曹 平
(中國(guó)中原對(duì)外工程有限公司,北京 100044)
核電廠的循泵房布置著循環(huán)水泵和重要廠用水泵,是核電廠重要的冷源子項(xiàng),它的運(yùn)行狀況與整個(gè)核電機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān)。而冷源喪失的事件在世界范圍內(nèi)核電廠連續(xù)發(fā)生,嚴(yán)重影響了電廠安全相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行和核電廠的可靠性。根據(jù)國(guó)家核安全局發(fā)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(dāng)部分冷源喪失事件的原因都和海洋生物入侵相關(guān)。因此,對(duì)海洋生物的活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),摸清海洋生物的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,采取相應(yīng)的預(yù)防措施,減少海洋生物入侵的風(fēng)險(xiǎn),降低海洋生物入侵的危害,對(duì)整個(gè)核電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。
某核電機(jī)組在施工和調(diào)試運(yùn)行期間,多次遭遇海洋生物入侵的問(wèn)題,管理人員采取了一系列的應(yīng)對(duì)措施,使得核電機(jī)組的安裝調(diào)試工作未受到較大影響。筆者將結(jié)合國(guó)內(nèi)其他核電廠循泵房海洋生物入侵的經(jīng)驗(yàn)反饋,對(duì)該核電廠循泵房遭遇海洋生物入侵的情況及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行分析,以尋求更加完善的預(yù)防方案。
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(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)2臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組。該機(jī)組冷源相關(guān)系統(tǒng)包括:
1)重要廠用水系統(tǒng)(WES);
2)循環(huán)水系統(tǒng)(WCW)。
布置在循環(huán)水泵房。
WES系統(tǒng)的功能是把設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(WCC)收集的熱負(fù)荷輸送到最終冷源——海水。它是核島冷卻系統(tǒng)的一部分,用于在正常運(yùn)行和事故工況下把從安全有關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件傳來(lái)的熱量輸送到最終冷源。
正常運(yùn)行時(shí),如果失去WES會(huì)導(dǎo)致核島失去大部分的冷源,也就是說(shuō),核島運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生的熱量,大部分都不能及時(shí)排出,會(huì)導(dǎo)致大部分的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備無(wú)法繼續(xù)工作,機(jī)組被迫停機(jī)停堆,甚至引發(fā)危及核安全事故的后果(見(jiàn)圖1)。
WCW系統(tǒng)通過(guò)兩條獨(dú)立管道向下列設(shè)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(fā)電的要求;
2)輔助冷卻水系統(tǒng)(WUC),帶走常規(guī)島設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量[2]。
正常運(yùn)行時(shí),如果失去WCW將會(huì)導(dǎo)致常規(guī)島失去冷源,核島運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生的熱量、常規(guī)島從核島處接受的余熱都不能向大海排放,會(huì)導(dǎo)致大部分的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備無(wú)法繼續(xù)工作,凝汽器真空情況惡化,可能導(dǎo)致機(jī)組被迫停機(jī)。因?yàn)楣ぷ鳡顟B(tài)的變化,常規(guī)島的設(shè)備有損壞的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),在凝汽器不可用的情況下,對(duì)于機(jī)組安全十分不利,即使機(jī)組已停堆,余熱也只能通過(guò)大氣排放閥導(dǎo)出(見(jiàn)圖2)。
圖2 WCW工藝流程Fig.2 The WCW technological process
本核電項(xiàng)目合建一座聯(lián)合泵房,并列布置;對(duì)于每個(gè)機(jī)組而言,兩臺(tái)WCW泵布置在中間,WES泵布置在兩側(cè);泵房由前池、泵區(qū)和鼓網(wǎng)區(qū)組成。
