(qū)居住艙室內(nèi)，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(qū)域。

次級(jí)撤離狀況：

在確認(rèn)的主豎區(qū)內(nèi)只有50%先前使用的樓梯容量可用于分析；

在與確認(rèn)的主豎區(qū)相鄰的一個(gè)主豎區(qū)內(nèi)50%的人員被迫轉(zhuǎn)移至該區(qū)域并通過(guò)該區(qū)域至集合站。

3.3 脫險(xiǎn)通道布置與撤離水力網(wǎng)絡(luò)圖[2]

在繪制水力網(wǎng)絡(luò)圖的過(guò)程中，將脫險(xiǎn)通道模擬為水力網(wǎng)絡(luò)，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(dòng)方向(包括分流和集合方向)，最終到達(dá)集合站的位置。

海上浮動(dòng)核電站在FR49～92兩舷(集合站3、4)、FR190～220兩舷分別設(shè)有2個(gè)集合站(集合站1、2 )，主豎區(qū)1與2撤離至集合站3、4，主豎區(qū)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖(見(jiàn)圖5)。

根據(jù)FSS規(guī)則[9]，假定全船151人初始分布如表2所列。

根據(jù)暫行指南[6]，假定艙內(nèi)的所有人員同時(shí)進(jìn)入走廊；對(duì)于公共處所，假定所有人員同時(shí)開(kāi)始在出口門撤離。

通過(guò)對(duì)白天與夜晚情況下的基本撤離與次級(jí)撤離人員移動(dòng)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，浮動(dòng)核電站的最大移動(dòng)時(shí)間為：

T移動(dòng)=(γ+δ)?TI

(2)

式中，γ為安全系數(shù)，取2；δ為逆流系數(shù)，取0.3；TI為理想條件下的最高移動(dòng)時(shí)間，s。

TI=T流動(dòng)+T甲板+T樓梯+T集合

其中，T流動(dòng)為N個(gè)人通過(guò)出口系統(tǒng)的一點(diǎn)所需要的總時(shí)間，s；T甲板為從甲板脫險(xiǎn)通道的最遠(yuǎn)點(diǎn)至樓梯的移動(dòng)時(shí)間，s；T樓梯為從脫險(xiǎn)通道至集合站的通過(guò)樓梯的時(shí)間，s；T集合為從樓梯末端至指定的集合站入口的移動(dòng)時(shí)間，s。

T移動(dòng)=2.3?tI=460 s，最大為夜晚撤離時(shí)間。由式(1)得TGT=42 min，總的撤離時(shí)間T總=TGT+TT=52 min?？偟某冯x時(shí)間滿足客船對(duì)于3個(gè)以上主豎區(qū)小于80 min的要求，也滿足海上浮動(dòng)核電站應(yīng)急撤離的時(shí)間要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)核電站核事故應(yīng)急撤離要求，結(jié)合海上浮動(dòng)核電站的運(yùn)行特點(diǎn)，根據(jù)《國(guó)際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》以及《新客船和現(xiàn)有客船簡(jiǎn)化撤離分析暫行指南》對(duì)海上浮動(dòng)核電站進(jìn)行了非應(yīng)急人員初始情況假設(shè)以及撤離情況分析，并對(duì)撤離時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算與分析。海上浮動(dòng)核電站的非應(yīng)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(yīng)急撤離時(shí)間的要求。其分析結(jié)果可為海上浮動(dòng)核電站的核事故應(yīng)急撤離決策提供支持。

海上浮動(dòng)核電站的運(yùn)行不同于陸上核電站，對(duì)于其核事故應(yīng)急撤離需在后期提出明確要求，建立相關(guān)的規(guī)范與法規(guī)，用于指導(dǎo)海上浮動(dòng)核電站應(yīng)急撤離分析。