海上浮动核电站应急撤离分析

陈艳霞 朱成华 郭 翔 郭 健 高 鑫 张晓西

(武汉第二船舶设计研究所， 武汉， 430064)

核电厂发生严重事故引发大规模放射性释放时，要求及时对电厂非应急人员及周边公众采取应急撤离[1]。核事故应急撤离与一般应急疏散不同，它是有计划、有阀值、有预警、有组织的应急疏散，其目的在于快速有效地将可能受到放射性影响的人员转移至安全地区，是核应急响应的重要组成部分，也是保护公众与工作人员的重要手段[2]。

应急撤离有其自身的特点，它受到事故工况及事故后期可能的发展情况、应急计划区划分、核电厂周边撤离人口需求、撤离场景、交通通行能力、天气条件等影响[3]。

海上浮动核电站作为我国首个民用海上核电项目，相比常规陆上核电站主要具有以下特点：采用小型反应堆堆芯，因功率小，堆芯放射性物质总量少，衰变热低，便于采用非能动系统、熔融物堆内滞留等安全技术，安全性相对较高；作业厂址位于海上油田群附近，特殊的海上外部环境使外部事件的选取、应急预案、安全保卫、辐射防护等方面的要求与陆上核电站不同；具有可迁移性，可根据热带气旋等部分外部事件的探测预警提前转移躲避[4]。

目前我国对于陆上核电站的核应急响应有一套完整的法律法规体系，但海上浮动核电站并无完全适用的规范与标准。海上浮动核电站有不同于陆上核电站的特点，与海洋平台的运行更为相似，但其应急撤离的要求应高于海洋平台。

1 海上浮动核电站运行特点

1.1 运行场址特点

海上浮动核电站属于孤岛运行，长期驻泊于运行场址通过单点系泊系统向周围的海洋石油平台供应电能与淡水。海上浮动核电站运行场址位于渤海绥中361油田。渤海是我国最大的近封闭型内海，海域地图如图1所示。渤海通过东面的渤海海峡与黄海相沟通，其北、西、南三面均被陆地所包围，大致呈三角形，凸出的三个角分别对应于辽东湾、渤海湾和莱州湾。北面的辽东湾，位于长兴岛与秦皇岛连线以北。西边的渤海湾和南边的莱州湾，则由黄河三角洲分隔开来。

辽东湾大部分海域为禁航区，绥中36-1油田平台厂址地处渤海辽东湾中部海域，依据中华人民共和国海上安全监督局发布的航海通告，辽东湾禁航区的地理坐标为：

图1 渤海海域形状图

通过高德地图的API接口，将以上坐标连接如图2所示，平台及管线均处于禁航区内。图中，SZ36-1 WHPM平台和WHPN平台(坐标同中心平台CEPN )坐标较为靠近，可由中心平台表示。根据国家的有关法规要求，往返于渤海内各港的商船，一般情况下，均须绕开禁航区航行，仅有极少量的科学、工程和军事船舶为完成特定任务在区内航行、作业。这一情况客观上有利于海洋核动力平台有效避免潜在的渔业纠纷问题。在禁航区内航行或设置构筑物均需事先征得主管部门许可，对平台设施基本构不成危害。因此，选址阶段可暂不考虑航行船舶、航道以及渔业生产对平台作业场址的影响，仅需考虑平台上人员的撤离。

图2 辽东湾海域禁航区示意图

1.2 应急状态分级

陆上核电站采用应急待命、厂房应急、场区应急4级响应[5]。而海上浮动核电站依据事故特征、性质及可能产生的后果，将应急状态分为应急待命、舱室应急、平台应急3级。

(1) 应急待命。出现可能导致危及机组核安全的特定情况或者外部事件，有关人员进入戒备状态。

应急待命的特征是一些事件正在进行或已经发生，机组的安全水平可能下降，但还有时间采取预防措施以防止向更高级别的应急状态演变。

其应急响应行动包括：应急组织进入有准备的状态，适当地启动部分响应；需要分析和确定导致应急待命的条件，采取缓解措施，减轻潜在的威胁；根据需要在浮动核电站附近实施监测；需要时向主控制室或操纵员提供技术支持；向场外通告。

(2) 舱室应急(对应核电厂“厂房应急”)。事故后果仅限于局部舱室和部分区域，按照场内核事故应急预案的要求采取核事故应急响应行动，通知场外有关核事故应急响应组织。

