昌江核電廠取水明渠設計缺陷及優化方案

左志遠

(中國核工業集團有限公司,北京 100822)

近年來，國內在運核電廠多次出現因海洋生物、雜物等因素導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，取水明渠內攔污網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動下通過取水隧洞進入聯合泵房，導致循環水過濾系統鼓網堵塞，循環水泵跳閘，進而造成汽輪機跳機，反應堆自動停堆。

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，一次規劃建成。明渠底寬約120 m，設計底高程-5 m，總長約600 m。明渠兩側由兩條平行的導流堤掩護，導流堤采用斜坡堤結構，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，在風浪的作用下，大量垃圾涌入前池，循環水過濾系統細格柵被嚴重堵塞，導致鼓網液面過低，循環水泵短時間吸入空氣，存在停機停堆風險。

2016年10月，臺風 “莎莉嘉”期間，2號機組處于功率運行狀態，受臺風影響，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，導致循環水過濾系統鼓網堵塞，循環水泵跳閘，造成汽輪機跳機，反應堆安全停堆。

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，廠址海域出現大量生活垃圾，堆積在取水明渠東導流堤外海側，初步分析原因是在北側珠碧江入海口處河流上游的生活垃圾排入海域，在偏北風浪和潮流的作用下帶至廠區附近，受導流堤阻攔后堆積在岸邊。

(2)內部問題

取水明渠內波浪較大，尤其在臺風期間，明渠內攔污網受海浪影響造成浮筒傾覆、網片破損，攔污網失效，外海大量生活垃圾隨之進入明渠、取水隧洞，直至泵房。業主公司在取水明渠增設了一道攔污網，仍然在臺風期間出現損壞情況。

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

2 取水明渠優化方案

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

2.1 取水明渠

東導流堤延長段東接已建導流堤堤頭，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，西至已建西導流堤堤頭以西約287 m處。兩導流堤堤頭形成取水口門，門寬227.71 m，底標高位于天然泥面標高-5.0～-9.0 m處。取水明渠優化方案見圖2。

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

2.2 攔污網

取水明渠內共設三道攔污網[1]，分別位于口門、現攔污網及距東導流堤堤根246 m處。1#攔污網為永久攔污網，采用樁基平臺式方案，取水口門中設置5座樁基平臺，上設電動絞車，攔污網通過平臺上絞車連接，與防波堤上設置的絞車連成整體。2號、3號攔污網均采用浮筒式方案，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，東導流堤對船舶進港產生影響，需調整港池、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整。航道軸線由原132°30′7″～312°30′7″調整為282°00′20″～102°00′20″，與等深線約呈55°夾角。航道長124 m，寬100 m，底標高-6.0 m。

3 取水明渠優化施工流程

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

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

4 取水明渠優化方案可行性分析

昌江核電廠取水明渠位于廠址西北側，岸線至水深-5.5 m之間的海域，取水由東、西導流堤組成，每條堤長約600 m。取水明渠導流堤基礎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，基礎條件較好，廠址SL-2為0.15g。參照田灣核電廠取水明渠設計及建造經驗，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。優化方案延長段導流堤采用的結構與現有明渠導流堤一致，在水位、波浪、抗震等方面設計標準與現有明渠導流堤標準一致，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，優化方案明渠過流截面有所增加，可以滿足現有1、2號機組及后續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。明渠波浪減小后，攔污網可以得到保護，通過明渠內設置的三道攔污網，可以大大提高攔截效果。

5 結 論

昌江核電廠取水明渠采用的優化方案可以減輕明渠內水面波動，減少垃圾和貝殼進入取水流道，降低攔污網的損壞頻率，減少攔污網維護次數，顯著減少明渠內的沙礫、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定運行起到積極作用。