淺談某核電廠海工設計與改進

劉天棟　孫婷

【摘 要】核電廠海工系統(tǒng)的設計關系到核電廠的取水安全。我國許多核電廠出現(xiàn)過由于海生物爆發(fā)、臺風等造成停機停堆事件。本文通過對我國南方某核電廠取水安全問題引發(fā)的降功率和停機停堆事件進行討論，引出該核電廠的海工設計問題，并對該核電廠針對海工設計的改進方案進行分析研究。結果表明，改進后的海工系統(tǒng)在攔截能力、抗風浪能力、海生物預警等方面都有了很大提高，可有效保障核電廠的取水安全。

【關鍵詞】攔污網;網箱;樁基式;防浪堤

中圖分類號： TU352.11文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）22-0197-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.091

0 前言

近期，我國核電廠陸續(xù)報告了多起由于海生物或海洋雜物堵塞取水系統(tǒng)而引發(fā)的運行件，相關異常報告的數量呈增多態(tài)勢[1]。我國南方某核電廠在商運的3年多時間內多次由于其海工系統(tǒng)設計問題而爆發(fā)海生物、雜物入侵事件導致降功率、停機停堆，威脅核安全并產生經濟損失。該核電廠在兩次停機、停堆事件后對海工問題實施了針對性的改進措施，并在實際運行中取得了良好的效果。

1 海工系統(tǒng)設計

該核電廠取水明渠位于廠址的東北側，采用直堤式設計，長度約550m。在距取水閘門井（CB1）取水口約500m及260m處各設一道“一字型”攔污網，如圖1所示。明渠內的攔污網、CB1、取水隧洞（CB2）和聯(lián)合泵房（PX泵房）內的循環(huán)水過濾系統(tǒng)（CFI）可保證核電廠的取水安全。各部分過濾能力分別為：明渠內第一道攔污網一級網格尺寸為2500mm×2500mm，二級網格的尺寸為80mm×80mm，二道攔污網網格尺寸50mm×50mm。CB1內的取水閘門井柵條間距為200mm;PX泵房內的兩套細格柵及格柵除污機，柵條間距為50mm;鼓形濾網網孔尺寸為？準3mm;貝類捕集器網孔尺寸為？準2mm。圖2為該核電廠的CFI系統(tǒng)示意圖。

2 冷源事件介紹

該核電廠運行期間發(fā)生過多次由于海工問題導致的降功率、停機停堆等事件，本文選取了三個有代表型的海工問題導致的降功率、停機停堆事件進行介紹。

2016年8月18日，該核電廠1、2號機組受臺風“電母”影響，大量藻類和生活垃圾入侵，造成攔污網前雜物淤積，攔污網堵塞嚴重，通流能力下降，導致攔污網前池水位較低，降低了1、2號機組的CRF流量，凝汽器真空下降，機組降功率運行。

2016年10月18日，該核電廠2號機組因臺風“莎莉嘉”影響降負荷至25%Pn。10月19日凌晨，大量雜物（草根、樹葉、塑料袋等）以及貝類、海藻、小魚被海浪攪動，受取水流道流體抽吸作用進入取水流道、鼓網，循環(huán)水過濾系統(tǒng)（CFI）兩臺鼓網陸續(xù)出現(xiàn)壓差高4信號，致使循環(huán)水系統(tǒng)（CRF）兩臺泵相繼自動跳閘，凝氣真空由6.3KPa快速上升到28.8KPa，機組停機停堆。

2018年4月6日，核電廠取水海域六級大風，大量海藻等海生物涌入取水口，造成2號機鼓網壓差升高。4月7日凌晨，2號機經過兩次降功率操作，穩(wěn)定在300MWe功率運行狀態(tài)。在第二次降功率期間（7：53），2號鼓網壓差達到高4定值導致循環(huán)水泵2CRF002PO自動跳閘。4月7日12：32，由于2CRF001PO對應的鼓網壓差突然升高。2：35：20，鼓網壓差達到高4報警值（0.8m），觸發(fā)循環(huán)水泵2CRF001PO自動跳泵。12：35：25，2號機組汽輪機跳閘，反應堆停堆。

3 海工系統(tǒng)設計分析

（1）取水明渠采用直堤式設計，海水無阻擋直接進入明渠，無法有效消浪，明渠內的波浪較高。取水門口無導流堤，上游海域垃圾受偏北風影響往核電廠方向遷移，容易在直堤東側堆積，在潮汐作用下進入直堤。

（2）設置了兩道“一字型”攔污網，并且采用浮筒式設計，直接面對強風浪以及受海浪搬運碎石的影響，易重復性地發(fā)生較為嚴重的損壞，導致攔污網失去攔截能力。

（3）取水海域易發(fā)生海藻、貝類等海生物爆發(fā)，且取水明渠內波浪較大，在西北向浪作用下掀沙作用明顯，底部貝殼碎屑易隨水流進入取水流道，而兩道攔污網網孔尺寸過大，無法有效攔截海藻、貝類海生物的入侵。

（4）細格柵除污機存在缺陷，耙齒尺寸過大，無法撈耙細小海生物和垃圾，海生物和垃圾隨水流進入下游鼓網，對其運行產生較大壓力。

4 海工系統(tǒng)改進分析

針對該核電廠海工設計問題，制定了一些針對性措施，并按照時間順序制定了近期、中期、遠期策略分步對海工問題實施改進。目前近期、中期計劃已基本完成。

4.1 近期改進措施

取消原第一道攔污網，在原位置處安裝了臨時網箱防御設施，共設置了4個直徑25m的網箱、3個直徑為30m的網箱，將網箱連接成整體，并在網箱內側弧面布置網片。每個箱體向迎水面設置兩道底錨固定，單排箱體之間的連接點向迎水面設置底錨固定，在迎水面網片增加金屬配重沉底，使網箱沉入渠底。該方案雖對海生物、雜物可進行有效攔截，但仍然無法解決大浪情況下攔污網容易受到破壞的問題，是用于海藻入侵事件后過渡性攔污措施，在中期改進時將其拆除。

