核电厂取水口堵塞的预防和应对
摘 要：冷源作为最终热阱，在导出热量的过程中起着至关重要的作用。随着自然气候的变化、人类工业活动影响引起的环境变化，核电厂取水口堵塞的可能性也不断增大，从而严重影响机组安全运行的可靠性以及机组利用率。本文分析核电厂取水口堵塞原因，列举实际应用中的应对策略，提供了若干建议以预防、应对取水口堵塞事件，降低取水口堵塞风险，确保核电厂冷源健康安全运行。关键词：核电厂；取水口堵塞；冷源；应对策略DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1631 研究取水口堵塞的意义1.1 冷源的典型配置
冷源作为最终热阱，在导出热量的过程中起着至关重要的作用。对于核电机组，冷源有两个作用：（1）核岛的最终热阱，作为设备冷却水系统的冷却介质将设备冷却水传输的热量（包括堆芯衰变热、乏燃料衰变热、安全重要物项的排热等）排到海水；（2）汽机功率运行时冷凝器的冷却水源，建立、维持朗肯循环。典型的冷源配置简图如图1所示。因此，在核动力厂所有状态下，都必须保证具有将热量传输到最终热阱的能力[1]。1.2 冷源可靠性的影响因素
冷源的一个主要设计目标，是要在很高的可靠性水平上，以适当的速率输送和吸收余热，从而使在所有运行工况下放射性的控制[2]。核电厂冷源可靠性分析时必须考虑外部的人为事件（如飞机坠毁、船舶相撞、原油泄漏、丧失厂外电源）、电厂内部事件（火灾、管道破裂、水淹）、与厂址有关的自然现象（如风暴、冬季冰屑、地震、火山活动）以及生物现象。
其中典型的生物现象包括：（1）植物、海洋生物或其他水生物（如鱼虾、海草、水母）等异物壅塞滤网；（2）海洋生物和植物在冷却系统内的生长可能影响冷却系统的性能。这4类影响因素中，大部分因素会造成取水口堵塞，从而导致冷源降级，WANO对2004-2007年间发生的44起取水口堵塞事件统计分析表明，这类事件中约20%对安全相关系统有直接影响，超过80%的事件对机组的利用率有影响[3]。2 取水口堵塞的原因分析
随着自然气候的变化、人类工业活动影响引起的环境变化，核电厂取水口堵塞的可能性也不断增大。
WANO将取水口堵塞的原因归纳为以下4类[3]：（1）气候、环境因素的变化：气候的周期性变化影响到电厂附近的气象类型和环境条件，如台风的剧烈程度日益增强、海生物的数量和习性改变、取水口构筑物附近的碎屑和淤積物不断积累；（2）监测技术、预警手段不足；（3）设计缺陷；（4）设备维护不合理。而决策层失效或运行人员技能不足导致的响应不到位，又增大了冷源意外丧失的危险性。
2013年以来，国内众多核电机组发生因水母、棕囊藻、海地瓜、虾群等造成取水口堵塞的事件[4]。通过对大亚湾基地、红沿河基地、阳江基地、宁德基地的取水口堵塞事件进行分析，环境因素和设计缺陷是造成取水口堵塞的主要原因。
环境因素的具体影响有：随着气候变暖，水母的生长速度变快，导致水母可能大量积聚；风暴带来的海草或虾群偶然积聚；近海捕捞严重，作为毛虾的天敌的鱼类等被过渡捕捞，海水生态食物链遭到破坏，虾群大量生长繁殖；风雨条件下人工清理海生物的难度加大。
设计缺陷的具体影响有：无海生物实时监测、预警装置，无法对海生物突然爆发进行实时监测及预警；未设置拦污措施；取水明渠没有针对沉底型生物或海生物的有效拦截设施；拦污网面下沿没有有效沉到底，在台风等大风浪气候下未实现对水面100%覆盖拦截；旋转滤网排污水设计缺陷，造成排污水回流到取水口入海处，增加了取水口滤网的工作负荷；冲洗旋转滤网所用的备用高压冲洗泵的缺失。3 应对策略与运行建议
