一種新型攔污網在核電廠的應用

孫 婷 劉天棟

（海南核電有限公司，海南 海口 572700）

0 引言

隨著城市、工業與養殖業發展，大量工業廢水、生活廢水增加而導致海水出現富營養化，導致各類海生物的異常暴發，給核電廠冷源系統的正常運行帶來了不利影響，可能導致機組降功率、停機停堆事件，甚至對核電廠的最終熱阱構成威脅，直接影響核電廠的經濟性、可靠性及安全性[1，2]。 在2008—2015 年，WANO網站公布共發生60 起有關冷卻水取水口堵塞而導致降功率、反應堆手動停堆、反應堆自動停堆的事件，引起堵塞事件的物質分析如下[3]：38%為水生物（海藻、水草、貝類、水母、魚類和其他海洋生物）；38%為沙、淤泥、碎片；24%為其他（異物、沉積物、塑料）。 取水安全問題已成為威脅核電廠安全運行的重要因素之一。

南方某核電廠取水海域每年7～10 月份屬于臺風多發季節。 在臺風與洋流用下，取水海域多次發生海生物爆發導致降功率和停機停堆事件。對于該核電廠易發生海生物爆發的種類分析后針對性地對取水攔污系統進行改進，取消了原第一道“一字形”攔污網，增加了“網兜形”攔污網。在實際應用中對比發現，“網兜形”攔污網在攔截能力、通流能力和清理修復能力方面較“一字形”攔污網有大幅度提高。

1 A 核電廠取水攔污系統設計

根據A 核電廠最終安全分析報告的廠址特征中描述，A 核電廠取水海域含沙量低， 海水平均泥沙含量僅為0.007 kg/m3水質較好，無泥沙堵塞風險。 對A核電廠取水海域海生物調查分析，其主要風險為周邊養殖業產生的排水導致的海水營養富導致赤潮的風險。

A 核電廠取水明渠為“直堤”設計，兩道防波堤上部距離220 m，下部距離120 m，設計水位8 m。 設計有兩道“一字形”浮筒式攔污網，網體結構為平面網。 第一道攔污網網孔尺寸為8 cm×8 cm，二道攔污網網孔尺寸為5 cm×5 cm，攔污網為尼龍材質。 如圖1 所示。

1.1 攔截能力分析

第一道和第二道攔污網網孔尺寸分別是8 cm×8 cm 和5 cm×5 cm，對于樹枝、水母、生活垃圾等較大海生物和垃圾可以有效攔截， 但對于尺寸小于5 cm 的海生物，如藻類、貝類以及魚蝦等攔截能力較差。較小的海生物容易穿過網孔進入取水下游區域，最后進入CFI 循環水過濾系統，導致CFI 鼓網運行壓力增加。

圖1 “一字形”平面網示意圖

2016 年10 月，A 核電廠受臺風“莎麗嘉”影響，取水海域貝類、海藻大面積爆發并進入取水明渠，大量小尺寸海生物穿過第一道和第二道攔污網后隨水流進入CFI 循環水過濾系統，CFI 鼓網反沖洗流道被垃圾堵塞，兩臺CFI 鼓網壓差高觸發停機停堆。 表1 為2016 年10 月海生物爆發時，CFI 鼓網反沖洗流道垃圾情況。

表1 2016 年10 月CFI 鼓網反沖洗流道垃圾分類

從表1 可以看出攔污網無法對尺寸小于5 cm 的垃圾進行有效攔截， 大量尺寸分布在2～3 cm 海生物和垃圾入侵導致停機停堆。

1.2 過通流能力分析

原設計“一字形”平面網由上下纜繩固定在兩側防波堤的扭工字塊上，攔污網攔截面積對應于取水明渠的通流斷面，其有效攔截面積約為1 400 m2。 在出現海生物爆發時，尺寸較大的海生物、垃圾容易在攔污網表面堆積， 導致攔污網的通流面積減小水阻增大，攔污網受水流力作用增加，可能導致攔污網破損。

