秦二廠1、2號機(jī)組安全廠用水系統(tǒng)海洋生物入侵風(fēng)險(xiǎn)淺析

劉泳

【摘 要】通過對秦二廠1、2號機(jī)組鄰近海域生物與非生物環(huán)境生態(tài)各要素的調(diào)查，進(jìn)行了海域生態(tài)環(huán)境及水質(zhì)狀況的簡要分析。結(jié)果認(rèn)為， 秦二廠1、2號機(jī)組鄰近海域具典型強(qiáng)潮河口灣生態(tài)特征，營養(yǎng)鹽豐富。潮汐、徑流和灣外海水入侵是導(dǎo)致海洋環(huán)境要素季節(jié)和年際變化并直接影響海洋生物結(jié)構(gòu)的主要因子。水體富營養(yǎng)化指數(shù)上升是沿岸工業(yè)和生活污水大量排放的結(jié)果。安全廠用水系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行是整個(gè)機(jī)組正常運(yùn)行的前提。本文重點(diǎn)介紹本系統(tǒng)容易出現(xiàn)的“老問題”和近期的一些“新問題”，分析原因，探討解決辦法和改進(jìn)措施，希望對本系統(tǒng)防范海洋生物入侵，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行有所裨益。

【關(guān)鍵詞】安全廠用水系統(tǒng)；運(yùn)行；故障；經(jīng)驗(yàn)反饋；海域；生態(tài)環(huán)境；水質(zhì)評價(jià)

0 前言

安全廠用水系統(tǒng)（以下簡稱SEC系統(tǒng)）是用來將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（以下簡稱RRI系統(tǒng)）收集的熱負(fù)荷輸送到最終熱阱—海水，同時(shí)作為冷卻系統(tǒng)的一部分，它又具有安全功能，在正常運(yùn)行和事故工況下能把從安全有關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件來的熱量輸送到最終熱阱。由于和海水直接接觸，SEC系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境惡劣，設(shè)備負(fù)擔(dān)重，故障率較高，且存在海洋生物入侵的風(fēng)險(xiǎn)，對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。

1 系統(tǒng)運(yùn)行

1.1 系統(tǒng)流程

每個(gè)機(jī)組的安全廠用水系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立且實(shí)體隔離的回路構(gòu)成A、B系列，每個(gè)系列有兩臺并聯(lián)的100%容量的SEC泵。

在整個(gè)SEC系統(tǒng)（兩個(gè)機(jī)組）的起點(diǎn)，由兩條DN 1200的鋼筋砼內(nèi)襯玻璃鋼管的隧道從杭州灣取水，取水口位于低低海水水位（-5.82mYSD）以下，為CRF和SEC系統(tǒng)共用。

經(jīng)過近300m的輸水隧道后，在進(jìn)泵房前，兩條DN 1200的管道分成了四條DN 750的隧道進(jìn)入安全廠用水泵房（PX泵房）。海水在PX泵房通過攔污柵及格柵除污機(jī)、鼓形濾網(wǎng)等設(shè)備去除海水中的雜物。泵房內(nèi)設(shè)有八臺攔污柵和格柵除污機(jī)，四臺SEC鼓形濾網(wǎng)，對應(yīng)每臺鼓形濾網(wǎng)的上游分別配備有一個(gè)檢修閘門。

鼓形濾網(wǎng)的出口進(jìn)入SEC泵的吸水暗渠。吸水暗渠分為兩格，每兩臺鼓形濾網(wǎng)的出口與一格暗渠相連，兩格暗渠中間以雙隔離閥隔開，平時(shí)關(guān)閉。在暗渠中設(shè)有攪沖管沖沙以防止泥沙沉積。每格暗渠與兩個(gè)機(jī)組的各一個(gè)系列相連。

SEC泵出水管沿GA溝進(jìn)核輔助廠房的NE/F區(qū)之后，為了防止貝類、水母等有機(jī)物的滋生，海水先經(jīng)過貝類捕集器再進(jìn)入RRI/SEC板式熱交換器。

每條回路的SEC管先排入溢流井，然后排入鋼筋砼管道（GS），最后匯入CRF系統(tǒng)的排水井（CC）排至最終熱阱——海水。一個(gè)機(jī)組的一條鋼筋砼排水管（GS）能排出兩個(gè)機(jī)組的排水量。對每臺機(jī)組，每個(gè)系列的溢流井之間設(shè)有連通孔以保持未運(yùn)行的SEC系列處于充水狀態(tài)。

為防止水生物的侵入，在取水頭部或泵房的攔污柵前投加NaClO溶液，抑制和殺死海水中的有機(jī)物，并在RRI/SEC板式熱交換器之前加設(shè)貝類捕集器，防止貝類、水母等有機(jī)物的滋生對板式熱交換器的危害。

