昌江核電廠取水明渠設(shè)計缺陷及優(yōu)化方案

左志遠

(中國核工業(yè)集團有限公司,北京 100822)

近年來，國內(nèi)在運核電廠多次出現(xiàn)因海洋生物、雜物等因素導(dǎo)致的機組非計劃停堆事件。昌江核電廠一期工程自建成運行以來，取水明渠內(nèi)攔污網(wǎng)受海浪影響造成破損，失去攔截效果，生活垃圾、貝殼碎屑等在波浪及取水流速驅(qū)動下通過取水隧洞進入聯(lián)合泵房，導(dǎo)致循環(huán)水過濾系統(tǒng)鼓網(wǎng)堵塞，循環(huán)水泵跳閘，進而造成汽輪機跳機，反應(yīng)堆自動停堆。

1 昌江核電廠取水明渠概況及存在問題

1.1 取水明渠概況

海南昌江核電項目海域取水工程采用明渠方案，一期工程和二期工程共用一條引水明渠，一次規(guī)劃建成。明渠底寬約120 m，設(shè)計底高程-5 m，總長約600 m。明渠兩側(cè)由兩條平行的導(dǎo)流堤掩護，導(dǎo)流堤采用斜坡堤結(jié)構(gòu)，取水明渠平面布置圖見圖1。

圖1 昌江核電廠取水明渠平面布置圖Fig.1 Plan layout of the water intake open channel of Changjiang NPP

1.2 取水明渠問題典型案例

2015年2月，在風(fēng)浪的作用下，大量垃圾涌入前池，循環(huán)水過濾系統(tǒng)細格柵被嚴重堵塞，導(dǎo)致鼓網(wǎng)液面過低，循環(huán)水泵短時間吸入空氣，存在停機停堆風(fēng)險。

2016年10月，臺風(fēng) “莎莉嘉”期間，2號機組處于功率運行狀態(tài)，受臺風(fēng)影響，大量沉積在海底的雜物 (草根、樹葉、塑料袋等)以及海藻、小魚被海浪攪動帶入取水流道，導(dǎo)致循環(huán)水過濾系統(tǒng)鼓網(wǎng)堵塞，循環(huán)水泵跳閘，造成汽輪機跳機，反應(yīng)堆安全停堆。

1.3 取水明渠存在的問題分析

(1)外部問題

昌江核電廠一期工程建成投運后，廠址海域出現(xiàn)大量生活垃圾，堆積在取水明渠東導(dǎo)流堤外海側(cè)，初步分析原因是在北側(cè)珠碧江入?？谔幒恿魃嫌蔚纳罾湃牒Ｓ颍谄憋L(fēng)浪和潮流的作用下帶至廠區(qū)附近，受導(dǎo)流堤阻攔后堆積在岸邊。

(2)內(nèi)部問題

取水明渠內(nèi)波浪較大，尤其在臺風(fēng)期間，明渠內(nèi)攔污網(wǎng)受海浪影響造成浮筒傾覆、網(wǎng)片破損，攔污網(wǎng)失效，外海大量生活垃圾隨之進入明渠、取水隧洞，直至泵房。業(yè)主公司在取水明渠增設(shè)了一道攔污網(wǎng)，仍然在臺風(fēng)期間出現(xiàn)損壞情況。

根據(jù)分析，外部環(huán)境變化是一方面原因，更主要的因素是由于取水明渠設(shè)計上存在缺陷，缺少掩護，使得外部海浪可以直接對明渠內(nèi)部造成擾動，進而破壞渠內(nèi)設(shè)備。因此，需要從根本上解決問題，即對取水明渠進行設(shè)計優(yōu)化并實施改造。

2 取水明渠優(yōu)化方案

設(shè)計單位結(jié)合昌江核電廠周邊海況提出多個優(yōu)化方案，通過波浪模型試驗和泥沙沖淤數(shù)模分析等方法，并分別從工程量、用海面積、攔污網(wǎng)掩護條件、泥沙回淤及港池航道影響等角度開展比選論證工作，最終確定了最佳優(yōu)化方案。

2.1 取水明渠

東導(dǎo)流堤延長段東接已建導(dǎo)流堤堤頭，延長段總長569.96 m，沿原軸線向西北方向延伸50 m后，由半徑268 m、長519.96 m的圓弧折向西南，西至已建西導(dǎo)流堤堤頭以西約287 m處。兩導(dǎo)流堤堤頭形成取水口門，門寬227.71 m，底標(biāo)高位于天然泥面標(biāo)高-5.0～-9.0 m處。取水明渠優(yōu)化方案見圖2。

