海洋污損生物對核電廠取水渠攔污網(wǎng)的危害及防除方法研究

摘" 要：海洋污損生物附著在核電廠攔污網(wǎng)上會造成網(wǎng)孔堵塞，降低取水效率，使網(wǎng)衣自重增加，縮短網(wǎng)衣的使用壽命，威脅核電廠海水循環(huán)系統(tǒng)的安全運行。該文通過文獻及現(xiàn)場調(diào)研，分析對核電廠攔污網(wǎng)危害較大的幾種常見污損生物，對當前的污損生物防除方法及存在的問題進行闡述，并提出改進措施。藤壺、貽貝、水螅、牡蠣和盤管蟲等污損生物對核電廠攔污網(wǎng)的危害較大;傳統(tǒng)機械清除法的效率低、成本高;當前商業(yè)銅基防污涂料靜態(tài)防污效果較差，且污染海洋環(huán)境;結(jié)合實際工程應用，建議采用水下清洗機器人進行原位清洗，在攔污網(wǎng)上涂裝無銅環(huán)保防污涂料進行污損生物防除。上述污損生物防除措施，可為核電廠攔污網(wǎng)防除污損生物設計提供指導。

關鍵詞：核電廠;攔污網(wǎng);污損生物;防污方法;機器人

中圖分類號：X946" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）11-0148-04

Abstract： The attachment of marine fouling organisms to the pollution interception network of nuclear power plants will cause mesh clogging， reduce water extraction efficiency， increase the dead weight of the network， shorten the service life of the network， and threaten the safe operation of the seawater circulation system of the nuclear power plant. Based on literature and on-site research， this paper analyzes several common fouling organisms that are harmful to the pollution barrier of nuclear power plants， expounds the current fouling organism control methods and existing problems， and proposes improvement measures. Fouling organisms such as barnacles， mussels， hydra， oysters， and coil worms are of great harm to the pollution barrier network of nuclear power plants; traditional mechanical removal methods are inefficient and costly; current commercial copper-based anti-fouling coatings have poor static anti-fouling effects and pollute the marine environment; combined with practical engineering applications， it is recommended to use underwater cleaning robots for in-situ cleaning and apply copper-free environmentally friendly anti-fouling coatings on the pollution barrier network to prevent fouling organisms. The above-mentioned fouling biological control measures can provide guidance for the design of nuclear power plant pollution barriers to prevent fouling biological control.

Keywords： nuclear power plant; pollution barrier; fouling organism; anti-pollution method; robot

核能占全球電力供應量的10%，是僅次于水力發(fā)電的全球第二大清潔能源[1]。核電作為能源供應的重要結(jié)構，其安全運行對社會、環(huán)境和國家具有重要意義。眾所周知，核電廠冷源系統(tǒng)對核電廠的安全運行至關重要，我國核電廠均設置在沿海地區(qū)，海水是核電循環(huán)水系統(tǒng)和重要廠用水系統(tǒng)的主要冷卻介質(zhì)。近年來，核電廠經(jīng)常發(fā)生海生物、漂浮垃圾堵塞取水口的事件，嚴重影響核電廠的安全穩(wěn)定運行[2]。表1描述了3個核電廠因冷源堵塞造成的停堆事件。

為了防止海生物暴發(fā)對核電廠冷源安全造成不利影響，各大核電廠均在取水明渠內(nèi)設置多道攔污網(wǎng)，孔徑從2 mm到8 cm不等，有效降低了海生物暴發(fā)帶來的風險。但攔污網(wǎng)在海水中易被藤壺、貽貝等海洋污損生物附著，從而導致網(wǎng)孔被堵，網(wǎng)重大幅增加，降低取水效率，影響機組安全運行，需要定期清理。

本文重點介紹核電廠取水明渠內(nèi)對攔污網(wǎng)危害較大的幾種常見污損生物，并對攔污網(wǎng)的附著生物防除方法的優(yōu)缺點進行分析，同時提出改進措施，為核電廠更好地維護攔污網(wǎng)免受污損生物附著提供指導。

