陽江核電廠冷源組合式網兜應用可行性研究

李新賢，徐 維，楊少鋒，阮晨杰，吳 健，朱劍銳，鄒曉煒，陳 建，姚志猛

（陽江核電有限公司，陽江 529941）

從世界上第一臺商用核電機組并網發電開始，核電廠與周圍環境的相互作用一直是研究的熱點。核電廠的選址、建設、運行、維護和廢物處理過程不可避免地會對環境產生影響，并受到周圍環境的制約［1，2］。為了研究和控制核電廠對環境的負面影響，研究機構、營運單位、政府部門等做了大量工作。Huang等人［3］利用自動環境監測設備，通過觀察周圍動植物生態系統的變化對放射性污染物排放和遷移進行了研究。Li等人［4］揭示了核電廠對海洋環境和生物的影響。結果表明，周圍環境對核電廠的商業運行具有重要意義。Lair等人［5］發現核電廠的熱放電和化學放電導致海洋生物的數量和正常生長期產生變化的頻率逐漸增加，海洋生物增加及其對核電廠周圍水域的侵入將嚴重影響運行安全。此外，近年來由于海洋生物入侵引起的核電廠事件也陸續發生［6，7］。因此，如何防止海洋生物入侵以避免事件的發生成為核電安全領域的一個熱門話題。

核電廠為攔截大型漂浮物及大型海洋生物，鋪設了三道正式攔截平面網。該措施能有效應對非季節性海生物的侵襲，但無法有效應對季節性海生物的侵襲，嚴重影響核電廠冷源取水安全［8］。

為攔截細小海洋生物，陽江核電廠鋪設了兩道攔截兜網（如圖1所示），孔徑為4 mm，此設施可有效攔截體徑大于4 mm的毛蝦群。當毛蝦大量涌入時，體徑小于4 mm的毛蝦（如圖2所示）會不可避免地穿過4 mm兜網進入泵站，嚴重時可能導致機組停機。如何在保證取水安全的同時將毛蝦攔截，值得深入研究。

圖1 陽江核電廠冷源攔截設施布置總體圖Fig.1 General layout of cold source interception facilities of Yangjiang Nuclear Power Plant

圖2 陽江核電廠毛蝦暴發時期的尺寸Fig.2 Size of hairy shrimp during outbreak of Yangjiang nuclear power plant

為解決上述問題，提升核電廠冷源安全，建立更深層次的海洋生物攔截體系，陽江核電廠冷源攔截捕撈項目組不斷進行布網試驗。本文從網兜組合選型、攔截效率、防附著能力等方面進行對比論證分析，通過試驗論證應用（2+4） mm組合式網兜作為陽江核電廠冷源冬季保障期間應對毛蝦突增涌入的可行性。

1 試驗

1.1 組合式網兜選型

常用的攔截網材料有尼龍網、聚酯網、聚乙烯網、超高分子量聚乙烯網等。尼龍網韌性較好，但耐老化性能較差，在漁業領域發展前景受限；聚酯纖維吸水性低、耐磨性較好，但其拉力及韌性較差；高密度聚乙烯纖維價格便宜、制備方便；超高分子量聚乙烯具有更加明顯的斷裂強度、拉伸模量優勢。為保證過水，網的孔徑越小，需要的網線徑越小，從而需選擇強度更大的材料［9-16］。

對于作為季節性材料使用的組合式網兜，需要綜合考慮其網孔及性能等因素。本研究選用超高分子量聚乙烯纖維作為組合式網兜材料開展對比分析。

1.2 組合式網兜設計

如圖3所示，本研究采用60 mm粗的超高分子量聚乙烯纜繩，牽引圓柱形臥式浮筒，主纜兩端固定在岸側柵欄板上。在浮筒間主纜繩上懸掛網兜，網兜由水面延伸至明渠底（根據海底標高變化調整）。浮筒下方懸掛兩根30 mm粗的超高分子量聚乙烯纜繩，一根通過水下主纜（40 mm粗超高分子量聚乙烯纜繩）連接于后排錨塊，另一根連接于前排錨塊。組合式網兜采用將導流兜與尾兜串聯拼接成一整個網兜的形式。導流兜負責將海洋生物導流至尾兜，尾兜則負責收集海洋生物。

圖3 組合式網兜布置剖面圖Fig.3 Sectional layout of combined net bag

在毛蝦暴發時期，部分毛蝦體徑為2~3 mm（如圖2所示），故本文選用導流兜2 mm+尾兜4 mm［簡稱（2+4） mm網兜］、導流兜4 mm+尾兜2 mm［簡稱（4+2） mm網兜］、非組合式全2 mm網兜開展研究，分別將三種網兜與相鄰正式網兜進行對比。

1.3 組合式網兜攔截能力測試

本文選取2021年11月23日至11月24日的全2 mm網兜與相鄰網兜初始攔截能力數據作為分析對象，由于第二道正式兜網（9#~14#網兜）處水流較急且在試驗前毛蝦量在所有網兜中都較多，故將第二道正式兜網（10#網兜）替換為全2 mm網兜作為研究對象；選取2021年11月26日至11月27日作為（2+4） mm及（4+2） mm網兜與相鄰網兜初始攔截能力對比的時間，將第二道正式兜網（10#和13#網兜）分別替換為（2+4） mm和（4+2） mm網兜作為研究對象。

