華南地區核電廠冷源安全保障能力現狀和建議

王 進，馬成輝，鄒 青

（生態環境部華南核與輻射安全監督站，深圳 518034）

海生物或異物在濱海核電廠循環冷卻水取水口附近爆發會對取水安全構成一定的威脅。2004年至2015年期間，世界核電運營者協會（The World Association of Nuclear Operators，簡稱WANO）［1］通告了國外核電廠104起有關冷卻水取水口堵塞導致反應堆降功率、手動停堆和自動停堆等運行事件，其中約20%的事件對安全相關系統造成直接影響，超過80%的事件對機組發電造成影響。我國現有核電廠均分布在濱海地區，也發生過多起因海生物或異物堵塞取水口影響取水安全的事件。2016年4月，國家核安全局發布了《國家核安全局關于近期海洋生物或異物影響核電廠取水安全事件的通報》［2］（國核安發〔2016〕91號）。國內外的經驗反饋促使各核電廠營運單位重視冷源安全問題，不同的核電廠采取了一些防范措施，但2020年3月24日和25日，陽江核電廠接連發生因海生物（毛蝦群）入侵取水口導致海水旋轉濾網堵塞觸發汽輪機跳閘和反應堆緊急停堆的事件（跳機跳堆事件），對核安全控制和電網安全均造成一定的不利影響。該類事件暴露出各核電廠在冷源安全保障能力方面還存在薄弱環節。本文對華南地區各核電基地的冷源安全保障設施進行了調研，并就目前存在的短板提出了相應的建議。

1 核電廠冷源需求和安全措施

核電廠循環水過濾系統（CFI）的設備為保證常規島循環水系統（CRF）、重要廠用水系統（SEC）、輔助冷卻水系統（SEN）和最終冷卻水系統（SRU）的水源提供過濾功能，經過濾處理后的海水作為電廠冷源向凝結水抽取系統（CEX）、設備冷卻水系統（RRI）、常規島閉路冷卻水系統（SRI）、循環水處理系統（CTE）和安全殼余熱排出系統（EVU）提供滿足流量和壓力要求的冷卻水。在機組正常運行（包括停堆）或事故工況下，核安全相關的余熱排出系統和安全殼噴淋系統的熱量均由RRI導出，而SEC導出RRI傳輸的熱量，最終被輸送回海水中［3,4］。因此，確保SEC的冷卻水取水安全，也就保證了核電廠的最終熱阱安全，對保障機組安全穩定運行具有重要意義。

海洋環境中的大量海生物或異物有可能在短時間內爆發聚集，并在近岸洋流、浪涌和惡劣氣候風向疊加等因素的作用下入侵循環冷卻水取水系統，造成CFI的旋轉濾網堵塞，若不能及時消除或減輕堵塞，旋轉濾網的壓差上漲，觸發CRF循環水泵跳泵，致使機組自動停機停堆。為保證冷卻水的取水安全，電廠根據設計要求，在核電廠最終熱阱和安全用水泵入口之間設置安全級濾網，并對濾網進行定期清洗，對濾網裝置和換熱器進行定期清洗或反沖洗，并對換熱器和濾網的堵塞進行監控。不斷改進完善取水區域設施設備的布置、流道設計、冷源風險監測與預警、海生物的驅除、攔截與捕撈以及制定冷源應急預案等，均以強化冷源的縱深防御體系為目的［5-7］。

為滿足冷源的安全用水需求，在取水過程中通常設置有粗格柵、細格柵和旋轉濾網等固定過濾裝置，保證進入電廠系統的冷卻水以階梯方式得到充分過濾。近年來，根據國內外經驗反饋，為加強冷源的安全性和可靠性，在取水前端新增了多道攔截網，這些新增的攔截網中，有些是強度較高、孔徑較大的合金網，有些則是強度較低、孔徑較小的尼龍網。各核電廠因地制宜，在攔截網的布置和數量上也存在差異。但其目的都是一致的，即攔截海生物和異物，將海生物等阻隔在前端，防止其大量涌入泵站前池，減輕旋轉濾網的過濾壓力，保障冷源安全。此外，核電廠都設置有加藥系統，該系統的目的是向流入系統的海水加入次氯酸鈉，起到消殺水中海生物孢子的作用，抑制海生物在系統內的生長［8,9］。

