核電廠循環水過濾系統隱患分析及維護策略

□魏智剛

一、核電廠循環水過濾系統概述

核電廠海水系統包括循環水過濾系統、循環水系統、重要廠用水系統及循環水處理系統。以某核電廠為例，其海水先后通過取水明渠、CB閘門井(粗格柵、CB閘門井進水閘門)經取水隧洞進入(進水隧洞閘門)PX泵房的前池，經過進水渠道閘門、細格柵(格柵除污機)、鼓形濾網(前述均為循環水過濾系統)后，向重要廠用水系統、循環水系統和循環水處理系統供水。

循環水過濾系統的運行維護目標是保證取水系統流道通暢及取水安全，保障凝汽器及核島、常規島板式換熱器有足夠的海水作為冷源。其運行維護的難點和工作量集中在防腐和清污(清除海水中懸浮的或淤積、滯留在取水流道或過濾設備的海生物、海洋垃圾及泥沙)，以保持循環水過濾設備的可用性。因此，從設計、建造、運行維護及管理過程中，都需要重點考慮循環水系統防腐和清污兩方面的問題，以保證循環水系統安全。

二、海水腐蝕問題

某核電廠海域海水成分中含有大量的鹽分(鹽度30.4)和呈弱堿性(pH值在8.30左右)，年平均水溫26.8℃，海水成為導電性很強的電解質溶液，金屬在海水中的腐蝕是典型的電化學腐蝕。在海水氯離子和溶解氧作用下，碳鋼與不銹鋼表現出不同的腐蝕特點。碳鋼在海水的腐蝕受陰極極化所控制，氧擴散的速度增加將加快碳鋼的腐蝕，以全面的不均勻腐蝕和局部腐蝕為特征。而不銹鋼在海水中可以建立不穩定的鈍化狀態，其腐蝕是受陽極極化所控制，氧擴散的速度增加將提高不銹鋼的鈍性而提高其耐蝕性。不銹鋼在海水中的腐蝕主要以點蝕、隧道腐蝕和縫隙腐蝕為特征[1]。

三、海生物與泥沙問題

循環水過濾系統設備的可用性除了做好設備防腐外，還應該重視海生物及海洋雜物對系統的影響。早期環境調查時核電廠海水水質較好，水中含沙量、漂浮物、懸浮物較少，但近年來隨著海洋環境惡化，海洋富養化加重趨勢，周邊居民生活垃圾排放以及蝦塘污水排放等，導致海水水質惡化，水母增加，海洋中的麒麟菜、綠藻等出現爆發式增多，同時在極端氣象條件下也可能導致海水取水堵塞。

(一)泥沙淤積。某核電廠廠址的含砂量很小(廠址實測漲落潮平均含沙量為0.007kg/m3，最大含沙量0.040kg/m3，遠低于秦山廠址平均含砂量(平均含沙量2.50kg/m3，最大含沙量4.22kg/m3)。CB2取水隧洞為直徑5.0m的隧洞，全長約1650m，洞底標高從CB1到PX泵房前池平緩升高7.5m(從-17.0m到-9.5m)，坡度僅為4.5‰(折合成角度約0.26度)。同時通過取水明渠的沉沙作用(年平均淤積強度0.37m，年淤積量4.9萬m3)，進入取水隧洞內的海水含沙量進一步降低，同時，明渠設計時明渠沉泥坑的備淤高度為2m。機組正常運行后，由于取水為壓力流，流速在2.0m/s以上，遠高于泥沙的起動流速和落淤流速，因此在正常運行工況下，CB2取水隧洞不會發生泥沙淤積的情況，僅在死角區域會有少量淤積[5]。

(二)海生物影響分析。某核電廠處于南方海邊循環水水溫較高，含鹽量較高，系統中海生物、微生物較多，尤其是夏季時間較長。其投產才半年時間，海邊防波堤上已長滿海蠣，取水過濾系統中設備上也已有硬質的海蠣附著，隧洞內已有蟲狀海生物和青口貝等。調研周邊的火電廠其循環水系統設備上遍布海蠣附著痕跡(部分已清理過)。雖然系統中會通過連續及沖擊加氯殺死系統中的微生物及部分海生物，從實際情況看，系統中仍有海生物生存，而殺死的海生物在溫度較高時就會產生泡沫(泡沫本身對系統運行并無多大影響，但會影響前池水位觀察)。由于流速較大，次氯酸鈉對粗格柵處的海生物生長影響很小。

四、維護保養改進建議

防腐及海生物及異物清理是循環水系統維護保養的重點工作，為避免由于腐蝕及海洋生物或海洋異物堵塞取水系統從而影響取水安全，電廠應加強分析，采取措施，并對存在的問題逐一處理。

(一)增加在線監測預警系統。從公司層面提高冷源專項小組的運作層級，完善冷源應急響應預案并增加運行控制策略，增加取水海域的水文和水質在線監測預警系統，以提升對取水海域的水質指標及水文指標的監測能力。加強對取水口的巡檢頻度，確保不發生異物堵塞事件。同時評估現有的循環水過濾系統處理中清污機對水母等海生物的打撈能力，在取水口加裝小型的海生物的攔截網等措施來確保循環水過濾系統穩定運行。

(二)建立預警和預防機制。高度重視海洋生物及海洋異物對循環水過濾系統的影響，結合有關案例進行經驗反饋，分析自身系統可能存在的問題，努力掌握廠址所在區域海洋生物及海洋垃圾等的產生和運動規律，建立預警和預防機制。定期對循環水過濾系統進行檢查，做好日常維護、清理和清淤等工作。完善應對海洋生物及海洋異物堵塞過濾系統的應對預案并加強演練。

(三)加強宣傳，提高環保意識。協調當地政府加大周邊珠碧江流域村民及附近漁民環保宣傳，提高村民環境意識，減少生產生活雜物隨意丟棄，改善周邊海水的水質狀況。

(四)加強設計。對循環水過濾系統存在的設計問題加以改進，增強抵御海洋生物和異物的能力。

(五)加強腐蝕的研究。循環水過濾系統發生海水腐蝕和大氣腐蝕是非常普遍的，也是難以避免的，重要的是查清腐蝕原因并針對性地采取有效的措施予以減緩，從而發揮循環水過濾系統設備的最大功效。核電廠海水腐蝕中的很多嚴重問題暫時都沒有得到很好的解決，需要與相關單位合作開展深入的研究工作。

五、結語

從循環水過濾系統維護保養實踐來看，需要從腐蝕防護和清污兩方面開展工作，從整體和細節方面考慮。在整體上，應明確腐蝕防護工作的歸口管理部門和建立冷源專項小組，完善相應的管理程序，對海水系統管道、設備的總體腐蝕現狀和材料、防腐措施的應用情況、海生物及垃圾產生規律、泥沙淤積情況進行全面了解和分析，編制防腐及清污中長期工作計劃，將腐蝕防護及清污工作由“糾正性”過渡到“預防性”管理。在細節上，針對不同設備、部位的材料腐蝕失效形式、針對不同季節、不同氣象條件下系統不同位置的海生物及垃圾產生情況及泥沙淤積情況，具體問題具體分析，進行腐蝕機理、清污策略研究，從系統設計、材料選擇、防腐手段、清污方式等方面采取綜合治理措施，保證循環水系統的可用性。