循環(huán)水泵房是核電廠重要的冷源廠房,泵房?jī)?nèi)設(shè)備工作環(huán)境惡劣,故障率高,存在海洋生物入侵的風(fēng)險(xiǎn),可能會(huì)影響機(jī)組的可用性。而WES和WCW系統(tǒng)的長(zhǎng)期正常穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性有著重要的意義(見(jiàn)圖3)。
圖3 循環(huán)水泵房布置圖Fig.3 The layout of the circulating pump room
2020年3月15日,在A列循環(huán)水泵首次試車運(yùn)行期間,A列鼓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)間被水淹沒(méi)且海水水位持續(xù)上升。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后,主控立即停止運(yùn)行循環(huán)水泵及反沖洗水泵,試車停止,未對(duì)鼓網(wǎng)電機(jī)造成傷害。
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查,發(fā)現(xiàn)臨時(shí)排水泵被魚(yú)蝦等異物堵塞,導(dǎo)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(tǒng)不可用,泵房設(shè)置了臨時(shí)撈渣坑,采用排水泵抽水至前池的方式進(jìn)行排水;
2)循環(huán)水泵流量大,前池液位下降明顯,前后液位差可達(dá)到1.3~1.6 m,泵房前池海水中雜物被循泵吸入,鼓網(wǎng)攔截后均沖至撈渣坑,造成垃圾堆積。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排查結(jié)果,專業(yè)工程師組織對(duì)前池、鼓網(wǎng)電機(jī)間、臨時(shí)撈渣坑進(jìn)行了清理,并啟動(dòng)格柵除污機(jī)進(jìn)行了多次撈渣操作。再次啟動(dòng)A列循環(huán)水泵試車,未出現(xiàn)異物堵塞事件。
在B列循環(huán)水泵首次試車前,參照A列循壞水泵試車經(jīng)驗(yàn),提前對(duì)前池、鼓網(wǎng)電機(jī)間、臨時(shí)撈渣坑進(jìn)行了清理,并啟動(dòng)格柵除污機(jī)進(jìn)行了多次撈渣操作。B列循環(huán)水泵首次試車期間,未出現(xiàn)異物堵塞事件(見(jiàn)圖4)。
圖4 鼓網(wǎng)A列電機(jī)間水淹情況及臨時(shí)排水示意圖Fig.4 Schematic of the flooding situation and temporary drainage between motors in column A of the drum network
2020年7月9日,機(jī)組熱試期間,循環(huán)水泵房排水渠出現(xiàn)排水不暢的情況,導(dǎo)致B列鼓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)間被水淹沒(méi)。主控立即切換運(yùn)行A列循環(huán)水泵,未對(duì)鼓網(wǎng)電機(jī)造成傷害。
工作人員對(duì)鼓網(wǎng)電機(jī)間的排水溝及下游排水渠進(jìn)行檢查,在排水溝發(fā)現(xiàn)大量水母、魚(yú)類、海藻堆積物,在排水渠出口同樣發(fā)現(xiàn)大量水母、魚(yú)類、海藻堆積物和少量大塑料袋,在格柵除污機(jī)的排水溝處發(fā)現(xiàn)若干大塑料袋。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院代表和專業(yè)工程師分析,認(rèn)為格柵除污機(jī)排水溝未做攔網(wǎng)格柵,打撈出來(lái)的垃圾部分隨著撈渣水流回到了前池,部分被風(fēng)吹到了前池,格柵除污機(jī)沒(méi)有起到應(yīng)有的撈渣效果。根據(jù)設(shè)計(jì)意見(jiàn),在B列格柵除污機(jī)的排水溝處增加了攔網(wǎng)格柵,安排人員定期巡檢,并將溝里的水母、魚(yú)類、海藻等垃圾清理干凈。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行觀察,B列未出現(xiàn)排水不暢事件,隨后將A列柵除污機(jī)的排水溝同樣處理(見(jiàn)圖5)。
圖5 鼓網(wǎng)B列電機(jī)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
2021年3月16日,常規(guī)島啟動(dòng)期間,循環(huán)水泵房排水渠再次出現(xiàn)排水不暢的情況,短時(shí)間排水渠的水位上漲迅速,導(dǎo)致B列鼓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)間被水淹沒(méi)。主控立即切換運(yùn)行A列循環(huán)水泵,未對(duì)鼓網(wǎng)電機(jī)造成傷害。
工作人員對(duì)B列鼓網(wǎng)電機(jī)間的排水渠進(jìn)行清理,發(fā)現(xiàn)大量白色水母。最大的水母尺寸和臉盆相當(dāng),較小的水母也有飯碗大小,且特別厚實(shí)堅(jiān)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(dǎo)致排水暗溝管徑變小,降低了排水流量,導(dǎo)致B列鼓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)間被水淹沒(méi)。隨后專業(yè)工程師組織對(duì)水母進(jìn)行了清理,并重新啟動(dòng)了B列循環(huán)水泵運(yùn)行。在運(yùn)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(wǎng)對(duì)水母進(jìn)行打撈,確保B列循環(huán)水泵正常運(yùn)行。
