一種新型攔污網(wǎng)在核電廠的應(yīng)用

孫 婷 劉天棟

（海南核電有限公司，海南 ?？?572700）

0 引言

隨著城市、工業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，大量工業(yè)廢水、生活廢水增加而導(dǎo)致海水出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致各類海生物的異常暴發(fā)，給核電廠冷源系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了不利影響，可能導(dǎo)致機(jī)組降功率、停機(jī)停堆事件，甚至對(duì)核電廠的最終熱阱構(gòu)成威脅，直接影響核電廠的經(jīng)濟(jì)性、可靠性及安全性[1，2]。 在2008—2015 年，WANO網(wǎng)站公布共發(fā)生60 起有關(guān)冷卻水取水口堵塞而導(dǎo)致降功率、反應(yīng)堆手動(dòng)停堆、反應(yīng)堆自動(dòng)停堆的事件，引起堵塞事件的物質(zhì)分析如下[3]：38%為水生物（海藻、水草、貝類、水母、魚(yú)類和其他海洋生物）；38%為沙、淤泥、碎片；24%為其他（異物、沉積物、塑料）。 取水安全問(wèn)題已成為威脅核電廠安全運(yùn)行的重要因素之一。

南方某核電廠取水海域每年7～10 月份屬于臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)。 在臺(tái)風(fēng)與洋流用下，取水海域多次發(fā)生海生物爆發(fā)導(dǎo)致降功率和停機(jī)停堆事件。對(duì)于該核電廠易發(fā)生海生物爆發(fā)的種類分析后針對(duì)性地對(duì)取水?dāng)r污系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，取消了原第一道“一字形”攔污網(wǎng)，增加了“網(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)比發(fā)現(xiàn)，“網(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)在攔截能力、通流能力和清理修復(fù)能力方面較“一字形”攔污網(wǎng)有大幅度提高。

1 A 核電廠取水?dāng)r污系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)A 核電廠最終安全分析報(bào)告的廠址特征中描述，A 核電廠取水海域含沙量低， 海水平均泥沙含量?jī)H為0.007 kg/m3水質(zhì)較好，無(wú)泥沙堵塞風(fēng)險(xiǎn)。 對(duì)A核電廠取水海域海生物調(diào)查分析，其主要風(fēng)險(xiǎn)為周邊養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的排水導(dǎo)致的海水營(yíng)養(yǎng)富導(dǎo)致赤潮的風(fēng)險(xiǎn)。

A 核電廠取水明渠為“直堤”設(shè)計(jì)，兩道防波堤上部距離220 m，下部距離120 m，設(shè)計(jì)水位8 m。 設(shè)計(jì)有兩道“一字形”浮筒式攔污網(wǎng)，網(wǎng)體結(jié)構(gòu)為平面網(wǎng)。 第一道攔污網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸為8 cm×8 cm，二道攔污網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸為5 cm×5 cm，攔污網(wǎng)為尼龍材質(zhì)。 如圖1 所示。

1.1 攔截能力分析

第一道和第二道攔污網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸分別是8 cm×8 cm 和5 cm×5 cm，對(duì)于樹(shù)枝、水母、生活垃圾等較大海生物和垃圾可以有效攔截， 但對(duì)于尺寸小于5 cm 的海生物，如藻類、貝類以及魚(yú)蝦等攔截能力較差。較小的海生物容易穿過(guò)網(wǎng)孔進(jìn)入取水下游區(qū)域，最后進(jìn)入CFI 循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)，導(dǎo)致CFI 鼓網(wǎng)運(yùn)行壓力增加。

圖1 “一字形”平面網(wǎng)示意圖

2016 年10 月，A 核電廠受臺(tái)風(fēng)“莎麗嘉”影響，取水海域貝類、海藻大面積爆發(fā)并進(jìn)入取水明渠，大量小尺寸海生物穿過(guò)第一道和第二道攔污網(wǎng)后隨水流進(jìn)入CFI 循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)，CFI 鼓網(wǎng)反沖洗流道被垃圾堵塞，兩臺(tái)CFI 鼓網(wǎng)壓差高觸發(fā)停機(jī)停堆。 表1 為2016 年10 月海生物爆發(fā)時(shí)，CFI 鼓網(wǎng)反沖洗流道垃圾情況。

