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。

1 系統(tǒng)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(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。

1.1 重要廠用水系統(tǒng)(WES)

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)。

1.2 循環(huán)水系統(tǒng)(WCW)

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

1.3 循環(huán)水泵房布置

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

2 本項(xiàng)目海洋生物入侵事件及應(yīng)對(duì)措施

2.1 首次試車期間A列鼓網(wǎng)電機(jī)間被淹沒(méi)事件

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

2.2 熱試期間B列鼓網(wǎng)電機(jī)間被淹沒(méi)事件

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

2.3 整組啟動(dòng)期間B列鼓網(wǎng)電機(jī)間排水不暢事件

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。

3 其他項(xiàng)目海洋生物入侵導(dǎo)致故障的經(jīng)驗(yàn)反饋

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。

3.1 寧德核電廠3號(hào)機(jī)組海生物入侵導(dǎo)致停堆運(yùn)行事件

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。

3.2 紅沿河核電廠大量水母涌入循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)取水口導(dǎo)致停堆運(yùn)行事件

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。

4 降低海洋生物入侵風(fēng)險(xiǎn)的措施

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。

5 結(jié)論

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。