在系統(tǒng)所有的管路上，考慮水的流速大于自清流速（0.5m/s），使泥沙在整個(gè)系統(tǒng)中不沉積，最終排入大海。

1.2 系統(tǒng)重要性分析

安全廠用水系統(tǒng)的重要性及在該類事件中可能造成的后果本系統(tǒng)為RRI系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，RRI的重要的用戶有主泵、上沖下泄、PTR乏池冷卻、DEG、RRM、RRA系統(tǒng)等。一旦發(fā)生SEC完全喪失，RRI系統(tǒng)受到較大影響，其后果非常嚴(yán)重，需要立即向退防狀態(tài)后撤。

安全廠用水系統(tǒng)全部喪失所造成的后果與機(jī)組初始狀態(tài)有關(guān)。一般說來， 需要分析兩種工況。當(dāng)機(jī)組處于功率運(yùn)行熱停堆或者中間停堆時(shí)， 余熱排出系統(tǒng)沒有與一回路相接通， 反應(yīng)堆的衰變熱應(yīng)由二回路旁通排放系統(tǒng)導(dǎo)出。另外， 當(dāng)核電廠處于中間停堆、冷停堆、換料或者維修時(shí)， 余熱排出系統(tǒng)與一回路相接通， 反應(yīng)堆的衰變熱由余熱排出系統(tǒng)導(dǎo)出。本文將不對上述兩種初始狀態(tài)時(shí)， SEC系統(tǒng)全部喪失所引起的瞬態(tài)過程和與之有關(guān)的H1規(guī)程進(jìn)行分析。

2 海洋生物入侵導(dǎo)致故障的案例介紹和分析

2.1 大量水母涌入導(dǎo)致紅沿河H12號機(jī)停堆事件分析

2.1.1 事件介紹 2014年7月21日，紅沿河二號機(jī)組在滿功率運(yùn)行，由于大量水母涌入H1/2CFI取水口，03：32主控發(fā)現(xiàn)H2CFI031/032TF壓差異常上漲，00：37跳泵，導(dǎo)致汽輪機(jī)跳機(jī)，冷凝器真空惡化，反應(yīng)堆自動停堆（C8+P10+冷凝器不可用）。4：02，H1號機(jī)因同樣原因跳堆。后經(jīng)專業(yè)人員打撈，海面水母數(shù)量呈減少趨勢。

上述事件中提到的CFI系統(tǒng)為海水粗過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)行情況直接影響下游CRF等系統(tǒng)的可用性。遼寧紅沿河核電廠地處渤海遼東灣東海岸地處廠址近岸海域?yàn)槿惡Ｓ蚬δ軈^(qū)，執(zhí)行三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在對海水水質(zhì)的監(jiān)測中，發(fā)現(xiàn)因受到沿岸生活污水、農(nóng)業(yè)污水和養(yǎng)殖污水排放的影響，海水中的活性磷酸鹽和無機(jī)氮的部份監(jiān)測值均高于三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，海水存在富營養(yǎng)化的趨向。

2.1.2 結(jié)合秦二廠1、2號機(jī)組情況分析 與上述海域不同，秦二廠所處的杭州灣海域潮流急，潮差大，懸沙含量高，大部分海水水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)超三類。取水口附近海域底層有機(jī)質(zhì)含量極低，海水透明度小，真光層薄，鹽度低，營養(yǎng)鹽含量高，溶解氧充分，使得浮游植物種類雖多，總量不多，且個(gè)體偏小。因極不穩(wěn)定的底質(zhì)環(huán)境使絕大部分底內(nèi)、底上和附著生物無法棲息、居留，浮游動物存量一般。以致取水口附近資源貧瘠，種類組成簡單。

秦二廠相關(guān)系統(tǒng)受到海洋動、植物無征兆大量涌入的可能性不高。秦二廠海域?yàn)l臨錢塘江口，為河?；旌系乃颦h(huán)境，半咸水、淡水和少數(shù)的外海廣布種以及隨潮流泛起的底棲性單細(xì)胞藻類構(gòu)成浮游植物種群結(jié)構(gòu)的多樣性，其中微小型以及個(gè)體偏小的浮游植物占很大比重，從而更能適應(yīng)取水口附近海域潮流劇烈運(yùn)動的物理特性。隨著近年來沿岸工業(yè)和生活污水的大量排放，秦二廠附近海域富營養(yǎng)化程度的不斷提高，取水口附近可能會因赤潮生物的繁殖積聚而形成一定規(guī)模的“水華”。所以在特定季節(jié)，運(yùn)行應(yīng)密切關(guān)注主控相關(guān)報(bào)警，加強(qiáng)對PX泵房設(shè)備的巡檢。建議有關(guān)處室定期加強(qiáng)海洋環(huán)境水質(zhì)的監(jiān)測。