1" 海洋污損生物對核電廠攔污網(wǎng)的危害分析

海洋污損生物是指海洋環(huán)境中棲息或附著在船舶和各種水下人工設施表面上的生物總稱，包括海洋微生物、海洋植物和海洋動物[3]。目前中國沿海已記錄的污損生物種類有614種[3]，范圍幾乎涉及到所有海洋生物的主要門類[4]。通常，威脅核電廠攔截設施的污損種類是在污損群落結(jié)構中占據(jù)絕對優(yōu)勢的物種，包括藤壺、牡蠣、貽貝、草苔蟲、海鞘、水螅和管棲多毛類（盤管蟲）等，下面對在我國核電廠攔污網(wǎng)上附著生物量較大的主要污損生物及其對攔污網(wǎng)的危害進行分析。

1.1" 藤壺

藤壺屬于節(jié)肢動物門，在世界上分布廣泛，對人類海洋經(jīng)濟活動影響最大。藤壺在幼體階段附著，通過分泌粘附膠達到牢固附著，其成體具有堅硬的鈣質(zhì)外殼，即便個體死亡也很難脫落，即便清除也多會有附著痕跡殘留，常附著于船底、浮標、水下鋼結(jié)構、養(yǎng)殖平臺和網(wǎng)衣等人工設施上。藤壺附著在攔污網(wǎng)上，容易出現(xiàn)群聚現(xiàn)象，造成網(wǎng)孔堵塞，增加網(wǎng)衣自重，且不易清除。藤壺在我國沿海均有分布，是各大核電廠攔污網(wǎng)上典型的附著生物，對攔污網(wǎng)的結(jié)構破壞較大，需重點關注。

在2023年6月—2024年6月期間，通過對南方某核電廠取水明渠攔污網(wǎng)上的污損生物調(diào)查發(fā)現(xiàn)，6—8月藤壺在攔污網(wǎng)有大量附著（圖1），嚴重降低攔污網(wǎng)的過水面積，表明該季節(jié)藤壺是污損群落結(jié)構中主要的污損種類，對核電廠攔污網(wǎng)具有極大安全隱患。

1.2" 貽貝

我國沿海貽貝的種類存在南北差異，北方海域多為厚殼貽貝，南方海域多為翡翠貽貝。翡翠貽貝是我國南方核電廠的取水管道以及攔污網(wǎng)上常見的污損種類。2020年，在某核電廠攔污網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)附著大量的翡翠貽貝（圖2），導致攔污網(wǎng)網(wǎng)孔嚴重堵塞，水流阻力增大，部分網(wǎng)衣破損，甚至下沉，使其喪失攔截功能，嚴重影響系統(tǒng)和設備的安全可靠性，且在起吊清理過程中，由于網(wǎng)衣自重嚴重增加，造成大面積網(wǎng)衣破損，無法再重復利用，只能更換新的攔污網(wǎng)，大大增加了運營成本。

1.3" 水螅

在全世界污損生物中共發(fā)現(xiàn)水螅66屬260種，中國沿海有記錄17屬21種[4]。主要的種類有中胚花筒螅（Tubularia mesembryanthemum）、雙列筆螅（Pennaria disticha）、淡水棒螅（Cordylophora lacustris）和數(shù)枝螅（Obelia）等。每年11月至次年4月，在福建某核電廠的攔污網(wǎng)上會附著大量的水螅（圖3），嚴重堵塞網(wǎng)孔，核電需定期清洗或更換網(wǎng)衣，但耗費大量的人力物力。

此外，在攔污網(wǎng)上附著較為嚴重的污損生物還有牡蠣、盤管蟲等，上述生物具有附著量大、黏附力強等特點，在其生長旺季，均會嚴重堵塞攔污網(wǎng)網(wǎng)孔，造成攔污網(wǎng)超負荷運行，甚至會發(fā)生攔污網(wǎng)固定物脫落，浮筒傾覆的安全事故。