舱室应急的特征是一些事件正在进展或已经发生，机组的安全水平实际上或可能发生大的下降。其响应行动应包括：实施场内应急预案，启动部分响应；采取措施使机组恢复安全状态，缓解应急状态，对主控制室或操纵员提供技术支持；将无关人员先行撤离，并安置于安全区域；对应急响应人员提供防护；对工作人员的污染情况进行监测，确保受污染的人员或物项不会未经检测就离开平台；在平台附近实施监测，以确认场外无需防护行动；同时按规定向场外报告事故(或事件)的情况。

(3) 平台应急。事故后果蔓延至整个平台，平台内的人员采取核事故应急响应行动，通知辽宁省核事故应急协调委员会，某些场外核事故应急响应组织可能采取核事故应急响应行动。确定平台应急的目的是保证及时派出环境监测人员进行环境监测；保证场外应急组织及时启动；保证及时与场外应急组织协调应急行动；通过场外应急组织向公众提供信息。

平台应急时的响应行动应包括：实施场内应急预案，采取措施使机组恢复安全状态，采取行动缓解应急状态，包括请求场外援助；对主控制室提供技术支持；撤离非应急人员，并安置于安全区域；根据危险情况为应急人员提供防护；按规定向场外报告事故(或事件)情况，在场外实施监测。

1.3 应急特点

1.3.1应急计划区划分

考虑到海上浮动核电站的应急源项小，安全性相对较高，即使保守考虑较严重的事故发生其事故影响范围也将控制在较小范围，因此，运行厂址应急计划区半径500 m。运行厂址半径500 m内均为禁航和禁渔区的海域，不涉及公众。

1.3.2场外响应行动

由于其影响范围小不涉及场外公众，也就不涉及场外公众的防护行动，其场外可能的应急行动也较为简单。此外，在总装厂建造期间涉核作业时间较短，总装建造期间遭遇地震、热带气旋等外部事件导致核安全事故的概率或危险性要远小于常规陆上核电站；运行厂址位于海上油田群附近，周边无公众，预计遭遇台风海啸等复杂自然条件下可提前规避。由此，考虑到运行于海上的特点，场外可能实施的应急行动较为简单，只需充分关注海上安保和海域交通控制和封锁、海域的放射性监测。

2 分级撤离及撤离设施

2.1 分级撤离

人员撤离应结合应急的要求，在放射性物质释放前应考虑采取严重事故管理和抢修的人员需求，在放射性物质释放导致不可居留时应及时撤离相关工作人员。分级分批撤离有利于人员按序后撤，考虑如下：

(1) 第1批：进入或预计将进入平台应急时，非应急岗位人员撤离平台，撤离工具为救生艇。

(2) 第2批：应急抢修结束或中止，事故未终止或未有终止迹象，平台放射性水平监测结果超过撤离的操作干预水平，应急抢修人员撤离平台，剩余留守岗位人员(12 人)，撤离工具为直升机；期间可通过直升机运输应急轮班人员和抢修工具；应急抢修人员均应采取辐射剂量控制措施。

(3) 第3批：主控室后撤以后，除最后留守岗位人员(7 人)外的人员撤离，运输工具为直升机。

(4) 第4批：最后留守岗位人员撤离，运输工具为直升机。

2.2 主竖区的划分

海上浮动核电站分为5个主竖区，分别为：生活区、应急电源区、反应堆舱区、主机区、输配电区，其主要参数列于表1。

表1 各主竖区主要参数

2.3 救生设施

海上浮动核电站救生设施的主要功能是在本船遇险时，船员和临时维修人员能安全迅速撤离船舶并在水上维持生命，同时救援周边海域及本船的落水遇险人员。

根据《国际海上人命安全公约》[7]要求，海上浮动核电站应提供救生通道，使平台上人员能安全迅速撤向救生艇和救生筏登乘甲板。

考虑舱内应急逃生的需求，在人员密集活动场所设置两个远离的逃生通道，使人员可以安全迅速撤向救生艇和救生筏登乘甲板。逃生通道附近设置有警示标志、安全遮挡等设施。海上浮动核电站的逃生路线示意如图3所示。

3 非应急人员撤离时间估算

3.1 海上浮动核电站应急撤离时间估算

撤离时间是评价应急撤离效果的最主要指标，海上浮动核电站应急撤离总时间包含：通知时间；觉察期；离开工作区域时间；回到居住区时间；工作人员撤离到集合点时间；登艇时间；救生艇离开应急烟羽区时间；到达安置点时间。撤离总时间不是各部分时间的简单加和，而是各部分时间的叠加[8]。

对于核事故疏散情景耗时计算，分成两部分计算：一部分是到达集合站并登艇的时间TGT，这一部分的时间计算过程比较复杂，一般采用水力网络系统的模拟计算方法；另一部分救生艇到达安置点的时间TT。