2.2 大量水草涌入導(dǎo)致秦二廠3號機(jī)降功率事件分析

2.2.1 事件概述 2011 年6 月20 日因錢塘江上游水庫放水導(dǎo)致大量雜物垃圾堆積并進(jìn)入取水口，同時(shí)由于3號機(jī)組CRF 格柵除污機(jī)運(yùn)行效果不佳，3CRF 循環(huán)水鼓網(wǎng)附著大量水草雜物，鼓網(wǎng)內(nèi)外水位差過大，以及疲勞損傷的累積，導(dǎo)致鼓網(wǎng)銷子斷裂停止轉(zhuǎn)動，海水流量下降；因常規(guī)島生水系統(tǒng)3SEN進(jìn)氣（由3CRF 泵出口取水），常規(guī)島閉式循環(huán)冷卻水3SRI 溫度快速上漲，3 號機(jī)組被迫從660MWe 降功率到350MWe，停運(yùn)循環(huán)水B 泵進(jìn)行檢修處理。到6 月24 日海水雜物影響已經(jīng)較小，3 號機(jī)組逐漸恢復(fù)滿功率運(yùn)行。

秦二廠取水口相距并不遠(yuǎn)，3號機(jī)組發(fā)生該事件時(shí)，1、2號機(jī)組取水口附近海面上也漂浮了大量水草、垃圾。由于大量雜物的涌入，SEC和CRF系統(tǒng)的格柵除污機(jī)、鼓網(wǎng)相繼出現(xiàn)高水位差報(bào)警，格柵除污機(jī)能持續(xù)鈀出較多垃圾。主控派現(xiàn)操在PX泵房值守，保證報(bào)警對應(yīng)列的格柵除污機(jī)及時(shí)手動運(yùn)行。同時(shí)密切關(guān)注格柵除污機(jī)、鼓網(wǎng)、反沖洗泵等泵房各設(shè)備的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)通知維修進(jìn)行處理。

2.2.2 3、4號機(jī)取水口介紹及與1、2號機(jī)取水口差異 3、4號機(jī)組的取水口頭部正好處于一個(gè)海水回流區(qū)，見圖1，暗渠伸入海水的距離為30m， 離岸邊較近，容易導(dǎo)致漂浮物的匯集。1、2 號機(jī)組伸入海水的距離為80m，由于3、4號機(jī)組的取水口設(shè)計(jì)原因，易形成漩渦而導(dǎo)致漂浮物被吸入格柵。

2.2.3 結(jié)合秦二廠1、2號機(jī)組情況分析 雖然取水口布置和海面渦流等原因，1、2號機(jī)組取水附近外來生物比3、4號機(jī)少，除污壓力小，在此次3號機(jī)降功率事件中未發(fā)生類似的情況。但并不意味著無相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，以1、2號機(jī)SEC系統(tǒng)為例，僅在2003年，就發(fā)生6起鼓網(wǎng)銷子斷裂故障。2003年后維修對1、2號機(jī)SEC系統(tǒng)各鼓網(wǎng)靠背輪上的兩根銷子，陸續(xù)進(jìn)行了加粗更換，對固定鼓網(wǎng)地腳螺栓的鋼片增大了面積和厚度，增加了鋼片上地腳螺栓的數(shù)量，但是鼓網(wǎng)或格柵除污機(jī)相關(guān)故障偶有發(fā)生。

SEC系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備因腐蝕或疲勞故障，均在秦二廠運(yùn)行、維修的可控范圍內(nèi)。但如遇到大量海洋生物的入侵，將使故障處理十分被動。如1、2號機(jī)取水口附近海面生物過多，長時(shí)間逗留，來不及清理等，將有可能持續(xù)損害運(yùn)行設(shè)備，延長對故障的處理時(shí)間，損害經(jīng)濟(jì)效益。

3 降低海洋生物入侵風(fēng)險(xiǎn)的措施

1）建立防止海洋生物入侵的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案；

2）雨量充沛的季節(jié)加強(qiáng)監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常和設(shè)備缺陷。如有必要請專人在現(xiàn)場待命；

3）及時(shí)檢修或改造有隱患的設(shè)備、零部件等；

4）定期對附近海域進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，分析監(jiān)測結(jié)果；

5）與在附近海域進(jìn)行泄洪的河道管理部門建立聯(lián)系，要求其在泄洪前根據(jù)河道動、植、雜物情況，酌情向秦山核電基地匯報(bào)；

6）如發(fā)現(xiàn)取水口附近海面上動、植、雜物較多，有可能影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，及早對海面漂浮的水藻、雜物等進(jìn)行收集、處理。

4 小結(jié)

SEC系統(tǒng)為核安全相關(guān)系統(tǒng)，本系統(tǒng)的長期正常穩(wěn)定運(yùn)行，對于整個(gè)機(jī)組的安全性，經(jīng)濟(jì)性有著重要的意義。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備工作環(huán)境惡劣，故障率高，存在海洋生物入侵的風(fēng)險(xiǎn)，可能會影響機(jī)組的可用性。對該系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注，對于已經(jīng)存在和可能發(fā)生的故障，應(yīng)從內(nèi)因及外因等方面進(jìn)行分析，防患于未然。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]