對于初始攔截能力及堵塞情況良好的網兜，本研究將繼續進行持續攔截性能測試，研究其更換周期。

2 結果與討論

2.1 初始攔截能力測試

本文選取2021年11月23日至2021年11月24日的全2 mm網兜與相鄰網兜初始攔截能力數據作為分析對象。分析結果顯示：全2 mm網兜攔截效果明顯，見表1。安裝全2 mm網兜前，91#~11#網兜攔截能力幾乎持平，安裝后全2 mm網兜為相鄰兜平均值的2.4倍。

表1 全2 mm網兜攔截驗證Table 1 Full 2 mm net bag interception verification

本文選取2021年11月26日至11月27日作為（2+4） mm及（4+2） mm網兜與相鄰網兜初始攔截能力對比的時間。期間，兩組合網兜堵塞速率均較慢，見表2，（2+4） mm組合式網兜攔截能力為相鄰網兜平均值的3~10倍，攔截效果提升明顯，檢查網兜，未見破損，而（4+2） mm組合式網兜攔截能力與相鄰兜接近。

表2 （4+2）mm結構網兜與（2+4）mm結構網兜攔截驗證Table 2 Interception verification of（4 + 2） mm structural net bag and（2+4） mm structural net bag

綜上所述，通過測試表明：最終驗證（2+4） mm結構網兜初始攔截能力最優。

2.2 防附著能力

通過初始攔截能力測試后，本文對現場布設的全2 mm、（2+4） mm及（4+2） mm組合式網兜進行防附著能力檢驗，并確認網兜完整性。

如圖4所示，可看出全2 mm網兜堵塞速率快，使用1天后，存在鼓兜現象且小浮球下沉明顯，檢查未見破損，但約有125 kg毛蝦未進入尾兜。其更換維護周期約1天，維護工作量極大，成本極高，不考慮使用。

圖4 全2 mm網兜堵塞情況Fig.4 Blockage of the full 2 mm net bag

如圖5所示，（2+4） mm及（4+2） mm組合式網兜在放置2日后未出現破損、鼓水及明顯堵塞現象，需繼續進行持續攔截能力測試，以確定維護更換周期。

圖5 （2+4） mm及（4+2） mm網兜堵塞情況Fig.5 Blockage of the（2+4） mm and（4+2） mm net bag

2.3 持續攔截能力測試

本文選取2021年11月30日至12月14日作為（2+4） mm網兜與相鄰網兜持續攔截能力對比的時間，選擇第二道兜網（14#網兜）作為（2+4） mm網兜的試驗點進行測試。如圖6所示，通過15天的高強度持續攔截能力測試可看出：（2+4） mm網兜在測試過程中持續攔截能力優于相鄰4 mm正式攔截兜網，更換維護周期可達10天以上，滿足現場要求。

圖6 （2+4） mm網兜持續攔截能力測試Fig.6 Continuous interception capability test of（2+4） mm net bag

本文選取2021年11月26日至12月7日作為（4+2） mm網兜與相鄰網兜持續攔截能力對比的時間，選擇第二道兜網（10#網兜）作為（2+4） mm網兜的試驗點進行測試。

如圖7所示，通過12天的高強度持續攔截能力測試可看出：（4+2） mm網兜在測試過程中持續攔截能力與相鄰4 mm正式攔截兜網幾乎持平，使用8日后可看出攔截能力顯著下降。

圖7 （4+2） mm網兜持續攔截能力測試Fig.7 Continuous interception capability test of（4+2） mm net bag

綜上所述，通過對（2+4） mm及（4+2） mm組合式網兜進行持續攔截能力測試發現，（2+4） mm組合式網兜可放置時間更長，且攔截能力更強，效果更佳，可減少毛蝦對下游設備的沖擊，避免毛蝦進入泵站，保障核電廠取水安全。

3 結論

通過使用（2+4） mm、（4+2） mm組合式網兜及非組合式全2 mm網兜開展研究，并與兩道正式攔截兜網進行毛蝦攔截能力對比及防附著能力分析，可得出以下結論。

（1）（2+4） mm組合式網兜攔截能力為相鄰網兜平均值的3~10倍，攔截效果提升明顯，而（4+2） mm組合式網兜攔截能力與相鄰兜接近，無法達到保障冷源安全的目的。

（2）（2+4） mm及（4+2） mm組合式網兜在放置2日后未出現破損、鼓水及明顯堵塞現象，而全2 mm網兜堵塞速率快，使用1天后，存在鼓兜現象且小浮球下沉明顯，更換維護周期約為1天，大量使用維護工作量極大，成本極高，后期不考慮使用。

（3）通過對（2+4） mm及（4+2） mm組合式網兜進行持續攔截能力測試發現，（2+4） mm組合式網兜可放置時間更長，且攔截能力更強，效果更佳。

綜上所述，在陽江核電廠毛蝦暴發時可使用（2+4） mm網兜替代4 mm網兜作為應對大量毛蝦入侵的手段，因為在攔截能力、防附著能力、維護周期等方面，（2+4） mm網兜為所有研究對象中最優，并且替代性使用不會對攔截系統的完整性造成影響。這種研究分析對核電廠冷源安全具有重要意義，同時也為國內沿海核電廠提供了一種重要思路。