為保障冷源系統安全，核電廠都設置有旋轉濾網壓差高跳CRF泵信號，優先保障事故工況下SEC的用水安全需求。

《與核電廠設計有關的外部人為事件》［10］（HAD102-05）中相關的設計要求可歸納為：監測、冗余、攔截、可替換、抑制生物/可清潔和運維程序。《核電廠最終熱阱及其有關的輸熱系統》［11］（HAD102-09）中的相關措施歸納為：適當的評價生物現象、抑制生長/可清潔、攔截、多樣性和監測。

2 華南地區核電廠冷源安全保障現狀

2.1 廣東大亞灣核電基地

大亞灣核電基地共有6臺運行機組，其中大亞灣核電廠1、2號機組共用一個取水明渠；嶺澳核電廠1、2、3、4號機組共用一個取水明渠，如圖1所示。

圖1 大亞灣核電基地冷卻水取水口示意圖Fig.1 Diagram of cooling water intake of Daya Bay NPS

從取水明渠來的冷卻水（海水）經由粗格柵、水閘門、固定式攔截格柵過濾后進入旋轉濾網并對海水進一步過濾后作為SEC、CRF、CTE和SEN等系統提供滿足凈化要求的海水。

大亞灣核電廠和嶺澳核電廠取水明渠設置了海洋生物監測和攔截設施，如表1所示。

表1 大亞灣核電基地海洋生物監控和攔截設施Table 1 Marine biological monitoring and interception facilities of Daya Bay NPS

大亞灣核電廠和嶺澳核電廠制定了冷源安全風險應急預案，在核電廠進入冷源應急狀態后，密切監視海生物和冷源狀況，根據CFI旋轉濾網壓差來采取降功率、解列、停堆等相應后撤措施。

2016年1月9日，嶺澳核電廠2號機組因毛蝦群入侵引發旋轉濾網壓差高跳泵導致機組跳堆，其他機組旋轉濾網壓差也有升高現象。事件發生后的整改措施主要采取增加水下聲吶、視頻監控等海生物監測設備，增設攔截網等來提高冷源安全保障能力。

改進措施實施后，大亞灣核電基地未遭受過大規模的海生物入侵。但從陽江“3.24”“3.25”冷源事件結果看，改進效果還有待檢驗。

2.2 廣東臺山核電基地

臺山核電廠設計上是采用隧道遠端取水方式，同時配備緊急情況下的納潮取水方式，取水通道長達8公里，如圖2所示。臺山核電廠CFI從位于海水庫的前池吸水，每個旋轉濾網分別通過2個安裝有閘門和細隔柵的流道進水。CFI旋轉濾網沖洗系統從旋轉濾網后吸水對其進行連續沖洗，沖洗水通過排水槽排至虹吸井（進虹吸井前，通過垃圾收集筐將固體污物過濾），然后經由排水暗涵管和排水明渠進入大海。在冷源安全遇到風險時，CRF的跳泵邏輯與旋轉濾網上下游液位差、海水庫液位和旋轉濾網下游液位相關，優先保障SEC取水安全。

圖2 臺山核電基地冷卻水取水口示意圖Fig.2 Diagram of cooling water intake of Taishan NPS

臺山核電廠制定了冷源安全風險應急預案，在核電廠進入冷源應急狀態后，采取提前降功率、停機停堆等更保守的策略控制機組。因取水的獨特設計以及機組投運時間短，截至目前臺山核電廠未發生威脅冷源安全的事件。

表2 臺山核電基地海洋生物監控和攔截設施Table 2 Marine biological monitoring and interception facilities of Taishan NPS

2.3 廣東陽江核電基地

陽江核電廠6臺機組共用一個取水明渠，如圖3所示。冷卻水取排水工程采用西取東排布置，海水經取水明渠流入泵房前池。前池中的海水通過水閘門、粗格網、細格柵的流道到達旋轉濾網。CFI系統配置有沖洗裝置，對旋轉濾網進行連續沖洗，旋轉濾網排出的固體污物進入2臺機組公用的沖洗水槽，靠重力將沖洗水排向泵站東面的大海。在冷源安全遇到風險時，CRF的跳泵邏輯與旋轉濾網上下游液位差、CFI旋轉濾網后的絕對水位值相關，優先保證SEC系統的取水安全。

圖3 陽江核電基地冷卻水取水口示意圖Fig.3 Diagram of cooling water intake of Yangjiang NPS

陽江核電廠在進水明渠處布置的監測設施和攔截設施如表3所示。此外陽江核電廠配備了1艘多功能捕撈船和2艘小型捕撈船用于海生物打撈和攔截網日常維護。根據“3.24”“3.25”冷源事件的經驗反饋，陽江核電廠現有的海洋生物監測預警系統對毛蝦等部分海生物預警識別能力較弱，處置響應能力存在不足。這次冷源事件發生后，陽江核電廠增設了多道臨時攔截網，但尚處于試驗驗證階段，需要積累經驗后制定最終方案并予以固化。

