菅佳樂(lè) 黃倩 沙聰 楊嘉

中國(guó)核電工程有限公司 北京 100000

核電廠海生物入侵問(wèn)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(huì)垃圾如生活垃圾等都有可能進(jìn)入取水口，對(duì)冷源安全造成一定影響。本文從冷源致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)物種類及現(xiàn)有應(yīng)對(duì)措施方面對(duì)國(guó)外核電廠的冷源安全問(wèn)題開展調(diào)研，并從核電廠冷源安全監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、冷源問(wèn)題新型防治措施及基于海生物保護(hù)的相關(guān)措施方面進(jìn)行了總結(jié)，以了解國(guó)外海生物防治相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方法。

1 冷源致災(zāi)物種類

通過(guò)國(guó)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(dòng)物等[1]。在電廠運(yùn)行的過(guò)程中，這些雜物的入侵將可能導(dǎo)致機(jī)組降功率運(yùn)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(wèn)題。

2 監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

目前成功的預(yù)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)包括水聲學(xué)、光學(xué)相機(jī)、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(yùn)行，減少電廠停運(yùn)時(shí)間（和發(fā)電量損失），減少對(duì)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(guó)外電廠針對(duì)雜物入侵問(wèn)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(dòng)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(hù)（WIP）濾網(wǎng)、楔形濾網(wǎng)、流速增強(qiáng)系統(tǒng)、熱水回流技術(shù)、凝汽器清洗、雜草收割機(jī)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(guò)濾器、雜草收割機(jī)等技術(shù)效果良好。雜物導(dǎo)流堤技術(shù)成熟，運(yùn)行維護(hù)工作量小，一般不需要額外研究來(lái)改進(jìn)它們的設(shè)計(jì)或構(gòu)造，但是后期仍需要通過(guò)水力學(xué)或計(jì)算流體動(dòng)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(duì)多孔堤進(jìn)行更多研究，以制定建造和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，了解其在不同工況下的長(zhǎng)久性能。攔污網(wǎng)已經(jīng)在多個(gè)電站得到了有效應(yīng)用，其后期面臨的問(wèn)題主要是如何能夠在有大量雜物的河流中支持和維護(hù)網(wǎng)的能力，以及如何有效清理攔污網(wǎng)。攔污柵和除污機(jī)的設(shè)計(jì)是確保機(jī)組高效運(yùn)行的重要保障，應(yīng)進(jìn)一步調(diào)研可自動(dòng)運(yùn)行的除污機(jī)的經(jīng)濟(jì)可行性。氣泡簾幕技術(shù)通過(guò)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(shí)，應(yīng)對(duì)濾網(wǎng)雜物處理能力進(jìn)行評(píng)估。

雜物過(guò)濾器可以清除一次和二次濾網(wǎng)的雜物，以及來(lái)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(guò)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(jī)是一種輕便的、自動(dòng)推進(jìn)的浮動(dòng)機(jī)器，用于清除水中的植物和雜物，雜草收割機(jī)有不同尺寸，但通常是針對(duì)不同地點(diǎn)建造的，因此可以根據(jù)不同地點(diǎn)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(yàn)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(yàn)證。表層涂料中的有毒涂料將會(huì)給環(huán)境帶來(lái)一定污染，不利于環(huán)保，可能受到法律的限制，無(wú)毒涂料由于對(duì)結(jié)構(gòu)物表面清潔程度要求較高而難以實(shí)施。且防海生物涂料在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生失效及老化，從而影響核電站正常運(yùn)行[3]。由于高水平的懸浮固體（膠體和有機(jī)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(wú)效的技術(shù)。

由于可能對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕和對(duì)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(gè)浸沒(méi)在水下的濾網(wǎng)，并附帶一個(gè)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(duì)污染生物有效，并且具有無(wú)化學(xué)排放的優(yōu)點(diǎn)，但由于生物被殺死且不受控制，這個(gè)技術(shù)往往具有爭(zhēng)議。

3.3 還需進(jìn)一步研究的工程措施

浮動(dòng)的柵欄、進(jìn)水保護(hù)濾網(wǎng)（WIP濾網(wǎng)） 、電磁場(chǎng)、流速增強(qiáng)系統(tǒng)等可進(jìn)行進(jìn)一步的研究。浮動(dòng)的柵欄被用來(lái)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(tuán)的漂浮柵欄的尚未被開發(fā)出來(lái)，根據(jù)本報(bào)告收集的信息，開發(fā)一種攔截水下雜物的裝置將對(duì)行業(yè)有重要價(jià)值。

波德雷進(jìn)水保護(hù)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(chǎng)需要安裝“虛擬電極”，使細(xì)菌通過(guò)裝置時(shí)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(hào)，導(dǎo)致生物膜脫落，雖然目前沒(méi)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(yàn)。

流速增強(qiáng)系統(tǒng)（FVES）是一種新型的雜物管理技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有在電廠進(jìn)行測(cè)試，但在水力發(fā)電廠進(jìn)行的初步測(cè)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(xiàng)技術(shù)是實(shí)驗(yàn)性的，只有一個(gè)試點(diǎn)研究而沒(méi)有全面的應(yīng)用，在全面應(yīng)用之前，需要進(jìn)行測(cè)試以證明其有效性并評(píng)估成本和效益。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)外電廠針對(duì)冷源安全發(fā)生的問(wèn)題具有較為豐富的工程經(jīng)驗(yàn)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(hù)，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(guò)濾格柵、阻攔網(wǎng)等措施，碰撞合格的技術(shù)包括護(hù)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(diǎn)。