根據(jù)工作人員值班期間反饋的情況,B列鼓網(wǎng)電機(jī)間的排水渠大量水母出現(xiàn)的情況持續(xù)了4 d左右,第5~10 d只有少量水母,10 d之后基本沒(méi)有水母。A列鼓網(wǎng)電機(jī)間的排水渠基本沒(méi)有出現(xiàn)排水不暢的情況(見(jiàn)圖6)。
圖6 鼓網(wǎng)電機(jī)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(duì)本核電廠的后續(xù)運(yùn)行造成更大的影響,并為其他機(jī)組提供參考經(jīng)驗(yàn),筆者對(duì)本項(xiàng)目已采取的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了整理:
1)在機(jī)組運(yùn)行前,做好充分準(zhǔn)備。在機(jī)組循環(huán)水泵首次啟動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后啟動(dòng)前,應(yīng)對(duì)前池、鼓網(wǎng)電機(jī)間、臨時(shí)撈渣坑等容易積聚海洋生物或垃圾的位置進(jìn)行清理;
2)在設(shè)計(jì)階段,完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在格柵除污機(jī)的排水溝處增加攔網(wǎng)格柵,避免已打撈起來(lái)的海洋生物或垃圾回到前池;
3)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域,加強(qiáng)巡檢頻次。加強(qiáng)取水口巡檢,及時(shí)清除異物堆積;定期檢查格柵清污機(jī)(細(xì)/粗格柵)及旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)(鼓網(wǎng))工作狀態(tài)、密切關(guān)注上下游液位差及報(bào)警可用性;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡檢情況,及時(shí)調(diào)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(shí)間,安排專人值守。安排專職人員值守,及時(shí)打撈鼓網(wǎng)電機(jī)間排水溝里的海生物,監(jiān)控排水及海生物發(fā)生情況;并根據(jù)海生物發(fā)生情況,增加格柵除污機(jī)的打撈頻率。
為避免海洋生物入侵對(duì)本核電廠的運(yùn)行造成更大的影響,筆者搜集了國(guó)內(nèi)其他核電廠循泵房海洋生物入侵的經(jīng)驗(yàn)反饋,擬參考其他核電廠的處理經(jīng)驗(yàn),尋求更加完善的預(yù)防措施。
2015年8月7日14:30,由于大量海生物涌到鼓網(wǎng)前,鼓網(wǎng)前后壓差高,主控觸發(fā)循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)鼓網(wǎng)壓差報(bào)警3CFI910KA(CFI032TF>0.8 m),循環(huán)水泵(3CRF002PO)自動(dòng)跳閘,主控立即執(zhí)行降功率操作;經(jīng)過(guò)對(duì)循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)鼓網(wǎng)及排污口進(jìn)行清理、檢查,發(fā)現(xiàn)存在大量的半透明狀軟體海生物“小型海地瓜”,現(xiàn)場(chǎng)立即啟動(dòng)應(yīng)急打撈及沖洗;8月8日01:49,循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)A列鼓網(wǎng)壓差快速上漲,導(dǎo)致A列循環(huán)水泵(3CRF001PO)停運(yùn);由于兩臺(tái)循環(huán)水泵均停運(yùn),觸發(fā)汽輪機(jī)停機(jī),導(dǎo)致反應(yīng)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(duì)海地瓜了解不足,取水海域水質(zhì)指標(biāo)和水文指標(biāo)的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)能力不足(如濁度、葉綠素濃度、潮位等指標(biāo)),以及鼓網(wǎng)反沖洗排污渠走向設(shè)計(jì)因素,引起部分冷源喪失而影響機(jī)組運(yùn)行。
寧德核電廠采取了如下措施:完善冷源應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案;在取水涵洞取水明渠入口處布置兩道沉底型細(xì)目漁網(wǎng);優(yōu)化現(xiàn)有取水口攔污設(shè)施對(duì)沉底型雜物或海生物進(jìn)行有效攔截;設(shè)置取水海域水質(zhì)和水文在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng);優(yōu)化循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)鼓網(wǎng)沖洗水排水走向等。
