核電廠循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)隱患分析及維護(hù)策略

□魏智剛

一、核電廠循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)概述

核電廠海水系統(tǒng)包括循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)及循環(huán)水處理系統(tǒng)。以某核電廠為例，其海水先后通過(guò)取水明渠、CB閘門(mén)井(粗格柵、CB閘門(mén)井進(jìn)水閘門(mén))經(jīng)取水隧洞進(jìn)入(進(jìn)水隧洞閘門(mén))PX泵房的前池，經(jīng)過(guò)進(jìn)水渠道閘門(mén)、細(xì)格柵(格柵除污機(jī))、鼓形濾網(wǎng)(前述均為循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng))后，向重要廠用水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和循環(huán)水處理系統(tǒng)供水。

循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)目標(biāo)是保證取水系統(tǒng)流道通暢及取水安全，保障凝汽器及核島、常規(guī)島板式換熱器有足夠的海水作為冷源。其運(yùn)行維護(hù)的難點(diǎn)和工作量集中在防腐和清污(清除海水中懸浮的或淤積、滯留在取水流道或過(guò)濾設(shè)備的海生物、海洋垃圾及泥沙)，以保持循環(huán)水過(guò)濾設(shè)備的可用性。因此，從設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行維護(hù)及管理過(guò)程中，都需要重點(diǎn)考慮循環(huán)水系統(tǒng)防腐和清污兩方面的問(wèn)題，以保證循環(huán)水系統(tǒng)安全。

二、海水腐蝕問(wèn)題

某核電廠海域海水成分中含有大量的鹽分(鹽度30.4)和呈弱堿性(pH值在8.30左右)，年平均水溫26.8℃，海水成為導(dǎo)電性很強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，金屬在海水中的腐蝕是典型的電化學(xué)腐蝕。在海水氯離子和溶解氧作用下，碳鋼與不銹鋼表現(xiàn)出不同的腐蝕特點(diǎn)。碳鋼在海水的腐蝕受陰極極化所控制，氧擴(kuò)散的速度增加將加快碳鋼的腐蝕，以全面的不均勻腐蝕和局部腐蝕為特征。而不銹鋼在海水中可以建立不穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)，其腐蝕是受陽(yáng)極極化所控制，氧擴(kuò)散的速度增加將提高不銹鋼的鈍性而提高其耐蝕性。不銹鋼在海水中的腐蝕主要以點(diǎn)蝕、隧道腐蝕和縫隙腐蝕為特征[1]。

三、海生物與泥沙問(wèn)題

循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的可用性除了做好設(shè)備防腐外，還應(yīng)該重視海生物及海洋雜物對(duì)系統(tǒng)的影響。早期環(huán)境調(diào)查時(shí)核電廠海水水質(zhì)較好，水中含沙量、漂浮物、懸浮物較少，但近年來(lái)隨著海洋環(huán)境惡化，海洋富養(yǎng)化加重趨勢(shì)，周邊居民生活垃圾排放以及蝦塘污水排放等，導(dǎo)致海水水質(zhì)惡化，水母增加，海洋中的麒麟菜、綠藻等出現(xiàn)爆發(fā)式增多，同時(shí)在極端氣象條件下也可能導(dǎo)致海水取水堵塞。

(一)泥沙淤積。某核電廠廠址的含砂量很小(廠址實(shí)測(cè)漲落潮平均含沙量為0.007kg/m3，最大含沙量0.040kg/m3，遠(yuǎn)低于秦山廠址平均含砂量(平均含沙量2.50kg/m3，最大含沙量4.22kg/m3)。CB2取水隧洞為直徑5.0m的隧洞，全長(zhǎng)約1650m，洞底標(biāo)高從CB1到PX泵房前池平緩升高7.5m(從-17.0m到-9.5m)，坡度僅為4.5‰(折合成角度約0.26度)。同時(shí)通過(guò)取水明渠的沉沙作用(年平均淤積強(qiáng)度0.37m，年淤積量4.9萬(wàn)m3)，進(jìn)入取水隧洞內(nèi)的海水含沙量進(jìn)一步降低，同時(shí)，明渠設(shè)計(jì)時(shí)明渠沉泥坑的備淤高度為2m。機(jī)組正常運(yùn)行后，由于取水為壓力流，流速在2.0m/s以上，遠(yuǎn)高于泥沙的起動(dòng)流速和落淤流速，因此在正常運(yùn)行工況下，CB2取水隧洞不會(huì)發(fā)生泥沙淤積的情況，僅在死角區(qū)域會(huì)有少量淤積[5]。

