淺談某核電廠海工設(shè)計與改進

劉天棟　孫婷

【摘 要】核電廠海工系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)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(fēng)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(shè)計問題，并對該核電廠針對海工設(shè)計的改進方案進行分析研究。結(jié)果表明，改進后的海工系統(tǒng)在攔截能力、抗風(fēng)浪能力、海生物預(yù)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(guān)鍵詞】攔污網(wǎng);網(wǎng)箱;樁基式;防浪堤

中圖分類號： TU352.11文獻標(biāo)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(guān)異常報告的數(shù)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(nèi)多次由于其海工系統(tǒng)設(shè)計問題而爆發(fā)海生物、雜物入侵事件導(dǎo)致降功率、停機停堆，威脅核安全并產(chǎn)生經(jīng)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(shè)計

該核電廠取水明渠位于廠址的東北側(cè)，采用直堤式設(shè)計，長度約550m。在距取水閘門井（CB1）取水口約500m及260m處各設(shè)一道“一字型”攔污網(wǎng)，如圖1所示。明渠內(nèi)的攔污網(wǎng)、CB1、取水隧洞（CB2）和聯(lián)合泵房（PX泵房）內(nèi)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(nèi)第一道攔污網(wǎng)一級網(wǎng)格尺寸為2500mm×2500mm，二級網(wǎng)格的尺寸為80mm×80mm，二道攔污網(wǎng)網(wǎng)格尺寸50mm×50mm。CB1內(nèi)的取水閘門井柵條間距為200mm;PX泵房內(nèi)的兩套細格柵及格柵除污機，柵條間距為50mm;鼓形濾網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸為？準(zhǔn)3mm;貝類捕集器網(wǎng)孔尺寸為？準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(fēng)“電母”影響，大量藻類和生活垃圾入侵，造成攔污網(wǎng)前雜物淤積，攔污網(wǎng)堵塞嚴(yán)重，通流能力下降，導(dǎo)致攔污網(wǎng)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(fēng)“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(wǎng)，循環(huán)水過濾系統(tǒng)（CFI）兩臺鼓網(wǎng)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(fēng)，大量海藻等海生物涌入取水口，造成2號機鼓網(wǎng)壓差升高。4月7日凌晨，2號機經(jīng)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(wǎng)壓差達到高4定值導(dǎo)致循環(huán)水泵2CRF002PO自動跳閘。4月7日12：32，由于2CRF001PO對應(yīng)的鼓網(wǎng)壓差突然升高。2：35：20，鼓網(wǎng)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(yīng)堆停堆。

3 海工系統(tǒng)設(shè)計分析

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

（2）設(shè)置了兩道“一字型”攔污網(wǎng)，并且采用浮筒式設(shè)計，直接面對強風(fēng)浪以及受海浪搬運碎石的影響，易重復(fù)性地發(fā)生較為嚴(yán)重的損壞，導(dǎo)致攔污網(wǎng)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(nèi)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(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)，對其運行產(chǎn)生較大壓力。

4 海工系統(tǒng)改進分析

針對該核電廠海工設(shè)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(wǎng)，在原位置處安裝了臨時網(wǎng)箱防御設(shè)施，共設(shè)置了4個直徑25m的網(wǎng)箱、3個直徑為30m的網(wǎng)箱，將網(wǎng)箱連接成整體，并在網(wǎng)箱內(nèi)側(cè)弧面布置網(wǎng)片。每個箱體向迎水面設(shè)置兩道底錨固定，單排箱體之間的連接點向迎水面設(shè)置底錨固定，在迎水面網(wǎng)片增加金屬配重沉底，使網(wǎng)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(wǎng)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(shè)“樁基型”攔污網(wǎng)，攔污網(wǎng)布置在取水東、西導(dǎo)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(wǎng)格尺寸為2500×2500mm，二級網(wǎng)格尺寸為30×30mm。攔污網(wǎng)側(cè)軸線與取水東、西堤軸線成60°夾角，“人字形”夾角為120°，兩側(cè)均長 128.172m。共設(shè)置7座錨碇樁基式墩臺。樁基平臺上設(shè)置絞車，攔污網(wǎng)通過樁基平臺上絞車連接，與取水明渠防波堤上設(shè)置的絞車連成整體共同組成機械升降攔網(wǎng)裝置。

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

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

“網(wǎng)兜型”攔污網(wǎng)較之前“一字型”攔污網(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(fēng)險。

當(dāng)收集網(wǎng)兜內(nèi)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(wǎng)兜型”攔污網(wǎng)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(wǎng)運行壓力。

4.3 遠期改進措施

（1）在第二道攔污網(wǎng)靠近CB1內(nèi)60米處設(shè)置第三道攔污網(wǎng)，為浮筒式“一字型”攔污網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸10×10mm，其設(shè)計與第二道攔污網(wǎng)類似。由于7-10月份的臺風(fēng)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(wǎng)損壞可能性大。設(shè)置第三道攔污網(wǎng)作為取水口前兩道攔污網(wǎng)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(wǎng)。防浪堤阻擋與導(dǎo)流作用，可有效避免上游垃圾在西北向風(fēng)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(yīng)，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(chǎn)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(guān)部門。

（3）與氣象部門建立異常氣象預(yù)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(yù)警，提前做好應(yīng)對準(zhǔn)備工作。

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

5 結(jié)論

通過對該核電廠取水明渠設(shè)置多重攔污網(wǎng)，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(wǎng)，使抗風(fēng)浪能力得到加強。遠期通過設(shè)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(fēng)險。通過建立氣象和海生物預(yù)警和監(jiān)測系統(tǒng)，可提前預(yù)知海生物爆發(fā)并做好準(zhǔn)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(nóng)，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(jīng)驗反饋[J].核安全，2017，16（01）：26-32.