4.2 中期改進措施

（1）在取水頭部增設“樁基型”攔污網，攔污網布置在取水東、西導流堤堤頭區(qū)域，錨定位置距離堤頭約30m。采用“人字形”布置形式，一級網格尺寸為2500×2500mm，二級網格尺寸為30×30mm。攔污網側軸線與取水東、西堤軸線成60°夾角，“人字形”夾角為120°，兩側均長 128.172m。共設置7座錨碇樁基式墩臺。樁基平臺上設置絞車，攔污網通過樁基平臺上絞車連接，與取水明渠防波堤上設置的絞車連成整體共同組成機械升降攔網裝置。

固定式樁基可有效減小攔污網兩支點間的網片跨度，有效降低了水流力和風浪產生的波浪力對攔污網的影響，從而解決了惡劣天氣下頭部攔污網易遭受損壞的問題。

（2）取消原第一道“一字型”攔污網，在原位置處設置“網兜型”攔污網。“網兜型”攔污由20個網兜拼接而成，與防波堤連接的兩側各有一個30m長的邊坡垂直網。網兜為方形結構，由前道引導網兜和后道可拆卸收集網兜組成。引導網兜采用漸變收口設計，寬6m，高8m，深22m，網孔尺寸10×10mm。收集網兜深8m，可與引導網兜分離以便進行更換和維護。網兜材質為超高分子聚乙烯材料并經過耐磨和防海生物附著處理。

“網兜型”攔污網較之前“一字型”攔污網網孔尺寸小，對尺寸在3cm以下微小海生物如貝類、海藻、魚蝦等也有很好的攔截效果。

每個網兜為獨立的整體，有效攔截面積約370m2，總有效攔截面積為約7500m2是原“一字型”平面攔污網有效攔截面積的5.3倍。有效攔截面積大大增加即使在海生物爆發(fā)期間網兜表面大面積淤塞情況下仍有良好的通流能力，減少了可能的取水流量不足的風險。

當收集網兜內海生物收集滿后，可直接拖放至拖船上進行清理，無需水下作業(yè)，清理工作效率高、過程簡便、易于操作、成本低。

在取水明渠加裝“網兜型”攔污網后的6-7月份期間，每周清理海生物及垃圾約15-30噸，大大減輕了鼓網運行壓力。

4.3 遠期改進措施

（1）在第二道攔污網靠近CB1內60米處設置第三道攔污網，為浮筒式“一字型”攔污網，網孔尺寸10×10mm，其設計與第二道攔污網類似。由于7-10月份的臺風季節(jié)取水海域會形成4m以上的大浪，惡劣天氣加上海生物爆發(fā)，靠近取水門口的攔污網損壞可能性大。設置第三道攔污網作為取水口前兩道攔污網損壞失效后的最后的海生物和雜物攔截屏障，已達到進一步保障機組安全的目的。

（2）將取水明渠東堤延長560米增加一道防浪堤，成環(huán)抱式布置，起到消浪和攔擊作用，并在取水門口處增加一道“人字形”攔污網。防浪堤阻擋與導流作用，可有效避免上游垃圾在西北向風浪作用下直接進入取水口，而且由于改進后取水門口水深增加，取水流速降低，改善了取水條件，可有效降低取水門口的卷吸效應，更好的防止海生物和漂浮物在取水門口前聚集。改進后取水明渠圖如圖3所示。

4.4 其他改進措施

（1）針對細格柵除污機耙齒尺寸大，撈渣效果不佳的問題，對格柵除污機加裝細耙齒，增加格柵除污機的撈耙雜物能力。

（2）委托海洋研究所分析取水海域海生物的產生和運動規(guī)律，定期對取水海域海生物巡查、取樣并反饋給相關部門。

（3）與氣象部門建立異常氣象預報機制，利用衛(wèi)星監(jiān)視海域海藻情況，對海藻類爆發(fā)進行預警，提前做好應對準備工作。

（4）建立取水口構筑物、設備及相關系統(tǒng)狀況的定期檢查、設備可靠性及系統(tǒng)健康評價機制。對設備異常、故障及時維修并建立跟蹤，監(jiān)視相關系統(tǒng)、設備的可靠運行。

5 結論

通過對該核電廠取水明渠設置多重攔污網，使取水明渠海生物攔截功能較之前的攔污系統(tǒng)有明顯提高。通過增加樁基型攔污網，使抗風浪能力得到加強。遠期通過設置環(huán)抱式防浪堤，可實現(xiàn)消浪功能和有效降低取水明渠門口處海生物與雜物聚集風險。通過建立氣象和海生物預警和監(jiān)測系統(tǒng)，可提前預知海生物爆發(fā)并做好準備。這些措施使該核電廠海工問題得到了有效解決，保證了核電廠的取水安全，保證了機組安全穩(wěn)定運行。

【參考文獻】

[1]吳彥農，王婭琦，候秦脈，焦峰，孫國臣.海洋異物堵塞核電廠取水系統(tǒng)事件的經驗反饋[J].核安全，2017，16（01）：26-32.