核电厂场外应急洗消站选址方法与建设规范研究

于家欢，王海峰，张晓峰

（苏州热工研究院有限公司，苏州 215004）

截至2021年6月底，我国在运核电机组51台，总装机容量5327万千瓦［1］。随着我国核电产业的发展，各级核应急组织开展了大量的应急准备和应急响应的研究工作。洗消站作为核电厂场外应急的重要设施，可以在严重事故下保障人员的生命安全，为撤离人员、车辆和设备进行洗消去污，起到防止放射性物质扩散的作用。

目前，核事故应急洗消站建设受到业内高度关注，但行业内尚未形成统一的建设规范。本文阐述了核电厂场外应急洗消站的选址评价方法、洗消站设计准则、大规模洗消去污流程和方法的研究，为核电厂场外应急洗消站的建设提供指南。

1 选址评价方法

1.1 评价原则

洗消站位置应设置在内部封锁区边界上风处，并配有相应的医疗响应机构和放射性评估机构，如图1所示。

图1 核事故应急洗消站建设位置示意图［2］Fig.1 Diagram of decontamination station location

洗消站应具备为受到放射性污染的人员、车辆和设备洗消去污的功能，达到防止放射性污染扩散的目的，因此洗消站（或机动洗消点）应作为内部封锁区与外部封锁区单向通道的入口。洗消站的选址应从气象条件、场地大小、交通、距离、水源、能源等方面进行评价，见表1。

表1 洗消站选址评价标准Table 1 Criteria for decontamination station site selection

1.2 备选点位

为了进一步阐述核事故场外应急洗消站选址评价方法，以秦山核电基地场外核应急洗消站选址为例。考虑到交通、后续撤离转运、人员撤离安置等要求，拟选高速公路出入口及高速公路服务区作为洗消站的备选点。如图2所示，初步选取五处点位作为秦山核电基地场外应急洗消站的备选点位，如下：（1）北岸服务区；（2）海盐互通收费站；（3）南北湖互通收费站；（4）袁花收费站；（5）嘉绍大桥服务区。

图2 秦山场外核应急洗消站备选位置示意Fig.2 Alternative decontamination station of Qinshan NPP

1.3 分析与评价

1.3.1 气象条件

核电厂发生严重事故时，放射性物质可能随风扩散进而形成放射性烟羽。厂址周边的气象条件，尤其是风向、风速、降雨、稳定度等是影响周边环境放射性烟羽浓度和剂量的主要因素。因此本节通过预期剂量对备选点位的气象条件进行评价。

夏家湾气象站位于秦山核电基地中部，其提供的数据对基地附近的气象条件的代表性最好。夏家湾气象站2014—2015年的数据表明，秦山核电基地2014—2015年近地面平均风速为2.46 m/s，最多风向为ENE（12.19%），次多风向为E（12.06%），静风（<0.5 m/s）的频率为9.84%，详见表2。

表2 2014—2015年夏家湾气象站年风向频率［3］Table 2 Wind direction frequency of Xiajiawan station

应用核事故后果评价标准化系统（Group Nuclear Accident Consequence Assessment Sys⁃tem，简称：GNACAS）对各备选点位的预期剂量进行评价。评价公式如下：

评价时以某备选点位有效剂量（D）的数学期望作为评价该备选点位隐蔽性优劣的指标，式中，Fi为i方位风频（%），采用表2中的数据作为i方位风向出现的概率；Di为i方位风向下该备选点位的剂量，单位为mSv；风速采用2014-2015年平均风速即2.46 m/s；大气稳定度设置为中性，降水强度设置为0 mm/h。假设核电厂安全壳熔穿，排热系统工作，源项如表3所示，释放时段为36000 s。

表3 核电厂严重事故源项数据Table 3 Source term of severe accidents

计算结果如图3所示，其中TED（2 d）为2天预期有效剂量，TED（7 d）为7天预期有效剂量，THD为预期甲状腺剂量。从图中可以看出，1号备选点位预期剂量的期望值最低，这意味着如果洗消站设置在该点位，那么人员在撤离和洗消过程中受到的放射性剂量最低。事实上，该点位全年处于核电厂上风方位的概率最大，洗消后二次沾污的概率最低，更便于开展洗消、安置、医疗救援等活动。因此从预期剂量的角度来看，1号点位的气象条件最佳，2号、3号、5号次之，4号最差。

图3 备选点位预期剂量期望值Fig.3 Expected dose expectation of alternative sites

1.3.2 场地大小

北岸服务区呈双侧分离式，单侧占地面积约45000 m2，建筑占地面积约600 m2；海盐互通收费站北侧为高速公路管理公司办公场地，占地面积约3000 m2，有两栋办公楼，建筑占地面积约400 m2；南北湖互通收费站北侧为高速公路管理公司办公场地，占地面积约4000 m2，有两栋办公楼，建筑占地面积约400 m2；袁花收费站东侧为高速公路管理公司办公场地，占地面积约1500 m2，建筑占地面积约400 m2；嘉绍大桥服务区呈双侧分离式，单侧占地面积约25000 m2，建筑占地面积为约1000m2，见表4。