通过对国内外的取水口堵塞事件案例的分析，提出以下应对策略和运行建议：3.1 前期预防、监测
通过以下措施，实现取水口海域的全面和全时间段覆盖监测：
（1）建设取水海域水质和水文在线监测系统，以提升对取水海域水质指标和水文指标的监测能力；
（2）与水产研究单位合作，建立冷源威胁识别体系，定期在取水口周围海域进行海生物种类及趋势分析，掌握海生物活动习性，提供海生物灾害的预警信息。与当地渔业组织合作，渔民和打捞船定期在海上入水口处进行探测、清理；
（3）现场冲洗水排污渠增加定制网预防性打捞，对冲洗出来的海生物称重或显微镜观察，监视旋转滤网的表面清洁度，结合主控室和现场监测数据的变化，确认海生物入侵情况；
（4）在取水池安装远程摄像机，对取水池进行不间断监测；在海上入水口建立三维立体数字声呐系统，进行不监测并提供海生物分布信息；
（5）大部分环境异常造成的取水口堵塞是季节性的，建立一种以经验反馈数据为基础的预测模型，客观地预测出海藻等对电厂的潜在影响。3.2 设计改进
除了提高前期预防、监测工作水平外，还可以通过设计改进，提升冷源可靠性水平：
（1）研究开发可拦截虾群和水母的固定拦截装置；
（2）增加备用的高压冲洗泵以便对旋转滤网进行及时、高效冲洗；
（3）研究开发可拦截沉底型杂物或沉底型海生物的装置，如沉底型细目渔网；
（4）旋转滤网反冲洗水排放管道的优化，将冲洗水排至排水口，减少滤网负荷；
（5）在进水渠安装电驱赶装置；
（6）在取水池建立超声波系统，防止鱼虾群的聚集。3.3 冷源预警响应行动
虽然取水口堵塞的预防和应对属于世界性的难题，但是如果在冷源预警响应行动中及时干预，关注机组状态，仍有很大可能把机组控制在安全状态，从而确保核安全。冷源预警响应需要多个部门合作，涉及到服务、工业安全、机械、化学、仪表、电气等部门，干预的成功性取决于冷源干预小组成员明确分工和高效合作。
通过分析宁德、岭澳机组的响应行动，发现有以下几点需要注意：
（1）在监测及打捞过程中，电站应急人员及打捞人员持续不间断的对取水口进行监测；
（2）及时在泵站铺设临时冲洗水带，可以考虑利用消防水进行高压冲洗，做好与消防队的沟通；
（3）降功率涉及到和电网的沟通，提前做好与电网的沟通，不能延误降功率的时机，提前做好降功率的预案；
（4）注意厂用水泵与循环水泵的配置，监测对应列厂用水泵的运行状况，若有必要将厂用水系统运行列的CRF泵停运，减少对虾群的抽取，以维持厂用水系统的可用性；
（5）以确保机组安全优先，做好执行事故规程的准备，稳定机组。
随着国内外越来越多的经验反馈、冷源保障体系的运转实践、冷源技术改进以及冷源响应策略的不断优化，冷源的可靠性将大幅提升。参考文献：[1]国家核安全局.核动力厂设计安全规定，HAF 102[S].北京：国家核安全局，2016.[2]国家核安全局.核电厂最终热阱及其直接有关的输热系统，HAD 102/09[S].北京：国家核安全局，1987.[3]WANO SOER 2007-2.Intake Cooling Water Blockage[R].USA，WANO，2017.[4]吴彦农，王娅琦，候秦脉等.海洋异物堵塞核电厂取水系统事件的经验反馈[J].核安全，2017，16（01）：26-32.作者简介：陈杰（1990-），男，河南信阳人，本科，学士，助理工程师，从事预备操纵员工作。
