國外海生物防治技術(shù)調(diào)研及分析

菅佳樂 黃倩 沙聰 楊嘉

中國核電工程有限公司 北京 100000

核電廠海生物入侵問題已受到普遍關(guān)注，大量的生物群包括細(xì)菌，藻類，真菌和病毒，以及許多高等生物，如魚類，水母和貝類等，此外包括社會垃圾如生活垃圾等都有可能進(jìn)入取水口，對冷源安全造成一定影響。本文從冷源致災(zāi)風(fēng)險物種類及現(xiàn)有應(yīng)對措施方面對國外核電廠的冷源安全問題開展調(diào)研，并從核電廠冷源安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)、冷源問題新型防治措施及基于海生物保護的相關(guān)措施方面進(jìn)行了總結(jié)，以了解國外海生物防治相關(guān)工程經(jīng)驗和技術(shù)方法。

1 冷源致災(zāi)物種類

通過國際調(diào)研可知，目前威脅到核電廠冷源安全的目標(biāo)物主要有水生植物和藻類、樹及樹葉、垃圾、冰、海草、水葫蘆、蝦、魚、水母、螃蟹、貽貝、沙子、苔蘚類及水螅類動物等[1]。在電廠運行的過程中，這些雜物的入侵將可能導(dǎo)致機組降功率運行、濾網(wǎng)故障、凝汽器清洗頻率增加以及電廠其他設(shè)備可靠性出現(xiàn)問題。

2 監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

目前成功的預(yù)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)包括水聲學(xué)、光學(xué)相機、壓差、氣象數(shù)據(jù)、海洋數(shù)據(jù)、水質(zhì)、水流、衛(wèi)星以及空中觀察[2]。其可有效管理發(fā)電廠的運行，減少電廠停運時間（和發(fā)電量損失），減少對設(shè)備的損害并提高安全性。

3 海生物防治工程措施

在預(yù)警的基礎(chǔ)上，目前國外電廠針對雜物入侵問題采取的工程措施主要有表層涂料、雜物導(dǎo)流堤、多孔堤壩、浮動的柵欄、攔污網(wǎng)、攔污格柵、氣泡幕技術(shù)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、進(jìn)水保護（WIP）濾網(wǎng)、楔形濾網(wǎng)、流速增強系統(tǒng)、熱水回流技術(shù)、凝汽器清洗、雜草收割機以及其他一些物理方法。

3.1 良好的工程措施

雜物導(dǎo)流堤、多孔堤壩、攔污網(wǎng)、攔污柵、氣泡幕技術(shù)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、雜物過濾器、雜草收割機等技術(shù)效果良好。雜物導(dǎo)流堤技術(shù)成熟，運行維護工作量小，一般不需要額外研究來改進(jìn)它們的設(shè)計或構(gòu)造，但是后期仍需要通過水力學(xué)或計算流體動力學(xué)（CFD）建模，以優(yōu)化其性能。多孔堤壩可有效緩解海浪和冰，且在減少魚類入侵方面很有效果，后期需要對多孔堤進(jìn)行更多研究，以制定建造和維護標(biāo)準(zhǔn)，了解其在不同工況下的長久性能。攔污網(wǎng)已經(jīng)在多個電站得到了有效應(yīng)用，其后期面臨的問題主要是如何能夠在有大量雜物的河流中支持和維護網(wǎng)的能力，以及如何有效清理攔污網(wǎng)。攔污柵和除污機的設(shè)計是確保機組高效運行的重要保障，應(yīng)進(jìn)一步調(diào)研可自動運行的除污機的經(jīng)濟可行性。氣泡簾幕技術(shù)通過氣泡將海生物推向水面進(jìn)行攔截收集，該技術(shù)可用于控制水母和其他海生物，但是該技術(shù)較為耗電。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)是大多數(shù)循環(huán)水系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，通常使用的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)包括直流濾網(wǎng)、雙流濾網(wǎng)和中心流濾網(wǎng)，用雙流濾網(wǎng)取代現(xiàn)有的直流濾網(wǎng)時，應(yīng)對濾網(wǎng)雜物處理能力進(jìn)行評估。