圖2 取水明渠優(yōu)化方案平面布置圖Fig.2 Plan layout of water intake open channel optimization scheme

2.2 攔污網(wǎng)

取水明渠內(nèi)共設(shè)三道攔污網(wǎng)[1]，分別位于口門、現(xiàn)攔污網(wǎng)及距東導(dǎo)流堤堤根246 m處。1#攔污網(wǎng)為永久攔污網(wǎng)，采用樁基平臺式方案，取水口門中設(shè)置5座樁基平臺，上設(shè)電動絞車，攔污網(wǎng)通過平臺上絞車連接，與防波堤上設(shè)置的絞車連成整體。2號、3號攔污網(wǎng)均采用浮筒式方案，垂直于取水明渠軸線，呈 “一”字型布置。

2.3 港池、航道

本方案取水口門位于原航道延長線上，東導(dǎo)流堤對船舶進港產(chǎn)生影響，需調(diào)整港池、航道水域布置，以滿足船舶安全通航要求。原港池可以滿足船舶進出港要求，因此方案僅對航道軸線進行調(diào)整。航道軸線由原132°30′7″～312°30′7″調(diào)整為282°00′20″～102°00′20″，與等深線約呈55°夾角。航道長124 m，寬100 m，底標(biāo)高-6.0 m。

3 取水明渠優(yōu)化施工流程

昌江核電廠取水明渠優(yōu)化工程主要施工項目包括新建明渠東導(dǎo)流堤延長段、樁基平臺與錨碇基礎(chǔ)、進港航道和明渠疏浚、堤頭燈移動、攔污設(shè)施安裝、浮標(biāo)安裝等。工程海域?qū)拸V，施工所需的設(shè)備、建材及船舶均可由水路抵達指定港口，再轉(zhuǎn)運工程海域，水陸交通方便。取水明渠優(yōu)化施工流程建見圖3。

圖3 取水明渠優(yōu)化施工流程圖Fig.3 Flow chart of optimized construction of water intake open channel

4 取水明渠優(yōu)化方案可行性分析

昌江核電廠取水明渠位于廠址西北側(cè)，岸線至水深-5.5 m之間的海域，取水由東、西導(dǎo)流堤組成，每條堤長約600 m。取水明渠導(dǎo)流堤基礎(chǔ)可直接落在珊瑚礁混砂層之上，不需采取爆破擠淤工程措施，基礎(chǔ)條件較好，廠址SL-2為0.15g。參照田灣核電廠取水明渠設(shè)計及建造經(jīng)驗，昌江核電廠取水明渠在SL-2地震作用下不會影響取水安全。優(yōu)化方案延長段導(dǎo)流堤采用的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有明渠導(dǎo)流堤一致，在水位、波浪、抗震等方面設(shè)計標(biāo)準與現(xiàn)有明渠導(dǎo)流堤標(biāo)準一致，建成后不會影響運行機組取水安全。

相比于原取水明渠過流截面，優(yōu)化方案明渠過流截面有所增加，可以滿足現(xiàn)有1、2號機組及后續(xù)3、4號機組和小堆示范工程取水量要求，還可以進一步降低取水明渠口門處的取水流速，在5臺機組運行時，平均海平面工況條件下，取水明渠口門處流速約為0.125 m/s，低于海域天然潮流流速，可以盡量減少由于取水造成雜物、海生物吸入明渠內(nèi)。明渠波浪減小后，攔污網(wǎng)可以得到保護，通過明渠內(nèi)設(shè)置的三道攔污網(wǎng)，可以大大提高攔截效果。

5 結(jié) 論

昌江核電廠取水明渠采用的優(yōu)化方案可以減輕明渠內(nèi)水面波動，減少垃圾和貝殼進入取水流道，降低攔污網(wǎng)的損壞頻率，減少攔污網(wǎng)維護次數(shù)，顯著減少明渠內(nèi)的沙礫、貝殼和垃圾清理工作量，大大降低維護成本，對確保昌江1、2號機組、擬建的3、4號機組及小堆示范工程的取水安全和穩(wěn)定運行起到積極作用。