某核電廠循泵房海洋生物入侵影響及應對措施

曹 平

(中國中原對外工程有限公司，北京 100044)

核電廠的循泵房布置著循環水泵和重要廠用水泵，是核電廠重要的冷源子項，它的運行狀況與整個核電機組的安全性和經濟性息息相關。而冷源喪失的事件在世界范圍內核電廠連續發生，嚴重影響了電廠安全相關系統的運行和核電廠的可靠性。根據國家核安全局發布的海洋生物或異物影響核電廠取水安全典型事件分析[1]，相當部分冷源喪失事件的原因都和海洋生物入侵相關。因此，對海洋生物的活動進行監測，摸清海洋生物的產生和運動規律，采取相應的預防措施，減少海洋生物入侵的風險，降低海洋生物入侵的危害，對整個核電機組安全、經濟運行有著重要的意義。

某核電機組在施工和調試運行期間，多次遭遇海洋生物入侵的問題，管理人員采取了一系列的應對措施，使得核電機組的安裝調試工作未受到較大影響。筆者將結合國內其他核電廠循泵房海洋生物入侵的經驗反饋，對該核電廠循泵房遭遇海洋生物入侵的情況及應對措施進行分析，以尋求更加完善的預防方案。

1 系統介紹

某核電廠位于巴基斯坦卡拉奇市以西約24 km，廠址南鄰阿拉伯海，項目規劃建設2臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。該機組冷源相關系統包括:

1)重要廠用水系統(WES)；

2)循環水系統(WCW)。

布置在循環水泵房。

1.1 重要廠用水系統(WES)

WES系統的功能是把設備冷卻水系統(WCC)收集的熱負荷輸送到最終冷源——海水。它是核島冷卻系統的一部分，用于在正常運行和事故工況下把從安全有關構筑物、系統和部件傳來的熱量輸送到最終冷源。

正常運行時，如果失去WES會導致核島失去大部分的冷源，也就是說，核島運行設備產生的熱量，大部分都不能及時排出，會導致大部分的轉動設備無法繼續工作，機組被迫停機停堆，甚至引發危及核安全事故的后果(見圖1)。

1.2 循環水系統(WCW)

WCW系統通過兩條獨立管道向下列設備提供必須的冷卻水：

1)凝汽器(TFE)，保證凝汽器的真空度，以滿足發電的要求；

2)輔助冷卻水系統(WUC)，帶走常規島設備運轉產生的熱量[2]。

正常運行時，如果失去WCW將會導致常規島失去冷源，核島運行設備產生的熱量、常規島從核島處接受的余熱都不能向大海排放，會導致大部分的運轉設備無法繼續工作，凝汽器真空情況惡化，可能導致機組被迫停機。因為工作狀態的變化，常規島的設備有損壞的風險。同時，在凝汽器不可用的情況下，對于機組安全十分不利，即使機組已停堆，余熱也只能通過大氣排放閥導出(見圖2)。

圖2 WCW工藝流程Fig.2 The WCW technological process

1.3 循環水泵房布置

本核電項目合建一座聯合泵房，并列布置；對于每個機組而言，兩臺WCW泵布置在中間，WES泵布置在兩側；泵房由前池、泵區和鼓網區組成。

循環水泵房是核電廠重要的冷源廠房，泵房內設備工作環境惡劣，故障率高，存在海洋生物入侵的風險，可能會影響機組的可用性。而WES和WCW系統的長期正常穩定運行，對整個機組的安全性、經濟性有著重要的意義(見圖3)。

圖3 循環水泵房布置圖Fig.3 The layout of the circulating pump room

2 本項目海洋生物入侵事件及應對措施

2.1 首次試車期間A列鼓網電機間被淹沒事件

2020年3月15日，在A列循環水泵首次試車運行期間，A列鼓網驅動電機間被水淹沒且海水水位持續上升。發現問題后，主控立即停止運行循環水泵及反沖洗水泵，試車停止，未對鼓網電機造成傷害。

經過現場排查，發現臨時排水泵被魚蝦等異物堵塞，導致排水泵故障。分析原因如下。

1)因巴方施工的電廠污水系統不可用，泵房設置了臨時撈渣坑，采用排水泵抽水至前池的方式進行排水；

2)循環水泵流量大，前池液位下降明顯，前后液位差可達到1.3～1.6 m，泵房前池海水中雜物被循泵吸入，鼓網攔截后均沖至撈渣坑，造成垃圾堆積。

根據現場排查結果，專業工程師組織對前池、鼓網電機間、臨時撈渣坑進行了清理，并啟動格柵除污機進行了多次撈渣操作。再次啟動A列循環水泵試車，未出現異物堵塞事件。

在B列循環水泵首次試車前，參照A列循壞水泵試車經驗，提前對前池、鼓網電機間、臨時撈渣坑進行了清理，并啟動格柵除污機進行了多次撈渣操作。B列循環水泵首次試車期間，未出現異物堵塞事件(見圖4)。