表1 2016 年10 月CFI 鼓網(wǎng)反沖洗流道垃圾分類

從表1 可以看出攔污網(wǎng)無(wú)法對(duì)尺寸小于5 cm 的垃圾進(jìn)行有效攔截， 大量尺寸分布在2～3 cm 海生物和垃圾入侵導(dǎo)致停機(jī)停堆。

1.2 過(guò)通流能力分析

原設(shè)計(jì)“一字形”平面網(wǎng)由上下纜繩固定在兩側(cè)防波堤的扭工字塊上，攔污網(wǎng)攔截面積對(duì)應(yīng)于取水明渠的通流斷面，其有效攔截面積約為1 400 m2。 在出現(xiàn)海生物爆發(fā)時(shí)，尺寸較大的海生物、垃圾容易在攔污網(wǎng)表面堆積， 導(dǎo)致攔污網(wǎng)的通流面積減小水阻增大，攔污網(wǎng)受水流力作用增加，可能導(dǎo)致攔污網(wǎng)破損。

2016 年8 月，A 核電廠發(fā)生大規(guī)模水母爆發(fā)，大量水母被攔污網(wǎng)攔截導(dǎo)致攔污網(wǎng)堵塞超過(guò)50%，攔污網(wǎng)在水流力和海浪的作用下?lián)p壞，纜繩斷裂失去攔污能力。

1.3 清理能力分析

“一字形” 攔污網(wǎng)清理修復(fù)工作分為水上作業(yè)和水下作業(yè)。水上作業(yè)由清理人員在清潔船上對(duì)露出水面的攔污網(wǎng)進(jìn)行清理，水下作業(yè)由潛水員對(duì)水下攔污網(wǎng)進(jìn)行清理和修復(fù)。水下作業(yè)要求流速＜0.5 m/s，區(qū)域風(fēng)速＜4 級(jí)，浪涌高度＜0.5 m，潛水作業(yè)需要水上水下相互配合，因此，水下攔污網(wǎng)清理和修補(bǔ)工作難度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、成本較高、有安全風(fēng)險(xiǎn)，屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)。而且當(dāng)攔污網(wǎng)破損無(wú)法進(jìn)行局部修補(bǔ)而對(duì)攔污網(wǎng)整體更換時(shí)，更換期間無(wú)法實(shí)現(xiàn)其海生物攔截功能。

2 網(wǎng)兜型攔污網(wǎng)的應(yīng)用

由于原“一字形”攔污網(wǎng)攔截能力差、通流面積小、 不易進(jìn)行清理修復(fù)等原因，A 核電廠攔污系統(tǒng)二次設(shè)計(jì)方案中取消原第一道攔污網(wǎng)， 在原位置增設(shè)“網(wǎng)兜型”攔污網(wǎng)。

新增的“網(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)由20 個(gè)網(wǎng)兜拼接而成，與防波堤連接的兩側(cè)各一個(gè)30 m 長(zhǎng)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(jì)，寬6 m 高8 m深22 m，網(wǎng)孔尺寸1 cm×1 cm。 收集網(wǎng)兜深8 m，可提出水面以便進(jìn)行清理修復(fù)工作。收集網(wǎng)兜可與引導(dǎo)網(wǎng)兜分離以便于更換和維護(hù)。網(wǎng)兜材質(zhì)為超高分子聚乙烯材料并經(jīng)過(guò)耐磨和防海生物附著處理。攔污網(wǎng)由上下兩條高分子纜繩固定。 圖2 為“網(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)。

