陽江核電廠冷源組合式網(wǎng)兜應(yīng)用可行性研究

李新賢，徐 維，楊少鋒，阮晨杰，吳 健，朱劍銳，鄒曉煒，陳 建，姚志猛

（陽江核電有限公司，陽江 529941）

從世界上第一臺商用核電機組并網(wǎng)發(fā)電開始，核電廠與周圍環(huán)境的相互作用一直是研究的熱點。核電廠的選址、建設(shè)、運行、維護和廢物處理過程不可避免地會對環(huán)境產(chǎn)生影響，并受到周圍環(huán)境的制約［1，2］。為了研究和控制核電廠對環(huán)境的負(fù)面影響，研究機構(gòu)、營運單位、政府部門等做了大量工作。Huang等人［3］利用自動環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，通過觀察周圍動植物生態(tài)系統(tǒng)的變化對放射性污染物排放和遷移進(jìn)行了研究。Li等人［4］揭示了核電廠對海洋環(huán)境和生物的影響。結(jié)果表明，周圍環(huán)境對核電廠的商業(yè)運行具有重要意義。Lair等人［5］發(fā)現(xiàn)核電廠的熱放電和化學(xué)放電導(dǎo)致海洋生物的數(shù)量和正常生長期產(chǎn)生變化的頻率逐漸增加，海洋生物增加及其對核電廠周圍水域的侵入將嚴(yán)重影響運行安全。此外，近年來由于海洋生物入侵引起的核電廠事件也陸續(xù)發(fā)生［6，7］。因此，如何防止海洋生物入侵以避免事件的發(fā)生成為核電安全領(lǐng)域的一個熱門話題。

核電廠為攔截大型漂浮物及大型海洋生物，鋪設(shè)了三道正式攔截平面網(wǎng)。該措施能有效應(yīng)對非季節(jié)性海生物的侵襲，但無法有效應(yīng)對季節(jié)性海生物的侵襲，嚴(yán)重影響核電廠冷源取水安全［8］。

為攔截細(xì)小海洋生物，陽江核電廠鋪設(shè)了兩道攔截兜網(wǎng)（如圖1所示），孔徑為4 mm，此設(shè)施可有效攔截體徑大于4 mm的毛蝦群。當(dāng)毛蝦大量涌入時，體徑小于4 mm的毛蝦（如圖2所示）會不可避免地穿過4 mm兜網(wǎng)進(jìn)入泵站，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致機組停機。如何在保證取水安全的同時將毛蝦攔截，值得深入研究。

圖1 陽江核電廠冷源攔截設(shè)施布置總體圖Fig.1 General layout of cold source interception facilities of Yangjiang Nuclear Power Plant

圖2 陽江核電廠毛蝦暴發(fā)時期的尺寸Fig.2 Size of hairy shrimp during outbreak of Yangjiang nuclear power plant

為解決上述問題，提升核電廠冷源安全，建立更深層次的海洋生物攔截體系，陽江核電廠冷源攔截捕撈項目組不斷進(jìn)行布網(wǎng)試驗。本文從網(wǎng)兜組合選型、攔截效率、防附著能力等方面進(jìn)行對比論證分析，通過試驗論證應(yīng)用（2+4） mm組合式網(wǎng)兜作為陽江核電廠冷源冬季保障期間應(yīng)對毛蝦突增涌入的可行性。

1 試驗

1.1 組合式網(wǎng)兜選型

常用的攔截網(wǎng)材料有尼龍網(wǎng)、聚酯網(wǎng)、聚乙烯網(wǎng)、超高分子量聚乙烯網(wǎng)等。尼龍網(wǎng)韌性較好，但耐老化性能較差，在漁業(yè)領(lǐng)域發(fā)展前景受限；聚酯纖維吸水性低、耐磨性較好，但其拉力及韌性較差；高密度聚乙烯纖維價格便宜、制備方便；超高分子量聚乙烯具有更加明顯的斷裂強度、拉伸模量優(yōu)勢。為保證過水，網(wǎng)的孔徑越小，需要的網(wǎng)線徑越小，從而需選擇強度更大的材料［9-16］。

對于作為季節(jié)性材料使用的組合式網(wǎng)兜，需要綜合考慮其網(wǎng)孔及性能等因素。本研究選用超高分子量聚乙烯纖維作為組合式網(wǎng)兜材料開展對比分析。