雜物過濾器可以清除一次和二次濾網(wǎng)的雜物，以及來自循環(huán)水管道的貝殼等雜物，已在許多電廠中成功地使用，可能需要進(jìn)行一些額外的研究，以減少過濾器的壓頭損失，使它們能夠安裝在更多的電廠上。雜草收割機是一種輕便的、自動推進(jìn)的浮動機器，用于清除水中的植物和雜物，雜草收割機有不同尺寸，但通常是針對不同地點建造的，因此可以根據(jù)不同地點的具體情況進(jìn)行任何必要的調(diào)整，以更好地滿足所需的功能。

3.2 有待驗證的工程措施

表層涂料、紫外線照射、滲透壓沖擊技術(shù)、楔形濾網(wǎng)以及熱水回流技術(shù)需要進(jìn)行進(jìn)一步的驗證。表層涂料中的有毒涂料將會給環(huán)境帶來一定污染，不利于環(huán)保，可能受到法律的限制，無毒涂料由于對結(jié)構(gòu)物表面清潔程度要求較高而難以實施。且防海生物涂料在使用過程中會發(fā)生失效及老化，從而影響核電站正常運行[3]。由于高水平的懸浮固體（膠體和有機物）使海水中紫外線輻射的穿透力降低，因此目前紫外線照射方法在直流海水冷卻系統(tǒng)中仍然是一種無效的技術(shù)。

由于可能對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕和對環(huán)境排放產(chǎn)生影響，滲透壓沖擊技術(shù)難以應(yīng)用于海水系統(tǒng)。水下圓柱狀楔形濾網(wǎng)是一種取水口技術(shù)，它是一個浸沒在水下的濾網(wǎng)，并附帶一個清洗系統(tǒng)，這些濾網(wǎng)可能受到大型雜物或船只事故的破壞，在寒冷的天氣中也容易結(jié)冰。熱水回流技術(shù)可消除系統(tǒng)中的生物污損，已被證明對污染生物有效，并且具有無化學(xué)排放的優(yōu)點，但由于生物被殺死且不受控制，這個技術(shù)往往具有爭議。

3.3 還需進(jìn)一步研究的工程措施

浮動的柵欄、進(jìn)水保護濾網(wǎng)（WIP濾網(wǎng)） 、電磁場、流速增強系統(tǒng)等可進(jìn)行進(jìn)一步的研究。浮動的柵欄被用來防止漂浮的雜物和冰的影響，一種延伸到水體（部分深度）且能成功阻止近表面葉團的漂浮柵欄的尚未被開發(fā)出來，根據(jù)本報告收集的信息，開發(fā)一種攔截水下雜物的裝置將對行業(yè)有重要價值。

波德雷進(jìn)水保護濾網(wǎng)（WIP濾網(wǎng)）是旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)最新的一種改進(jìn)型，其可處理多種雜物，關(guān)于這類濾網(wǎng)的操作要求和雜物處理能力還有待考察；電磁場需要安裝“虛擬電極”，使細(xì)菌通過裝置時帶電，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。除了防止微生物在系統(tǒng)中沉降外，還可以在上游和下游傳播信號，導(dǎo)致生物膜脫落，雖然目前沒有得到應(yīng)用，但其已經(jīng)大規(guī)模在工業(yè)海水系統(tǒng)中進(jìn)行了試驗。

流速增強系統(tǒng)（FVES）是一種新型的雜物管理技術(shù)，這項技術(shù)還沒有在電廠進(jìn)行測試，但在水力發(fā)電廠進(jìn)行的初步測試表明，它有可能減少進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)的雜物數(shù)量，該項技術(shù)是實驗性的，只有一個試點研究而沒有全面的應(yīng)用，在全面應(yīng)用之前，需要進(jìn)行測試以證明其有效性并評估成本和效益。

4 結(jié)語

國外電廠針對冷源安全發(fā)生的問題具有較為豐富的工程經(jīng)驗和解決措施，值得我們借鑒。除上述工程措施外，基于海生物保護，卷吸合格的技術(shù)包括改進(jìn)的小孔旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、窄間隙楔形條濾網(wǎng)、水生生物過濾格柵、阻攔網(wǎng)等措施，碰撞合格的技術(shù)包括護欄網(wǎng)、楔條形濾網(wǎng)以及魚返回系統(tǒng)，這些都將成為日后研究的熱點。