圖2 “網(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)示意圖

2.1 攔截能力分析

“網(wǎng)兜型”攔污網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸為1 cm×1 cm，網(wǎng)孔尺寸小對(duì)尺寸在3 cm 以下的貝類、海藻、魚(yú)蝦等也有很好的攔截效果。 在貝類、海藻等海生物爆發(fā)期間能對(duì)其進(jìn)行有效攔截，緩解下游CFI 鼓網(wǎng)運(yùn)行壓力避免其超負(fù)荷運(yùn)行，有效降低了停機(jī)停堆風(fēng)險(xiǎn)。 表2 為改造前后CFI 鼓網(wǎng)運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)。

表2 改造前后CFI 鼓網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)表2 可以看出，增加“網(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)后，藻類、 貝類等尺寸較小的海生物和垃圾被有效攔截，通過(guò)攔污網(wǎng)進(jìn)入CFI 鼓網(wǎng)的海生物和垃圾量大大減少，緩解了CFI 鼓網(wǎng)運(yùn)行壓力，保證了機(jī)組冷源的安全。

2.2 通流能力分析

“網(wǎng)兜形” 攔污網(wǎng)分為前道引導(dǎo)網(wǎng)兜和后道收集網(wǎng)兜并經(jīng)過(guò)耐磨和防海生物附著處理。前道引導(dǎo)網(wǎng)兜設(shè)計(jì)為漸變收口式，海洋生物和垃圾被引導(dǎo)網(wǎng)兜攔截后在水流作用下進(jìn)入收集網(wǎng)兜，不會(huì)附著在引導(dǎo)網(wǎng)兜上形成堵塞。

每個(gè)網(wǎng)兜作為獨(dú)立的整體， 其有效攔截面積約370 m2，總有效攔截面積約為7 500 m2是“一字形”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)兜表面出現(xiàn)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(xiǎn)。

2.3 清理能力分析

原設(shè)計(jì)“一字形”攔污網(wǎng)的清理修復(fù)工作分為水上作業(yè)與水下作業(yè)兩部分。水下作業(yè)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、成本高，且攔污網(wǎng)整體更換期間無(wú)法實(shí)現(xiàn)攔截功能。

“網(wǎng)兜形” 攔污網(wǎng)清理修復(fù)工作在水上進(jìn)行，清理人員先在水面上根據(jù)收集網(wǎng)兜內(nèi)垃圾的量來(lái)判斷是否需要清理。 收集網(wǎng)兜上有明顯的橫向指示線條，垃圾量達(dá)到指示線條時(shí)需對(duì)網(wǎng)兜內(nèi)垃圾進(jìn)行清理。清理時(shí)清理人員將收集網(wǎng)兜提出放到拖船上， 打開(kāi)收集網(wǎng)兜末端的繩索，將垃圾耙出。 清理完成后系緊繩索，將網(wǎng)兜放入水中。 當(dāng)某個(gè)網(wǎng)兜發(fā)生破損時(shí)可對(duì)單個(gè)網(wǎng)兜直接更換，在岸上對(duì)破損網(wǎng)兜進(jìn)行修補(bǔ)。 清理工作過(guò)程簡(jiǎn)便、易于操作、成本低、需要人力少、清理過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)低， 對(duì)單個(gè)網(wǎng)兜更換期間可保證攔污網(wǎng)整體的海生物攔截功能。 圖3 為工作人員將網(wǎng)兜提到拖船進(jìn)行清理。

圖3 工作人員將網(wǎng)兜提到拖船進(jìn)行清理

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，“網(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)在攔截能力、通流能力和清潔修復(fù)能力方面比“一字形”攔污網(wǎng)有很大提高。 在海生物爆發(fā)期間對(duì)大型、微小型海生物都可進(jìn)行有效攔截，可有效防止微小海生物的入侵導(dǎo)致冷源事件的發(fā)生?！熬W(wǎng)兜形”攔污網(wǎng)有效通流面積大可保證核電廠足夠的取水流量，且收口式引導(dǎo)網(wǎng)兜和收集網(wǎng)兜的設(shè)計(jì)方便了攔污網(wǎng)的清理工作， 減少了工作量，降低了工作成本，提高了效率，保證了核電廠冷源安全。