1.2 組合式網(wǎng)兜設(shè)計

如圖3所示，本研究采用60 mm粗的超高分子量聚乙烯纜繩，牽引圓柱形臥式浮筒，主纜兩端固定在岸側(cè)柵欄板上。在浮筒間主纜繩上懸掛網(wǎng)兜，網(wǎng)兜由水面延伸至明渠底（根據(jù)海底標(biāo)高變化調(diào)整）。浮筒下方懸掛兩根30 mm粗的超高分子量聚乙烯纜繩，一根通過水下主纜（40 mm粗超高分子量聚乙烯纜繩）連接于后排錨塊，另一根連接于前排錨塊。組合式網(wǎng)兜采用將導(dǎo)流兜與尾兜串聯(lián)拼接成一整個網(wǎng)兜的形式。導(dǎo)流兜負(fù)責(zé)將海洋生物導(dǎo)流至尾兜，尾兜則負(fù)責(zé)收集海洋生物。

圖3 組合式網(wǎng)兜布置剖面圖Fig.3 Sectional layout of combined net bag

在毛蝦暴發(fā)時期，部分毛蝦體徑為2~3 mm（如圖2所示），故本文選用導(dǎo)流兜2 mm+尾兜4 mm［簡稱（2+4） mm網(wǎng)兜］、導(dǎo)流兜4 mm+尾兜2 mm［簡稱（4+2） mm網(wǎng)兜］、非組合式全2 mm網(wǎng)兜開展研究，分別將三種網(wǎng)兜與相鄰正式網(wǎng)兜進(jìn)行對比。

1.3 組合式網(wǎng)兜攔截能力測試

本文選取2021年11月23日至11月24日的全2 mm網(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力數(shù)據(jù)作為分析對象，由于第二道正式兜網(wǎng)（9#~14#網(wǎng)兜）處水流較急且在試驗前毛蝦量在所有網(wǎng)兜中都較多，故將第二道正式兜網(wǎng)（10#網(wǎng)兜）替換為全2 mm網(wǎng)兜作為研究對象；選取2021年11月26日至11月27日作為（2+4） mm及（4+2） mm網(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力對比的時間，將第二道正式兜網(wǎng)（10#和13#網(wǎng)兜）分別替換為（2+4） mm和（4+2） mm網(wǎng)兜作為研究對象。

對于初始攔截能力及堵塞情況良好的網(wǎng)兜，本研究將繼續(xù)進(jìn)行持續(xù)攔截性能測試，研究其更換周期。

2 結(jié)果與討論

2.1 初始攔截能力測試

本文選取2021年11月23日至2021年11月24日的全2 mm網(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力數(shù)據(jù)作為分析對象。分析結(jié)果顯示：全2 mm網(wǎng)兜攔截效果明顯，見表1。安裝全2 mm網(wǎng)兜前，91#~11#網(wǎng)兜攔截能力幾乎持平，安裝后全2 mm網(wǎng)兜為相鄰兜平均值的2.4倍。

表1 全2 mm網(wǎng)兜攔截驗證Table 1 Full 2 mm net bag interception verification

本文選取2021年11月26日至11月27日作為（2+4） mm及（4+2） mm網(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力對比的時間。期間，兩組合網(wǎng)兜堵塞速率均較慢，見表2，（2+4） mm組合式網(wǎng)兜攔截能力為相鄰網(wǎng)兜平均值的3~10倍，攔截效果提升明顯，檢查網(wǎng)兜，未見破損，而（4+2） mm組合式網(wǎng)兜攔截能力與相鄰兜接近。

表2 （4+2）mm結(jié)構(gòu)網(wǎng)兜與（2+4）mm結(jié)構(gòu)網(wǎng)兜攔截驗證Table 2 Interception verification of（4 + 2） mm structural net bag and（2+4） mm structural net bag

綜上所述，通過測試表明：最終驗證（2+4） mm結(jié)構(gòu)網(wǎng)兜初始攔截能力最優(yōu)。

2.2 防附著能力

通過初始攔截能力測試后，本文對現(xiàn)場布設(shè)的全2 mm、（2+4） mm及（4+2） mm組合式網(wǎng)兜進(jìn)行防附著能力檢驗，并確認(rèn)網(wǎng)兜完整性。

如圖4所示，可看出全2 mm網(wǎng)兜堵塞速率快，使用1天后，存在鼓兜現(xiàn)象且小浮球下沉明顯，檢查未見破損，但約有125 kg毛蝦未進(jìn)入尾兜。其更換維護周期約1天，維護工作量極大，成本極高，不考慮使用。