表3 陽江核電基地海洋生物監控和攔截設施Table 3 Marine biological monitoring and interception facilities of Yangjiang NPS

2.4 廣西防城港核電廠

防城港核電廠1、2號機組循環冷卻水從廠址東側海域通過取水明渠取水，在廠址南側通過排水明渠排水。取水明渠長約1450米，如圖4所示。

圖4 防城港核電廠冷卻水取水口示意圖Fig.4 Diagram of cooling water intake of Fangchenggang NPS

取水口監測攔截設施如表4所示。

表4 防城港核電基地海洋生物監控和攔截設施Table 4 Marine biological monitoring and interception facilities of Fangchenggang NPS

防城港核電廠成立了冷源專項小組，統籌電廠冷源相關技術問題的處理，技術改進項目的落實，以及電廠冷源應急響應措施的管理，制定了《廣西防城港核電廠冷源總體應急預案》，確保電廠冷源異常事件處置行動安全和有效運作。

2.5 海南昌江核電廠

昌江核電廠1、2號機組取水設施分為：取水明渠和攔截網、取水閘門井、取水隧洞和聯合泵房內的CFI，如圖5所示。

圖5 昌江核電廠冷卻水取水口示意圖Fig.5 Diagram of cooling water intake of Changjiang NPS

昌江核電廠1、2號機組共用一個取水明渠，后續3、4號機組及小堆也將共用該取水明渠。取水明渠原設計為直堤，為了提高取水海堤消浪和攔截功能，降低冷源安全風險，2019年開始對取水明渠進行改進優化，取水明渠改造為弧形環抱堤。采用的監測攔截設施如表5所示。

表5 昌江核電廠海洋生物監測攔截設施Table 5 Marine biological monitoring and interception facilities of Changjiang NPS

在冷源保障方面，昌江核電廠還做了進一步優化，如1、2號機組主控室增加格柵除污機和旋轉濾網實時液位、液位差以及旋轉濾網H1/H2液位差報警信號；旋轉濾網反沖洗水流道增加回轉式除污機；1、2號機組旋轉濾網驅動減速機換型改造；聯合中船重工719研究所共同研發一套取水口致災生物監測預警系統；多手段進行監控（海事衛星、海生物預警監測系統、無人機、無人潛航器和潛水員）。

2.6 廣東太平嶺核電廠

太平嶺核電廠的冷卻水取水方式采用明渠取水，排水經暗渠排入3公里外海域，如圖6所示。

圖6 太平嶺核電廠冷卻水取水口示意圖Fig.6 Diagram of cooling water intake of Taipingling NPS

CFI從前池取水，經ABC 3列通道流向用戶，其中C列為SEC系統專用通道，AB列的海生物和異物攔截布置依次為粗格柵、清污機+細格柵、半流道鏈網和旋轉濾網，C列的海生物和異物攔截布置依次為粗格柵、清污機+細格柵和全流道鏈網。CFI旋轉濾網沖洗系統取水方式暫未確定。在冷源安全遇到風險時，CRF系統的跳泵邏輯與旋轉濾網壓差相關，優先保障SEC的取水安全。

在前端海生物應對方面，設計方案尚未固化，后續將在取水口外設置多種預警裝置，在明渠內布置攔截打撈平臺并配置網兜等攔截裝置。

3 存在問題分析

我國核安全法規標準僅對最終熱阱的設計有相關要求，各核電廠的最終安全分析報告只對SEC用水安全做了相關描述，但在冷源安全保障措施方面缺少統一規范要求，對其有效性也缺少評價準則。目前各核電廠營運單位采取的冷源安全保障措施如表6所示。

表6 各核電基地冷源安全保障設施Table 6 Marine biological monitoring and interception facilities of NPS

2014-2016年期間，我國多個核電廠取水口發生海生物入侵事件，如紅沿河核電廠的水母入侵、防城港核電廠的棕囊藻入侵、寧德核電廠的海地瓜入侵、嶺澳和陽江核電廠的毛蝦入侵，造成機組狀態后撤或跳機跳堆等事件。