目前各大核電廠為防止海生物和漂浮垃圾涌入取水明渠，均設置了多道攔污網(wǎng)，而海生物在攔污網(wǎng)上附著會對核電廠冷源的安全存在較大的風險，堵塞網(wǎng)孔造成水流不暢，影響機組的冷卻效率。此時，一旦發(fā)生漂浮垃圾和海生物大量涌入，極易造成網(wǎng)衣完全堵塞，冷卻水無法進入冷源系統(tǒng)，從而引發(fā)停堆事故。另外，被堵塞的網(wǎng)衣，因受到較大的水壓，有整體脫落的風險，如被帶入泵房入庫就有威脅機組運行的風險。在對南海某核電廠取水明渠調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)兜式攔污網(wǎng)已經(jīng)被污損生物完全堵塞，攔污網(wǎng)前后存在非常大的壓力差，使得整個攔污網(wǎng)的受力長期處于超負荷狀態(tài)，網(wǎng)衣存在整體脫落被水流帶入取水隧洞中的安全風險。因此，維護人員基本上需要不間斷對這種網(wǎng)衣進行拆卸清洗再更換，此項工作非常耗費人力。各大核電廠的攔污網(wǎng)數(shù)量多，污損生物附著量大，在污損高發(fā)期面臨嚴峻的考驗。因此，急需尋找適用于攔污網(wǎng)的污損生物防除技術，消除污損生物帶來的安全風險因素。

2" 核電廠攔污網(wǎng)上污損生物的防除方法

人們對防治海洋生物污損進行了大量的研究工作，已發(fā)展出多種防污技術，主要可分為物理防污法和化學防污法。

2.1" 物理防污法

物理防污法包括用力、聲、光和熱等手段去防除污損生物。物理防污法歷史悠久，從人類開始使用船只便使用敲除等簡單的手段去除污損生物。物理防污法具有針對性強、簡單有效的優(yōu)點，可快速清理設備表面附著的污損生物，缺點是僅在污損后才能進行處理，無法預防污損的發(fā)生，需要定期對裝備表面進行清洗，耗費較大人力和物力。

目前針對核電廠攔污網(wǎng)常用的物理方法是機械清除法。以南方某核電廠為例，在污損生物高發(fā)的夏季，施工團隊將被污損的網(wǎng)兜式攔污網(wǎng)（孔徑2 mm）利用起重設備起吊拆卸回收，同時更換干凈的網(wǎng)衣。被污損的網(wǎng)衣經(jīng)暴曬后，利用高壓水槍對網(wǎng)衣進行沖洗（圖4），沖洗干凈后重復使用，一道攔污網(wǎng)的清洗耗時近1個月。每年4—10月，施工團隊重復洗網(wǎng)、換網(wǎng)的操作，耗時耗力，效果并不理想。

2.2" 化學防污法

化學防污法是通過使用化學物質(zhì)殺滅清除海洋污損生物的方法，是目前普遍使用的一種防污技術手段，根據(jù)作用方式可分為2種：一種是在設備周圍直接加入化學物質(zhì)進行消殺，另一種是采用含有有毒化學殺生劑的防污涂料。

直接加入化學物質(zhì)法一般都是通過往循環(huán)系統(tǒng)的海水中加入足量的次氯酸鈉，利用其強氧化性殺滅海水中的生物。如法國的格拉弗林核電廠、帕魯埃爾和潘利核電廠，阿根廷的Embalse核電廠，印度的Kalpakkam核電廠，我國的昌江核電廠、福清核電廠、秦山核電廠和大亞灣核電廠等。但上述加藥主要是在取水隧洞位置，空間相對狹小，而攔污網(wǎng)所處海域開闊，藥劑進入海水中被迅速稀釋，難以起到高效防污。

在網(wǎng)衣上涂裝防污涂料是一種簡單有效的防污手段，有研究人員建議在攔污網(wǎng)上涂裝氯化橡膠防污漆，以抑制海生物的快速生長[5]?，F(xiàn)有的商業(yè)防污涂料在核電攔截格柵上、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和隧洞內(nèi)壁上均得到應用[6-9]，但少見在攔污網(wǎng)上應用的報道。

3" 現(xiàn)有防污方法存在的問題及改進措施

3.1" 機械清除法存在的問題及改進措施

鑒于傳統(tǒng)的機械清除法人工耗費大、效率低下，未來應考慮高效原位的機械清除手段。水下清洗機器人是基于空化射流技術開發(fā)的具有智能化、集成化的清洗設備，利用水動力空化效應可實現(xiàn)水下原位清洗污損生物（海藻、水螅、貝類等），該方法已在船舶和漁網(wǎng)上成功應用，目前市場上已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。還未見國內(nèi)外核電廠利用該技術進行攔污網(wǎng)清洗的報道。鑒于該技術與傳統(tǒng)高壓水清洗相較，具有節(jié)約能源、清洗效率高等技術優(yōu)勢，建議國內(nèi)各核電廠針對核電攔污網(wǎng)上的污損生物可嘗試采用這種方法進行原位清除，不需要對網(wǎng)衣進行拆卸或者起吊，直接利用機器人潛入需要清理的部位，實現(xiàn)高效快速的清理。