圖4 鼓網A列電機間水淹情況及臨時排水示意圖Fig.4 Schematic of the flooding situation and temporary drainage between motors in column A of the drum network

2.2 熱試期間B列鼓網電機間被淹沒事件

2020年7月9日，機組熱試期間，循環水泵房排水渠出現排水不暢的情況，導致B列鼓網驅動電機間被水淹沒。主控立即切換運行A列循環水泵，未對鼓網電機造成傷害。

工作人員對鼓網電機間的排水溝及下游排水渠進行檢查，在排水溝發現大量水母、魚類、海藻堆積物，在排水渠出口同樣發現大量水母、魚類、海藻堆積物和少量大塑料袋，在格柵除污機的排水溝處發現若干大塑料袋。經過設計院代表和專業工程師分析，認為格柵除污機排水溝未做攔網格柵，打撈出來的垃圾部分隨著撈渣水流回到了前池，部分被風吹到了前池，格柵除污機沒有起到應有的撈渣效果。根據設計意見，在B列格柵除污機的排水溝處增加了攔網格柵，安排人員定期巡檢，并將溝里的水母、魚類、海藻等垃圾清理干凈。

經過一段時間的運行觀察，B列未出現排水不暢事件，隨后將A列柵除污機的排水溝同樣處理(見圖5)。

圖5 鼓網B列電機間水淹情況及排水溝清理Fig.5 The flooding situation and drainage ditch cleaning between the motors in line B of the drum network

2.3 整組啟動期間B列鼓網電機間排水不暢事件

2021年3月16日，常規島啟動期間，循環水泵房排水渠再次出現排水不暢的情況，短時間排水渠的水位上漲迅速，導致B列鼓網驅動電機間被水淹沒。主控立即切換運行A列循環水泵，未對鼓網電機造成傷害。

工作人員對B列鼓網電機間的排水渠進行清理，發現大量白色水母。最大的水母尺寸和臉盆相當，較小的水母也有飯碗大小，且特別厚實堅韌。順著泵房排水暗溝沿線觀察，部分水母堵在觀察井的接口位置，導致排水暗溝管徑變小，降低了排水流量，導致B列鼓網驅動電機間被水淹沒。隨后專業工程師組織對水母進行了清理，并重新啟動了B列循環水泵運行。在運行期間，增加了取水管道頭部和前池的次氯酸鈉加藥量，安排工作人員24 h值守，用撈網對水母進行打撈，確保B列循環水泵正常運行。

根據工作人員值班期間反饋的情況，B列鼓網電機間的排水渠大量水母出現的情況持續了4 d左右，第5～10 d只有少量水母，10 d之后基本沒有水母。A列鼓網電機間的排水渠基本沒有出現排水不暢的情況(見圖6)。

圖6 鼓網電機間排水溝水母打撈清理Fig.6 The drum net motor between drains jellyfish fishing clearance

為避免海洋生物入侵對本核電廠的后續運行造成更大的影響，并為其他機組提供參考經驗，筆者對本項目已采取的應對措施進行了整理：

1)在機組運行前，做好充分準備。在機組循環水泵首次啟動或長時間停機后啟動前，應對前池、鼓網電機間、臨時撈渣坑等容易積聚海洋生物或垃圾的位置進行清理；

2)在設計階段，完善系統設計方案。在格柵除污機的排水溝處增加攔網格柵，避免已打撈起來的海洋生物或垃圾回到前池；

3)對重點區域，加強巡檢頻次。加強取水口巡檢，及時清除異物堆積；定期檢查格柵清污機(細/粗格柵)及旋轉濾網(鼓網)工作狀態、密切關注上下游液位差及報警可用性；根據現場巡檢情況，及時調整泵房取水管道頭部和前池的次氯酸鈉加藥量；

4)在特殊時間，安排專人值守。安排專職人員值守，及時打撈鼓網電機間排水溝里的海生物，監控排水及海生物發生情況；并根據海生物發生情況，增加格柵除污機的打撈頻率。

3 其他項目海洋生物入侵導致故障的經驗反饋

為避免海洋生物入侵對本核電廠的運行造成更大的影響，筆者搜集了國內其他核電廠循泵房海洋生物入侵的經驗反饋，擬參考其他核電廠的處理經驗，尋求更加完善的預防措施。

3.1 寧德核電廠3號機組海生物入侵導致停堆運行事件

2015年8月7日14:30，由于大量海生物涌到鼓網前，鼓網前后壓差高，主控觸發循環水過濾系統鼓網壓差報警3CFI910KA(CFI032TF>0.8 m)，循環水泵(3CRF002PO)自動跳閘，主控立即執行降功率操作；經過對循環水過濾系統鼓網及排污口進行清理、檢查，發現存在大量的半透明狀軟體海生物“小型海地瓜”，現場立即啟動應急打撈及沖洗；8月8日01:49，循環水過濾系統A列鼓網壓差快速上漲，導致A列循環水泵(3CRF001PO)停運；由于兩臺循環水泵均停運，觸發汽輪機停機，導致反應堆緊急停堆(C8+P10+冷凝器故障)。