圖4 全2 mm網(wǎng)兜堵塞情況Fig.4 Blockage of the full 2 mm net bag

如圖5所示，（2+4） mm及（4+2） mm組合式網(wǎng)兜在放置2日后未出現(xiàn)破損、鼓水及明顯堵塞現(xiàn)象，需繼續(xù)進(jìn)行持續(xù)攔截能力測試，以確定維護更換周期。

圖5 （2+4） mm及（4+2） mm網(wǎng)兜堵塞情況Fig.5 Blockage of the（2+4） mm and（4+2） mm net bag

2.3 持續(xù)攔截能力測試

本文選取2021年11月30日至12月14日作為（2+4） mm網(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜持續(xù)攔截能力對比的時間，選擇第二道兜網(wǎng)（14#網(wǎng)兜）作為（2+4） mm網(wǎng)兜的試驗點進(jìn)行測試。如圖6所示，通過15天的高強度持續(xù)攔截能力測試可看出：（2+4） mm網(wǎng)兜在測試過程中持續(xù)攔截能力優(yōu)于相鄰4 mm正式攔截兜網(wǎng)，更換維護周期可達(dá)10天以上，滿足現(xiàn)場要求。

圖6 （2+4） mm網(wǎng)兜持續(xù)攔截能力測試Fig.6 Continuous interception capability test of（2+4） mm net bag

本文選取2021年11月26日至12月7日作為（4+2） mm網(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜持續(xù)攔截能力對比的時間，選擇第二道兜網(wǎng)（10#網(wǎng)兜）作為（2+4） mm網(wǎng)兜的試驗點進(jìn)行測試。

如圖7所示，通過12天的高強度持續(xù)攔截能力測試可看出：（4+2） mm網(wǎng)兜在測試過程中持續(xù)攔截能力與相鄰4 mm正式攔截兜網(wǎng)幾乎持平，使用8日后可看出攔截能力顯著下降。

圖7 （4+2） mm網(wǎng)兜持續(xù)攔截能力測試Fig.7 Continuous interception capability test of（4+2） mm net bag

綜上所述，通過對（2+4） mm及（4+2） mm組合式網(wǎng)兜進(jìn)行持續(xù)攔截能力測試發(fā)現(xiàn)，（2+4） mm組合式網(wǎng)兜可放置時間更長，且攔截能力更強，效果更佳，可減少毛蝦對下游設(shè)備的沖擊，避免毛蝦進(jìn)入泵站，保障核電廠取水安全。

3 結(jié)論

通過使用（2+4） mm、（4+2） mm組合式網(wǎng)兜及非組合式全2 mm網(wǎng)兜開展研究，并與兩道正式攔截兜網(wǎng)進(jìn)行毛蝦攔截能力對比及防附著能力分析，可得出以下結(jié)論。

（1）（2+4） mm組合式網(wǎng)兜攔截能力為相鄰網(wǎng)兜平均值的3~10倍，攔截效果提升明顯，而（4+2） mm組合式網(wǎng)兜攔截能力與相鄰兜接近，無法達(dá)到保障冷源安全的目的。

（2）（2+4） mm及（4+2） mm組合式網(wǎng)兜在放置2日后未出現(xiàn)破損、鼓水及明顯堵塞現(xiàn)象，而全2 mm網(wǎng)兜堵塞速率快，使用1天后，存在鼓兜現(xiàn)象且小浮球下沉明顯，更換維護周期約為1天，大量使用維護工作量極大，成本極高，后期不考慮使用。

（3）通過對（2+4） mm及（4+2） mm組合式網(wǎng)兜進(jìn)行持續(xù)攔截能力測試發(fā)現(xiàn)，（2+4） mm組合式網(wǎng)兜可放置時間更長，且攔截能力更強，效果更佳。

綜上所述，在陽江核電廠毛蝦暴發(fā)時可使用（2+4） mm網(wǎng)兜替代4 mm網(wǎng)兜作為應(yīng)對大量毛蝦入侵的手段，因為在攔截能力、防附著能力、維護周期等方面，（2+4） mm網(wǎng)兜為所有研究對象中最優(yōu)，并且替代性使用不會對攔截系統(tǒng)的完整性造成影響。這種研究分析對核電廠冷源安全具有重要意義，同時也為國內(nèi)沿海核電廠提供了一種重要思路。