(二)海生物影響分析。某核電廠處于南方海邊循環(huán)水水溫較高，含鹽量較高，系統(tǒng)中海生物、微生物較多，尤其是夏季時(shí)間較長(zhǎng)。其投產(chǎn)才半年時(shí)間，海邊防波堤上已長(zhǎng)滿(mǎn)海蠣，取水過(guò)濾系統(tǒng)中設(shè)備上也已有硬質(zhì)的海蠣附著，隧洞內(nèi)已有蟲(chóng)狀海生物和青口貝等。調(diào)研周邊的火電廠其循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備上遍布海蠣附著痕跡(部分已清理過(guò))。雖然系統(tǒng)中會(huì)通過(guò)連續(xù)及沖擊加氯殺死系統(tǒng)中的微生物及部分海生物，從實(shí)際情況看，系統(tǒng)中仍有海生物生存，而殺死的海生物在溫度較高時(shí)就會(huì)產(chǎn)生泡沫(泡沫本身對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行并無(wú)多大影響，但會(huì)影響前池水位觀察)。由于流速較大，次氯酸鈉對(duì)粗格柵處的海生物生長(zhǎng)影響很小。

四、維護(hù)保養(yǎng)改進(jìn)建議

防腐及海生物及異物清理是循環(huán)水系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)的重點(diǎn)工作，為避免由于腐蝕及海洋生物或海洋異物堵塞取水系統(tǒng)從而影響取水安全，電廠應(yīng)加強(qiáng)分析，采取措施，并對(duì)存在的問(wèn)題逐一處理。

(一)增加在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。從公司層面提高冷源專(zhuān)項(xiàng)小組的運(yùn)作層級(jí)，完善冷源應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案并增加運(yùn)行控制策略，增加取水海域的水文和水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，以提升對(duì)取水海域的水質(zhì)指標(biāo)及水文指標(biāo)的監(jiān)測(cè)能力。加強(qiáng)對(duì)取水口的巡檢頻度，確保不發(fā)生異物堵塞事件。同時(shí)評(píng)估現(xiàn)有的循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)處理中清污機(jī)對(duì)水母等海生物的打撈能力，在取水口加裝小型的海生物的攔截網(wǎng)等措施來(lái)確保循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

(二)建立預(yù)警和預(yù)防機(jī)制。高度重視海洋生物及海洋異物對(duì)循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的影響，結(jié)合有關(guān)案例進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，分析自身系統(tǒng)可能存在的問(wèn)題，努力掌握廠址所在區(qū)域海洋生物及海洋垃圾等的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立預(yù)警和預(yù)防機(jī)制。定期對(duì)循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行檢查，做好日常維護(hù)、清理和清淤等工作。完善應(yīng)對(duì)海洋生物及海洋異物堵塞過(guò)濾系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)預(yù)案并加強(qiáng)演練。

(三)加強(qiáng)宣傳，提高環(huán)保意識(shí)。協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)卣哟笾苓呏楸探饔虼迕窦案浇鼭O民環(huán)保宣傳，提高村民環(huán)境意識(shí)，減少生產(chǎn)生活雜物隨意丟棄，改善周邊海水的水質(zhì)狀況。

(四)加強(qiáng)設(shè)計(jì)。對(duì)循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題加以改進(jìn)，增強(qiáng)抵御海洋生物和異物的能力。

(五)加強(qiáng)腐蝕的研究。循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)發(fā)生海水腐蝕和大氣腐蝕是非常普遍的，也是難以避免的，重要的是查清腐蝕原因并針對(duì)性地采取有效的措施予以減緩，從而發(fā)揮循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的最大功效。核電廠海水腐蝕中的很多嚴(yán)重問(wèn)題暫時(shí)都沒(méi)有得到很好的解決，需要與相關(guān)單位合作開(kāi)展深入的研究工作。

五、結(jié)語(yǔ)

從循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)實(shí)踐來(lái)看，需要從腐蝕防護(hù)和清污兩方面開(kāi)展工作，從整體和細(xì)節(jié)方面考慮。在整體上，應(yīng)明確腐蝕防護(hù)工作的歸口管理部門(mén)和建立冷源專(zhuān)項(xiàng)小組，完善相應(yīng)的管理程序，對(duì)海水系統(tǒng)管道、設(shè)備的總體腐蝕現(xiàn)狀和材料、防腐措施的應(yīng)用情況、海生物及垃圾產(chǎn)生規(guī)律、泥沙淤積情況進(jìn)行全面了解和分析，編制防腐及清污中長(zhǎng)期工作計(jì)劃，將腐蝕防護(hù)及清污工作由“糾正性”過(guò)渡到“預(yù)防性”管理。在細(xì)節(jié)上，針對(duì)不同設(shè)備、部位的材料腐蝕失效形式、針對(duì)不同季節(jié)、不同氣象條件下系統(tǒng)不同位置的海生物及垃圾產(chǎn)生情況及泥沙淤積情況，具體問(wèn)題具體分析，進(jìn)行腐蝕機(jī)理、清污策略研究，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、材料選擇、防腐手段、清污方式等方面采取綜合治理措施，保證循環(huán)水系統(tǒng)的可用性。