上述事件中的“海地瓜”即是一種海生物。由于對海地瓜了解不足，取水海域水質指標和水文指標的連續在線監測能力不足(如濁度、葉綠素濃度、潮位等指標)，以及鼓網反沖洗排污渠走向設計因素，引起部分冷源喪失而影響機組運行。

寧德核電廠采取了如下措施：完善冷源應急響應預案；在取水涵洞取水明渠入口處布置兩道沉底型細目漁網；優化現有取水口攔污設施對沉底型雜物或海生物進行有效攔截；設置取水海域水質和水文在線監測系統；優化循環水過濾系統鼓網沖洗水排水走向等。

3.2 紅沿河核電廠大量水母涌入循環水過濾系統取水口導致停堆運行事件

2014年7月21日，紅沿河核電廠2號機組在滿功率運行，由于大量水母涌入循環水過濾系統取水口，循環水過濾系統鼓網壓差異常上漲，造成循環水泵先后跳泵，導致汽輪機停機，反應堆自動停堆。經過緊急安裝臨時攔污網和現場水母打撈，消除了造成鼓形濾網壓差高的原因。

這是一起典型的海洋生物危害電廠運行事件，大量體型較小水母爆發性涌入循環水過濾系統取水口，通過細格柵后進入鼓形濾網，與其他細小生物連成膜狀物，造成鼓形濾網壓差高。

紅沿河核電廠采取了如下措施：完善取水口攔污設施設計和安裝；正式攔污設施未安裝時在夏季來臨前安裝臨時攔污設施；建立渠道獲取電廠周邊生物信息；評估清污機打撈水母能力；研究油污泥沙及成群的小型海生物帶來的取水口堵塞風險等。

從以上兩起核電廠循泵房海洋生物入侵的案列可以看出，體型較小的“小型海地瓜”屬于沉底型海生物，“小水母”的體型較小，均穿過了原設計的攔污網和細格柵，進入鼓形濾網，導致循環水泵停運，進而導致反應堆自動停堆。因各核電廠所處地理位置不同，水文地質環境不同，循環水泵房的設計方案不一樣，采取的處理措施完全不同。此外，本核電廠遭遇入侵的海洋生物為“大水母”，與經驗反饋電廠遇到的情況不一樣。因此，修改鼓網排污渠走向及安裝臨時攔污網的經驗反饋不適用本項目。

4 降低海洋生物入侵風險的措施

為確保本核電項目運行階段的安全性和經濟性，減少海洋生物入侵的風險，降低海洋生物入侵的危害，結合其他項目的經驗反饋案例，進一步完善海洋生物入侵預警和應急預案，建議如下：

1)提升冷源系統的管理運作層級，制定完善的運行管理制度。安排人員定期檢查格柵清污機(細/粗格柵)及旋轉濾網(鼓網)工作狀態，密切關注上下游液位差及報警可用性，及時開展維護保養工作；安排人員開展取水口巡檢工作，及時清除異物堆積，并將責任落實到人；在日常工作早會上，對冷源系統的運行情況進行通報；

2)總結常見問題的處理經驗，制定完整的應對措施。結合當地海洋生物生長規律，在海洋生物入侵期間及時調整泵房取水管道頭部和前池的次氯酸鈉加藥量；及時打撈鼓網電機間排水溝里的海生物，監控排水情況；根據海生物打撈情況，適當增加格柵除污機的打撈頻率；安排專職人員值守，定期宣貫應對措施，定期更新處理經驗；

3)建立預警機制，制定應急預案。建議與火電營運單位開展交流合作，掌握海洋生物或異物的產生和運動規律；在海洋生物大量滋生期間，考慮采用漁船監測和打撈應急預案；

4)開展行業間交流，研究采用新技術。建議與科院研所進行交流，研究在進水渠加裝海洋水聲發生器驅逐海洋生物的可行性。

5 結論

本文通過對某核電廠在建設和調試期間遇到的實際問題及處理措施進行分析，并結合其他項目的經驗反饋，對如何減少海洋生物入侵的風險，降低海洋生物入侵的危害進行了剖析，并提出了相關建議。建議管理人員和運行人員對循環水泵房的運行情況加強關注，對于已經存在和可能發生的故障，應從內因及外因等方面進行分析，防患于未然。