2017-2018年期間，昌江核電廠發生2起取水口異物入侵，造成跳機跳堆事件。

華南地區各核電基地根據相關經驗反饋，陸續開展了多項冷源安全保障措施改進行動。主要有增加海生物和異物監控設備，如水下攝像頭、聲吶、遠程紅外監測、水質監測等；增設攔截設施，如細目兜網、氣幕裝置等；增加捕撈裝置，如專用捕撈船、兼職打撈漁船等。核電廠在采取這些改進措施后，一定程度上提高了冷源安全保障能力。2017-2019年間，華南地區未發生因海生物入侵導致的機組緊急停堆或者后撤事件。但隨著陽江2020年3月24日、25日連續發生海生物入侵導致機組緊急停堆事件的發生，特別是3月25日，4臺機組緊急停堆，2臺機組后撤至停堆，陽江核電基地6臺機組全部處于停堆狀態。6月13日，嶺澳3號機組因海洋生物“筆帽螺”突破CFI鼓網和貝類補集器濾網攔截，進入SEC熱交換器導致SEC壓差升高，最終機組降功率解列后緊急清理進入熱交換器的海洋生物。這些事件的發生表明核電廠的冷源安全保障措施仍存在薄弱環節。結合華南地區核電基地冷源安全保障設施現狀和陽江緊急停堆事件，歸納分析相關問題如下：

（1）工程設計階段未充分考慮冷源安全保障要求。從實踐看，部分核電基地的取水明渠流道過短過直，缺少對海生物入侵的自然緩沖；濾網進出水方式多為“內進外出”，容易造成海洋生物堆積堵塞濾網。

（2）攔截設施缺少規范設計。各核電基地的攔截設施各不相同，攔截網在大量海生物入侵時的阻攔作用考慮不足、可靠性較差，普遍存在可維護性差等問題。

（3）海生物探測預警裝備存在盲區。華南地區大部分核電基地均配備了水下攝像頭、聲吶、水質監測浮標等，這些設備對部分體型較大的海生物等起到一定的探測作用，但對體型較小的海生物探測能力不足，探測系統通過人工觀察識別，缺少自動預警功能。臺山核電基地尚未配備探測預警裝備。打撈能力保障不足，部分核電基地自配專業捕撈船只，但由于使用頻次低，船只的維護保養難度大。外協合作的兼職打撈漁船，打撈能力較弱，響應速度慢。

（4）冷源安全面臨風險時的機組控制策略不明確。冷源安全面臨風險時，機組需要迅速采取合適的控制策略，降功率甚至后撤至停堆狀態，并考慮多機組聯動。華南地區部分核電基地未制定冷源安全風險時的機組控制策略，現有的控制策略未考慮多機組聯動問題。

（5）針對取水口附近海域的海洋生物的調查研究及其生長繁殖規律的認知不足。

4 建議

本文根據華南地區核電廠冷源保障設施設備的現狀和問題，結合陽江核電廠海生物入侵事件的經驗反饋，提出如下建議。

（1）在循環冷卻水取水口工程設計和施工階段，取水明渠應充分考慮足夠的防御深度，優化流道設計，避免海生物快速從海洋到達前池；所采取的各項工程措施要經充分論證，并在施工階段完成安裝，避免推延到運行階段再進行現場改造；合理改進循環水過濾系統旋轉濾網的進出水方式，提高海生物清理能力，減少海生物在濾網內的堆積，避免堵塞濾網。

（2）格柵、攔截網、電脈沖攔網、水下聲波、空氣氣泡幕墻和打撈工具等冷源保障設施設備應納入核電廠設備管理體系，編制定期巡檢、清理和更換準則，確保其可用性和可靠性；同時要能防止大量海生物被攔截時對網體結構造成損傷、脫落甚至流道堵塞，避免次生災害的發生。

（3）進一步有針對性地改進海生物監測設施設備，提高監測預警能力。未配備海生物監測設施設備的核電基地，應結合實際配備相應的設施設備，提高冷源按保障能力；建立可靠穩定的海生物應急捕撈清理能力，核電集團可統籌考慮建立區域捕撈隊伍。

（4）加強對泵房前池和旋轉濾網后的液位監視，保證安全用水量滿足限值要求，確保SEC系統的取水需求；結合機制實際制定合理可行的冷源安全應急預案并嚴格執行，加強運行人員的培訓和演練。

（5）進一步加強取水口附近海洋生物的生長繁殖規律研究，改進完善海水水質和海生物監控設施設備，提高監測預警能力。

核電廠冷源安全事件接連發生，一方面核電廠營運單位應加強冷源安全保障設施建設，提高冷源安全保障能力，另一方面營運單位應堅持底線思維，采取保守決策的策略控制機組運行，在冷源安全遇到挑戰時，及時將機組控制在安全狀態。