核電廠取水口堵塞的預防和應對

摘 要：冷源作為最終熱阱，在導出熱量的過程中起著至關重要的作用。隨著自然氣候的變化、人類工業(yè)活動影響引起的環(huán)境變化，核電廠取水口堵塞的可能性也不斷增大，從而嚴重影響機組安全運行的可靠性以及機組利用率。本文分析核電廠取水口堵塞原因，列舉實際應用中的應對策略，提供了若干建議以預防、應對取水口堵塞事件，降低取水口堵塞風險，確保核電廠冷源健康安全運行。關鍵詞：核電廠；取水口堵塞；冷源；應對策略DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1631 研究取水口堵塞的意義1.1 冷源的典型配置

冷源作為最終熱阱，在導出熱量的過程中起著至關重要的作用。對于核電機組，冷源有兩個作用：（1）核島的最終熱阱，作為設備冷卻水系統的冷卻介質將設備冷卻水傳輸的熱量（包括堆芯衰變熱、乏燃料衰變熱、安全重要物項的排熱等）排到海水；（2）汽機功率運行時冷凝器的冷卻水源，建立、維持朗肯循環(huán)。典型的冷源配置簡圖如圖1所示。因此，在核動力廠所有狀態(tài)下，都必須保證具有將熱量傳輸到最終熱阱的能力[1]。1.2 冷源可靠性的影響因素

冷源的一個主要設計目標，是要在很高的可靠性水平上，以適當的速率輸送和吸收余熱，從而使在所有運行工況下放射性的控制[2]。核電廠冷源可靠性分析時必須考慮外部的人為事件（如飛機墜毀、船舶相撞、原油泄漏、喪失廠外電源）、電廠內部事件（火災、管道破裂、水淹）、與廠址有關的自然現象（如風暴、冬季冰屑、地震、火山活動）以及生物現象。

其中典型的生物現象包括：（1）植物、海洋生物或其他水生物（如魚蝦、海草、水母）等異物壅塞濾網；（2）海洋生物和植物在冷卻系統內的生長可能影響冷卻系統的性能。這4類影響因素中，大部分因素會造成取水口堵塞，從而導致冷源降級，WANO對2004-2007年間發(fā)生的44起取水口堵塞事件統計分析表明，這類事件中約20%對安全相關系統有直接影響，超過80%的事件對機組的利用率有影響[3]。2 取水口堵塞的原因分析

隨著自然氣候的變化、人類工業(yè)活動影響引起的環(huán)境變化，核電廠取水口堵塞的可能性也不斷增大。

WANO將取水口堵塞的原因歸納為以下4類[3]：（1）氣候、環(huán)境因素的變化：氣候的周期性變化影響到電廠附近的氣象類型和環(huán)境條件，如臺風的劇烈程度日益增強、海生物的數量和習性改變、取水口構筑物附近的碎屑和淤積物不斷積累；（2）監(jiān)測技術、預警手段不足；（3）設計缺陷；（4）設備維護不合理。而決策層失效或運行人員技能不足導致的響應不到位，又增大了冷源意外喪失的危險性。

2013年以來，國內眾多核電機組發(fā)生因水母、棕囊藻、海地瓜、蝦群等造成取水口堵塞的事件[4]。通過對大亞灣基地、紅沿河基地、陽江基地、寧德基地的取水口堵塞事件進行分析，環(huán)境因素和設計缺陷是造成取水口堵塞的主要原因。

環(huán)境因素的具體影響有：隨著氣候變暖，水母的生長速度變快，導致水母可能大量積聚；風暴帶來的海草或蝦群偶然積聚；近海捕撈嚴重，作為毛蝦的天敵的魚類等被過渡捕撈，海水生態(tài)食物鏈遭到破壞，蝦群大量生長繁殖；風雨條件下人工清理海生物的難度加大。

設計缺陷的具體影響有：無海生物實時監(jiān)測、預警裝置，無法對海生物突然爆發(fā)進行實時監(jiān)測及預警；未設置攔污措施；取水明渠沒有針對沉底型生物或海生物的有效攔截設施；攔污網面下沿沒有有效沉到底，在臺風等大風浪氣候下未實現對水面100%覆蓋攔截；旋轉濾網排污水設計缺陷，造成排污水回流到取水口入海處，增加了取水口濾網的工作負荷；沖洗旋轉濾網所用的備用高壓沖洗泵的缺失。3 應對策略與運行建議