2014年7月21日,紅沿河核電廠2號(hào)機(jī)組在滿功率運(yùn)行,由于大量水母涌入循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)取水口,循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)鼓網(wǎng)壓差異常上漲,造成循環(huán)水泵先后跳泵,導(dǎo)致汽輪機(jī)停機(jī),反應(yīng)堆自動(dòng)停堆。經(jīng)過(guò)緊急安裝臨時(shí)攔污網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)水母打撈,消除了造成鼓形濾網(wǎng)壓差高的原因。
這是一起典型的海洋生物危害電廠運(yùn)行事件,大量體型較小水母爆發(fā)性涌入循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)取水口,通過(guò)細(xì)格柵后進(jìn)入鼓形濾網(wǎng),與其他細(xì)小生物連成膜狀物,造成鼓形濾網(wǎng)壓差高。
紅沿河核電廠采取了如下措施:完善取水口攔污設(shè)施設(shè)計(jì)和安裝;正式攔污設(shè)施未安裝時(shí)在夏季來(lái)臨前安裝臨時(shí)攔污設(shè)施;建立渠道獲取電廠周邊生物信息;評(píng)估清污機(jī)打撈水母能力;研究油污泥沙及成群的小型海生物帶來(lái)的取水口堵塞風(fēng)險(xiǎn)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(guò)了原設(shè)計(jì)的攔污網(wǎng)和細(xì)格柵,進(jìn)入鼓形濾網(wǎng),導(dǎo)致循環(huán)水泵停運(yùn),進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)堆自動(dòng)停堆。因各核電廠所處地理位置不同,水文地質(zhì)環(huán)境不同,循環(huán)水泵房的設(shè)計(jì)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(jīng)驗(yàn)反饋電廠遇到的情況不一樣。因此,修改鼓網(wǎng)排污渠走向及安裝臨時(shí)攔污網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)反饋不適用本項(xiàng)目。
為確保本核電項(xiàng)目運(yùn)行階段的安全性和經(jīng)濟(jì)性,減少海洋生物入侵的風(fēng)險(xiǎn),降低海洋生物入侵的危害,結(jié)合其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋案例,進(jìn)一步完善海洋生物入侵預(yù)警和應(yīng)急預(yù)案,建議如下:
1)提升冷源系統(tǒng)的管理運(yùn)作層級(jí),制定完善的運(yùn)行管理制度。安排人員定期檢查格柵清污機(jī)(細(xì)/粗格柵)及旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)(鼓網(wǎng))工作狀態(tài),密切關(guān)注上下游液位差及報(bào)警可用性,及時(shí)開(kāi)展維護(hù)保養(yǎng)工作;安排人員開(kāi)展取水口巡檢工作,及時(shí)清除異物堆積,并將責(zé)任落實(shí)到人;在日常工作早會(huì)上,對(duì)冷源系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行通報(bào);
2)總結(jié)常見(jiàn)問(wèn)題的處理經(jīng)驗(yàn),制定完整的應(yīng)對(duì)措施。結(jié)合當(dāng)?shù)睾Q笊锷L(zhǎng)規(guī)律,在海洋生物入侵期間及時(shí)調(diào)整泵房取水管道頭部和前池的次氯酸鈉加藥量;及時(shí)打撈鼓網(wǎng)電機(jī)間排水溝里的海生物,監(jiān)控排水情況;根據(jù)海生物打撈情況,適當(dāng)增加格柵除污機(jī)的打撈頻率;安排專職人員值守,定期宣貫應(yīng)對(duì)措施,定期更新處理經(jīng)驗(yàn);
3)建立預(yù)警機(jī)制,制定應(yīng)急預(yù)案。建議與火電營(yíng)運(yùn)單位開(kāi)展交流合作,掌握海洋生物或異物的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)規(guī)律;在海洋生物大量滋生期間,考慮采用漁船監(jiān)測(cè)和打撈應(yīng)急預(yù)案;
4)開(kāi)展行業(yè)間交流,研究采用新技術(shù)。建議與科院研所進(jìn)行交流,研究在進(jìn)水渠加裝海洋水聲發(fā)生器驅(qū)逐海洋生物的可行性。
本文通過(guò)對(duì)某核電廠在建設(shè)和調(diào)試期間遇到的實(shí)際問(wèn)題及處理措施進(jìn)行分析,并結(jié)合其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋,對(duì)如何減少海洋生物入侵的風(fēng)險(xiǎn),降低海洋生物入侵的危害進(jìn)行了剖析,并提出了相關(guān)建議。建議管理人員和運(yùn)行人員對(duì)循環(huán)水泵房的運(yùn)行情況加強(qiáng)關(guān)注,對(duì)于已經(jīng)存在和可能發(fā)生的故障,應(yīng)從內(nèi)因及外因等方面進(jìn)行分析,防患于未然。