據(jù)調(diào)研，我國南方某核電廠已開展了機器人（20 MPa）原位清洗測試，清洗結(jié)果顯示，平面攔污網(wǎng)清洗效果較好，但網(wǎng)兜式攔污網(wǎng)由于網(wǎng)衣處于漂浮狀態(tài)，無法與機器人緊密貼合，清洗效果不佳，需提高清洗壓力進一步測試。

3.2" 防污涂料法存在的問題及改進措施

由于傳統(tǒng)的防污涂料含有重金屬銅，對海洋環(huán)境存在污染風險，歐美國家部分港口城市開始限制使用銅基防污涂料的船舶停靠港口[10]。核電廠攔污網(wǎng)數(shù)量眾多，如全面使用含銅防污涂料，勢必對當?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境造成嚴重污染。因此，核電廠攔污網(wǎng)防污涂料應選擇一些生態(tài)環(huán)保的防污涂料進行污損生物防除，如低表面能防污涂料、含天然產(chǎn)物的防污涂料等[11]。天然產(chǎn)物具有生物無毒、易降解、對環(huán)境友好等優(yōu)點，是近年來的研究熱點。已有許多天然防污產(chǎn)物從陸地植物、海洋動物和微生物體內(nèi)獲得[11]，天然產(chǎn)物防污劑在漁網(wǎng)上的靜態(tài)防污效能也得到了初步驗證[12]。攔污網(wǎng)靜態(tài)放置在水中，水流相對較小。現(xiàn)有商業(yè)防污涂料多是針對船舶開發(fā)，需要一定的水流維持其表面更新，動態(tài)防污效果好，而靜態(tài)防污效果較差。因此，選擇一些靜態(tài)防污效果優(yōu)異的天然產(chǎn)物基防污涂料將更適于攔污網(wǎng)的使用環(huán)境。此外，經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的防污涂料體系在攔污網(wǎng)上的附著力較差，容易開裂脫落，因此在攔污網(wǎng)上涂裝防污涂料，需對其附著力進行嚴格檢測，針對性研發(fā)在網(wǎng)衣上具有強附著力的涂料體系，使其更加符合攔污網(wǎng)的應用要求。

據(jù)調(diào)研，2021年，某濱海核電廠將一種無銅環(huán)保防污涂料涂裝在1、2號機組取水口攔污網(wǎng)（網(wǎng)目8 cm，尼龍）上，開展了實際工程應用。一個維護周期后發(fā)現(xiàn)，涂有涂料的網(wǎng)衣僅有少量的藤壺附著，而未涂涂料的對照攔污網(wǎng)上附著有大量的貽貝和藤壺，嚴重堵塞的攔污網(wǎng)網(wǎng)孔。此結(jié)果表明該類型防污涂料具有較好的應用效果，可用于核電廠攔污網(wǎng)進行污損生物防除。

4" 結(jié)束語

海洋污損生物附著在核電廠攔污網(wǎng)上，會嚴重堵塞攔污網(wǎng)網(wǎng)孔，并引發(fā)冷源事故。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對攔污網(wǎng)危害較大的污損生物主要有藤壺、貽貝、水螅、牡蠣和盤管蟲等，是核電廠重點的污損生物防除對象。

目前針對攔污網(wǎng)污損生物的防除方法主要有物理防污法和化學防污法，其中物理防污法耗費人力物力，效果不理想?？衫盟虑逑礄C器人進行原位污損生物清洗，提高清洗效率，降低成本。傳統(tǒng)的化學加藥法不適用于攔污網(wǎng)，銅基防污涂料對海洋環(huán)境存在污染風險，不適合大量應用于核電廠，無銅環(huán)保防污涂料可有效防除攔污網(wǎng)上的污損生物，且具有生態(tài)友好特點，在攔污網(wǎng)上具有應用前景。

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