图3 舱室内应急逃生路线示意图

3.1.1登艇时间估算

对于第一部分时间TGT估算基于以下撤离分析假定[2]：

依据《新客船和现有客船撤离分析暂行指南》[10]计算的总的撤离时间公式为(如图4)：

图4 国际海事组织规定的撤离时间计算示意图[6]

(1)

其中，TA为觉察期，表示从紧急情况警报开始至工作人员朝集合站移动时间，设定为TA=10 min (夜晚)，TA=5 min (白天)；TE+TL为登乘救生设备与下水所需时间，设定为30 min。

由于觉察期TA、登乘时间TE和下水时间TL相对比较确定，因此关键要计算移动时间T移动。T移动主要取决于人流量、速度以及各通道的长度与分布人数等因素。

3.1.2离开时间估算

对于第二部分时间TT估算只需救生艇离开烟羽应急计划区以及下风向外区内的烟羽扇区和相邻两侧扇区即可。假定救生艇从上风向区离开烟羽扇区，救生艇航速为6 节，水流速度为2 m/s，得TT≈10 min。

3.2 撤离场景

撤离场景是指在假定事件下，预先制定的一系列事件组。设置撤离场景目的不仅在于从正常条件下确定条件，还可以非正常条件结合叠加。确定撤离场景后，可计算撤离区域内每个扇区的应急撤离时间。

当需要进行核事故应急撤离时，人员的初始分布情况可能会因处在不同时间而不同，因此充分考虑夜间和日间不同情景，根据海上浮动核电站的运行特点，两种基本撤离情况的人员分布假定如下：

定员的2/3人员位于生活区居住舱室内，定员的1/3人员位于工作区域；

定员1/3人员位于生活区居住舱室内，定员的1/3人员位于公共处所，定员的1/3人员位于工作区域。

次级撤离状况：

在确认的主竖区内只有50%先前使用的楼梯容量可用于分析；

在与确认的主竖区相邻的一个主竖区内50%的人员被迫转移至该区域并通过该区域至集合站。

3.3 脱险通道布置与撤离水力网络图[2]

在绘制水力网络图的过程中，将脱险通道模拟为水力网络，走廊和楼梯模拟为管道，门模拟为阀，公共处所模拟为液舱，并指出流动方向(包括分流和集合方向)，最终到达集合站的位置。

海上浮动核电站在FR49～92两舷(集合站3、4)、FR190～220两舷分别设有2个集合站(集合站1、2 )，主竖区1与2撤离至集合站3、4，主竖区3、4、5撤离至集合站1、2。由于篇幅所限本文仅列出夜间基本撤离水力网络系统图(见图5)。

根据FSS规则[9]，假定全船151人初始分布如表2所列。

根据暂行指南[6]，假定舱内的所有人员同时进入走廊；对于公共处所，假定所有人员同时开始在出口门撤离。

通过对白天与夜晚情况下的基本撤离与次级撤离人员移动时间进行计算，浮动核电站的最大移动时间为：

T移动=(γ+δ)?TI

(2)

式中，γ为安全系数，取2；δ为逆流系数，取0.3；TI为理想条件下的最高移动时间，s。

TI=T流动+T甲板+T楼梯+T集合

其中，T流动为N个人通过出口系统的一点所需要的总时间，s；T甲板为从甲板脱险通道的最远点至楼梯的移动时间，s；T楼梯为从脱险通道至集合站的通过楼梯的时间，s；T集合为从楼梯末端至指定的集合站入口的移动时间，s。

T移动=2.3?tI=460 s，最大为夜晚撤离时间。由式(1)得TGT=42 min，总的撤离时间T总=TGT+TT=52 min。总的撤离时间满足客船对于3个以上主竖区小于80 min的要求，也满足海上浮动核电站应急撤离的时间要求。

4 结语

本文根据核电站核事故应急撤离要求，结合海上浮动核电站的运行特点，根据《国际消防安全系统规则》以及《新客船和现有客船简化撤离分析暂行指南》对海上浮动核电站进行了非应急人员初始情况假设以及撤离情况分析，并对撤离时间进行了计算与分析。海上浮动核电站的非应急人员撤离不仅满足客船人员撤离的要求，也满足陆上核电站应急撤离时间的要求。其分析结果可为海上浮动核电站的核事故应急撤离决策提供支持。

海上浮动核电站的运行不同于陆上核电站，对于其核事故应急撤离需在后期提出明确要求，建立相关的规范与法规，用于指导海上浮动核电站应急撤离分析。