2016 年8 月，A 核電廠發生大規模水母爆發，大量水母被攔污網攔截導致攔污網堵塞超過50%，攔污網在水流力和海浪的作用下損壞，纜繩斷裂失去攔污能力。

1.3 清理能力分析

“一字形” 攔污網清理修復工作分為水上作業和水下作業。水上作業由清理人員在清潔船上對露出水面的攔污網進行清理，水下作業由潛水員對水下攔污網進行清理和修復。水下作業要求流速＜0.5 m/s，區域風速＜4 級，浪涌高度＜0.5 m，潛水作業需要水上水下相互配合，因此，水下攔污網清理和修補工作難度大、持續時間長、成本較高、有安全風險，屬于高風險作業。而且當攔污網破損無法進行局部修補而對攔污網整體更換時，更換期間無法實現其海生物攔截功能。

2 網兜型攔污網的應用

由于原“一字形”攔污網攔截能力差、通流面積小、 不易進行清理修復等原因，A 核電廠攔污系統二次設計方案中取消原第一道攔污網， 在原位置增設“網兜型”攔污網。

新增的“網兜形”攔污網由20 個網兜拼接而成，與防波堤連接的兩側各一個30 m 長的邊坡垂直網。網兜為方形結構，由前道引導網兜和后道可拆卸收集網兜組成。引導網兜采用漸變收口設計，寬6 m 高8 m深22 m，網孔尺寸1 cm×1 cm。 收集網兜深8 m，可提出水面以便進行清理修復工作。收集網兜可與引導網兜分離以便于更換和維護。網兜材質為超高分子聚乙烯材料并經過耐磨和防海生物附著處理。攔污網由上下兩條高分子纜繩固定。 圖2 為“網兜形”攔污網。

圖2 “網兜形”攔污網示意圖

2.1 攔截能力分析

“網兜型”攔污網網孔尺寸為1 cm×1 cm，網孔尺寸小對尺寸在3 cm 以下的貝類、海藻、魚蝦等也有很好的攔截效果。 在貝類、海藻等海生物爆發期間能對其進行有效攔截，緩解下游CFI 鼓網運行壓力避免其超負荷運行，有效降低了停機停堆風險。 表2 為改造前后CFI 鼓網運行情況的數據。

表2 改造前后CFI 鼓網運行數據對比

通過表2 可以看出，增加“網兜形”攔污網后，藻類、 貝類等尺寸較小的海生物和垃圾被有效攔截，通過攔污網進入CFI 鼓網的海生物和垃圾量大大減少，緩解了CFI 鼓網運行壓力，保證了機組冷源的安全。

2.2 通流能力分析

“網兜形” 攔污網分為前道引導網兜和后道收集網兜并經過耐磨和防海生物附著處理。前道引導網兜設計為漸變收口式，海洋生物和垃圾被引導網兜攔截后在水流作用下進入收集網兜，不會附著在引導網兜上形成堵塞。

每個網兜作為獨立的整體， 其有效攔截面積約370 m2，總有效攔截面積約為7 500 m2是“一字形”平面攔污網有效攔截面積的5.3 倍。 有效攔截面積大大增加，即使在海生物爆發期間網兜表面出現淤塞情況下仍有良好的通流能力，減少了可能的取水流量不足的風險。

2.3 清理能力分析

原設計“一字形”攔污網的清理修復工作分為水上作業與水下作業兩部分。水下作業難度大、風險高、成本高，且攔污網整體更換期間無法實現攔截功能。

“網兜形” 攔污網清理修復工作在水上進行，清理人員先在水面上根據收集網兜內垃圾的量來判斷是否需要清理。 收集網兜上有明顯的橫向指示線條，垃圾量達到指示線條時需對網兜內垃圾進行清理。清理時清理人員將收集網兜提出放到拖船上， 打開收集網兜末端的繩索，將垃圾耙出。 清理完成后系緊繩索，將網兜放入水中。 當某個網兜發生破損時可對單個網兜直接更換，在岸上對破損網兜進行修補。 清理工作過程簡便、易于操作、成本低、需要人力少、清理過程風險低， 對單個網兜更換期間可保證攔污網整體的海生物攔截功能。 圖3 為工作人員將網兜提到拖船進行清理。

圖3 工作人員將網兜提到拖船進行清理

3 結語

經對比發現，“網兜形”攔污網在攔截能力、通流能力和清潔修復能力方面比“一字形”攔污網有很大提高。 在海生物爆發期間對大型、微小型海生物都可進行有效攔截，可有效防止微小海生物的入侵導致冷源事件的發生。“網兜形”攔污網有效通流面積大可保證核電廠足夠的取水流量，且收口式引導網兜和收集網兜的設計方便了攔污網的清理工作， 減少了工作量，降低了工作成本，提高了效率，保證了核電廠冷源安全。