表4 洗消站备选点位占地面积与建筑占地面积Table 4 Floor area and building area of alternative sites

参考锦屏核应急洗消中心，其依托连徐高速公路锦屏山服务区升级改造建设，单侧占地面积约30000 m2，建筑占地面积约2000 m2，每小时可满足400人、20辆大型车辆的去污洗消任务，保障3000人的应急洗消和安置。因此，为了满足核电厂严重事故下的应急洗消去污任务，洗消站备选点位应具备足够大的面积，便于洗消设备、洗消车辆的部署及撤离人员的疏散和中转。因此，在5个备选点位中，1号与5号备选点位的场地条件最好，2号与3号次之，4号最差。

1.3.3 交通条件

核电厂发生严重事故可能导致数万人的紧急撤离，上述5个备选点位均位于高速公路收费站或服务区，便于人员和车辆洗消结束后的中转和撤离。因此，以上5个备选点位的交通条件均满足要求。

1.3.4 位置距离

洗消站作为核事故应急设施，应设置在核电厂烟羽应急计划区之外，但也不宜过远。秦山基地的烟羽应急计划区是以秦山第二核电厂反应堆为圆心，内区半径为5 km，外区半径为7 km的圆形区域［4］。秦山核电公司段绪毅在其文章《秦山核电基地应急计划区划分的技术基础研究》中考虑了秦山核电基地多堆（9台）共同运营的情况，建议将烟羽应急计划区的外区范围扩大为7-10 km，内区范围扩大为5-7 km［5］。

对于烟羽应急计划区内区，制订有应急撤离计划，而外区一般不考虑撤离行动。因此，为了保证应急状态下人员和车辆的有序撤离，秦山核电基地场外应急洗消站理论上需设置在厂址7 km外，为了避免洗消站距离事故核电厂过近导致被污染的情况，保守考虑洗消站应设置在烟羽应急计划区（10 km）之外。同时，为了保障人员和车辆在撤离时尽快洗消去污，洗消站也不宜过远。图4给出了5个备选点位与秦山核电基地的距离。可以看出，三个备选点位均在烟羽应急计划区之外，其中备选点位1距离秦山基地约20 km，备选点位2距离秦山基地约17 km，备选点位3距离秦山基地约12.5 km，备选点位4距离秦山基地约17 km，备选点位5距离秦山基地约19 km。因此，就距离来看，上述5个备选点位均满足要求。

图4 秦山场外核应急洗消站备选位置示意图Fig.4 Distance of alternative sites

1.3.5 水源条件

上述5个备选点位均位于高速公路收费站或服务区，基础设施完善，具备自来水、消防管道等水源。此外，由于交通便利，使用消防车或储水车支援洗消用水也较为便利。因此，上述备选点位均满足水源条件的要求。

1.3.6 能源条件

上述备选点位均有基础配电线路。应急电源一般是采用柴油发电机组或整流逆变装置电源，由于1号与5号备选点位配有加油站，柴汽油供应更为便利，可以满足洗消车辆、洗消设备、撤离车辆、应急发电机的燃油供应。因此从能源条件角度考虑，1号与5号备选点位优于其他备选点位。

1.3.7 分析评价

综上所述，上述5个备选点位在交通、距离、水源方面均满足要求，无优劣之分；在气象条件、场地大小、能源方面互有优劣，见表5。其中，北岸服务区各方面均为最佳，是5个备选点位中最适合建设秦山核电厂场外应急洗消站的位置；海盐收费站与南北湖收费站各方面均为中等，综合条件次之；袁花收费站场地过小，不利于洗消设施、车辆的部署，不利于人员、车辆的中转和疏散；嘉绍大桥服务区的气象条件差，处于秦山核电基地下风方位的概率较高，严重事故发生时容易被放射性烟羽污染，容易造成撤离人员洗消后的二次沾污，与其他点位相比不适合建设洗消站。

表5 备选点位各项指标对比Table 5 Comparison of Alternative sites

2 洗消站设计准则

2.1 洗消对象

洗消站的服务对象为在核电厂烟羽应急计划区内受放射性烟羽影响的人员，包括以下3类：

1.核事故应急救灾人员；

2.核电厂撤离的工作人员；

3.核电厂周围的居民。

2.2 区域划分

洗消站应根据风向划分为3个区域。清洁区位于上风方向，同时也是洗消站的出口。沾染区位于下风方向，是撤离人员到达的位置，是洗消站的入口。过渡区位于两个区域的中间，是开展洗消去污工作的区域［6］。撤离人员从到达到离开洗消站需要依次经过三个区域，并进行辐射剂量监测、洗消去污、医疗救治等。参考孙宇等的研究成果［7］，洗消站区域划分示意图如图5所示。