通過對國內外的取水口堵塞事件案例的分析，提出以下應對策略和運行建議：3.1 前期預防、監(jiān)測

通過以下措施，實現取水口海域的全面和全時間段覆蓋監(jiān)測：

（1）建設取水海域水質和水文在線監(jiān)測系統，以提升對取水海域水質指標和水文指標的監(jiān)測能力；

（2）與水產研究單位合作，建立冷源威脅識別體系，定期在取水口周圍海域進行海生物種類及趨勢分析，掌握海生物活動習性，提供海生物災害的預警信息。與當地漁業(yè)組織合作，漁民和打撈船定期在海上入水口處進行探測、清理；

（3）現場沖洗水排污渠增加定制網預防性打撈，對沖洗出來的海生物稱重或顯微鏡觀察，監(jiān)視旋轉濾網的表面清潔度，結合主控室和現場監(jiān)測數據的變化，確認海生物入侵情況；

（4）在取水池安裝遠程攝像機，對取水池進行不間斷監(jiān)測；在海上入水口建立三維立體數字聲吶系統，進行不監(jiān)測并提供海生物分布信息；

（5）大部分環(huán)境異常造成的取水口堵塞是季節(jié)性的，建立一種以經驗反饋數據為基礎的預測模型，客觀地預測出海藻等對電廠的潛在影響。3.2 設計改進

除了提高前期預防、監(jiān)測工作水平外，還可以通過設計改進，提升冷源可靠性水平：

（1）研究開發(fā)可攔截蝦群和水母的固定攔截裝置；

（2）增加備用的高壓沖洗泵以便對旋轉濾網進行及時、高效沖洗；

（3）研究開發(fā)可攔截沉底型雜物或沉底型海生物的裝置，如沉底型細目漁網；

（4）旋轉濾網反沖洗水排放管道的優(yōu)化，將沖洗水排至排水口，減少濾網負荷；

（5）在進水渠安裝電驅趕裝置；

（6）在取水池建立超聲波系統，防止魚蝦群的聚集。3.3 冷源預警響應行動

雖然取水口堵塞的預防和應對屬于世界性的難題，但是如果在冷源預警響應行動中及時干預，關注機組狀態(tài)，仍有很大可能把機組控制在安全狀態(tài)，從而確保核安全。冷源預警響應需要多個部門合作，涉及到服務、工業(yè)安全、機械、化學、儀表、電氣等部門，干預的成功性取決于冷源干預小組成員明確分工和高效合作。

通過分析寧德、嶺澳機組的響應行動，發(fā)現有以下幾點需要注意：

（1）在監(jiān)測及打撈過程中，電站應急人員及打撈人員持續(xù)不間斷的對取水口進行監(jiān)測；

（2）及時在泵站鋪設臨時沖洗水帶，可以考慮利用消防水進行高壓沖洗，做好與消防隊的溝通；

（3）降功率涉及到和電網的溝通，提前做好與電網的溝通，不能延誤降功率的時機，提前做好降功率的預案；

（4）注意廠用水泵與循環(huán)水泵的配置，監(jiān)測對應列廠用水泵的運行狀況，若有必要將廠用水系統運行列的CRF泵停運，減少對蝦群的抽取，以維持廠用水系統的可用性；

（5）以確保機組安全優(yōu)先，做好執(zhí)行事故規(guī)程的準備，穩(wěn)定機組。

隨著國內外越來越多的經驗反饋、冷源保障體系的運轉實踐、冷源技術改進以及冷源響應策略的不斷優(yōu)化，冷源的可靠性將大幅提升。參考文獻：[1]國家核安全局.核動力廠設計安全規(guī)定，HAF 102[S].北京：國家核安全局，2016.[2]國家核安全局.核電廠最終熱阱及其直接有關的輸熱系統，HAD 102/09[S].北京：國家核安全局，1987.[3]WANO SOER 2007-2.Intake Cooling Water Blockage[R].USA，WANO，2017.[4]吳彥農，王婭琦，候秦脈等.海洋異物堵塞核電廠取水系統事件的經驗反饋[J].核安全，2017，16（01）：26-32.作者簡介：陳杰（1990-），男，河南信陽人，本科，學士，助理工程師，從事預備操縱員工作。