图5 洗消站区域划分示意图Fig.5 Regional division of decontamination station

2.3 设施布置

洗消站沾染区、过渡区、清洁区的洗消、监测设施的布置如图6所示。

图6 洗消站各区域设施布置示意图Fig.6 Layout of facilities in a decontamination station

2.3.1 沾染区

沾染区是撤离人员和车辆到达的区域，位于下风方位。该区域需划分人员与车辆的通道，以保障应急情况下人员和车辆的秩序；需设置放射性监测区，进行撤离人员洗消前的筛选工作；需设置污染物暂存区，以收集被放射性物质沾污的废弃物。

2.3.2 过渡区

过渡区是洗消去污开展的主要区域，分为人员洗消区和车辆洗消区。人员洗消主要使用淋浴车进行，也可以由消防车临时组成的大规模洗消通道进行。人员洗消区需要保留足够的建筑或布置帐篷作为人员洗消和监测后观察区，同时满足人员洗消后的保暖需求。车辆洗消区需布置洗消车和停车区，需规划车辆的进出路线和通道。此外，过渡区还需要建设污水收集地沟，将收集的污水集中处置。

2.3.3 清洁区

清洁区是人员和车辆洗消去污完成后进入的区域，位于上风方位。该区域主要设置医疗点和人员安置点，需要注意该区域对放射性的隔离。

2.4 污水收集

核事故应急洗消站产生的污水可能含有放射性，不能直接向环境排放，应急条件下难以处理，苑英海等人的研究认为目前比较可行的办法是收集暂存后集中处置［8］。根据《人民防空地下室设计规范》（GB 50038-2005），人员洗消用水量为40L/人次，冲洗用水建议为5-10 L/m2冲洗一次［9］。

表6给出了洗消站污水产生量对照表，对于不同情况，分别计算每日用水量，其中冲洗用水量取上限值10 L/m2，表面包括车辆、设备、地面等。假设每天需洗消的人员数分别为3000、5000、10000、20000、24000，并对应不同情况下需要洗消的设备、车辆、地面的面积，计算出洗消站每日的用水量，对不同规模洗消站的建设提供参考。

表6 洗消能力与产生污水量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

洗消站开启前相应人员应按照事故等级预判洗消规模，根据现场风向进行部署，分别建立污染物区、过渡区、清洁区。大规模洗消去污流程如下（序号对应图7标号）。

图7 大规模洗消去污流程Fig.7 Mass casualty decontamination process

1.撤离人员到达洗消站；

2.响应人员对撤离人员进行放射性监测，对沾污人员进行洗消去污；

3.将没有受到污染的人员送至观察区安置；

4.洗消结束后，再次进行放射性监测，监测合格的人员送至观察区安置；

5.对于放射性依然超标的人员需再次进行洗消；

6.洗消去污完成，撤离人员从观察区离开洗消站。

3.2 洗消去污方法

人员洗消可分为室内洗消和室外洗消。室内洗消可参考锦屏洗消中心的室内淋浴装置，如图8所示。其优点是无需临时部署，可随时投入使用，并且满足保暖需求，缺点是建设和维护成本较高，同时对多人进行洗消去污时容易造成人员交叉污染，容易将放射性滞留在室内，不易清除。

图8 锦屏核应急洗消中心Fig.8 Jinping nuclear emergency decontamination center

室外洗消主要是通过大型洗消车、洗消设备、消防车或洗消帐篷等对受污人员进行洗消去污。通过3辆以上消防车可组成通道洗消系统（Ladder-Pipe Decontamination System，简称：LDS），将消防车对向平行以间距20英尺（6米）停放，将喷头如图9摆放，形成环绕喷淋空间，水压设置为345-414 kPa。撤离人员脱下衣服后，人员在通道中短暂停留30秒至3分钟，通过时要注意保留足够的间距，以避免二次污染，同时保持头部向后，手臂和腿伸展，露出腋窝和腹股沟，注意防止水流入进入眼睛、鼻子或嘴巴。该方法操作简单、成本较低，可实现在室外大规模人员洗消去污。

图9 通道洗消系统（LDS）Fig.9 Ladder-Pipe Decontamination System

4 结论

本文首先阐述了核事故应急洗消站的选址方法，通过气象、场地、交通、距离、水源和能源六个方面对洗消站的备选点位进行了分析，得出1号北岸服务区与2号海盐收费站两个适合建设洗消站的备选点位。其次，本文从洗消对象、洗消站区域划分、洗消监测设施布置和洗消污水收集四个方面阐述了洗消站的设计准则。最后，本文阐述了大规模洗消去污的流程，结合我国洗消站的建设情况提出了两种大规模洗消去污方法。