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        陽江核電廠冷源組合式網(wǎng)兜應(yīng)用可行性研究

        2023-06-05 06:46:10李新賢楊少鋒阮晨杰朱劍銳鄒曉煒姚志猛
        核安全 2023年3期
        關(guān)鍵詞:核電廠能力研究

        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(jī)組并網(wǎng)發(fā)電開始,核電廠與周圍環(huán)境的相互作用一直是研究的熱點(diǎn)。核電廠的選址、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)和廢物處理過程不可避免地會對環(huán)境產(chǎn)生影響,并受到周圍環(huán)境的制約[1,2]。為了研究和控制核電廠對環(huán)境的負(fù)面影響,研究機(jī)構(gòu)、營運(yùn)單位、政府部門等做了大量工作。Huang等人[3]利用自動環(huán)境監(jiān)測設(shè)備,通過觀察周圍動植物生態(tài)系統(tǒng)的變化對放射性污染物排放和遷移進(jìn)行了研究。Li等人[4]揭示了核電廠對海洋環(huán)境和生物的影響。結(jié)果表明,周圍環(huán)境對核電廠的商業(yè)運(yùn)行具有重要意義。Lair等人[5]發(fā)現(xiàn)核電廠的熱放電和化學(xué)放電導(dǎo)致海洋生物的數(shù)量和正常生長期產(chǎn)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(yán)重影響運(yùn)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(xù)發(fā)生[6,7]。因此,如何防止海洋生物入侵以避免事件的發(fā)生成為核電安全領(lǐng)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(shè)了三道正式攔截平面網(wǎng)。該措施能有效應(yīng)對非季節(jié)性海生物的侵襲,但無法有效應(yīng)對季節(jié)性海生物的侵襲,嚴(yán)重影響核電廠冷源取水安全[8]。

        為攔截細(xì)小海洋生物,陽江核電廠鋪設(shè)了兩道攔截兜網(wǎng)(如圖1所示),孔徑為4 mm,此設(shè)施可有效攔截體徑大于4 mm的毛蝦群。當(dāng)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(wǎng)進(jìn)入泵站,嚴(yán)重時可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。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(shè)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(fā)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(jìn)行布網(wǎng)試驗(yàn)。本文從網(wǎng)兜組合選型、攔截效率、防附著能力等方面進(jìn)行對比論證分析,通過試驗(yàn)論證應(yīng)用(2+4) mm組合式網(wǎng)兜作為陽江核電廠冷源冬季保障期間應(yīng)對毛蝦突增涌入的可行性。

        1 試驗(yàn)

        1.1 組合式網(wǎng)兜選型

        常用的攔截網(wǎng)材料有尼龍網(wǎng)、聚酯網(wǎng)、聚乙烯網(wǎng)、超高分子量聚乙烯網(wǎng)等。尼龍網(wǎng)韌性較好,但耐老化性能較差,在漁業(yè)領(lǐng)域發(fā)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(qiáng)度、拉伸模量優(yōu)勢。為保證過水,網(wǎng)的孔徑越小,需要的網(wǎng)線徑越小,從而需選擇強(qiáng)度更大的材料[9-16]。

        對于作為季節(jié)性材料使用的組合式網(wǎng)兜,需要綜合考慮其網(wǎng)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(wǎng)兜材料開展對比分析。

        1.2 組合式網(wǎng)兜設(shè)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(cè)柵欄板上。在浮筒間主纜繩上懸掛網(wǎng)兜,網(wǎng)兜由水面延伸至明渠底(根據(jù)海底標(biāo)高變化調(diào)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(wǎng)兜采用將導(dǎo)流兜與尾兜串聯(lián)拼接成一整個網(wǎng)兜的形式。導(dǎo)流兜負(fù)責(zé)將海洋生物導(dǎo)流至尾兜,尾兜則負(fù)責(zé)收集海洋生物。

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

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

        1.3 組合式網(wǎng)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(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力數(shù)據(jù)作為分析對象,由于第二道正式兜網(wǎng)(9#~14#網(wǎng)兜)處水流較急且在試驗(yàn)前毛蝦量在所有網(wǎng)兜中都較多,故將第二道正式兜網(wǎng)(10#網(wǎng)兜)替換為全2 mm網(wǎng)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(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力對比的時間,將第二道正式兜網(wǎng)(10#和13#網(wǎng)兜)分別替換為(2+4) mm和(4+2) mm網(wǎng)兜作為研究對象。

        對于初始攔截能力及堵塞情況良好的網(wǎng)兜,本研究將繼續(xù)進(jìn)行持續(xù)攔截性能測試,研究其更換周期。

        2 結(jié)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(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力數(shù)據(jù)作為分析對象。分析結(jié)果顯示:全2 mm網(wǎng)兜攔截效果明顯,見表1。安裝全2 mm網(wǎng)兜前,91#~11#網(wǎng)兜攔截能力幾乎持平,安裝后全2 mm網(wǎng)兜為相鄰兜平均值的2.4倍。

        表1 全2 mm網(wǎng)兜攔截驗(yàn)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(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜初始攔截能力對比的時間。期間,兩組合網(wǎng)兜堵塞速率均較慢,見表2,(2+4) mm組合式網(wǎng)兜攔截能力為相鄰網(wǎng)兜平均值的3~10倍,攔截效果提升明顯,檢查網(wǎng)兜,未見破損,而(4+2) mm組合式網(wǎng)兜攔截能力與相鄰兜接近。

        表2 (4+2)mm結(jié)構(gòu)網(wǎng)兜與(2+4)mm結(jié)構(gòu)網(wǎng)兜攔截驗(yàn)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(yàn)證(2+4) mm結(jié)構(gòu)網(wǎng)兜初始攔截能力最優(yōu)。

        2.2 防附著能力

        通過初始攔截能力測試后,本文對現(xiàn)場布設(shè)的全2 mm、(2+4) mm及(4+2) mm組合式網(wǎng)兜進(jìn)行防附著能力檢驗(yàn),并確認(rèn)網(wǎng)兜完整性。

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

        圖4 全2 mm網(wǎng)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(wǎng)兜在放置2日后未出現(xiàn)破損、鼓水及明顯堵塞現(xiàn)象,需繼續(xù)進(jìn)行持續(xù)攔截能力測試,以確定維護(hù)更換周期。

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

        2.3 持續(xù)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(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜持續(xù)攔截能力對比的時間,選擇第二道兜網(wǎng)(14#網(wǎng)兜)作為(2+4) mm網(wǎng)兜的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行測試。如圖6所示,通過15天的高強(qiáng)度持續(xù)攔截能力測試可看出:(2+4) mm網(wǎng)兜在測試過程中持續(xù)攔截能力優(yōu)于相鄰4 mm正式攔截兜網(wǎng),更換維護(hù)周期可達(dá)10天以上,滿足現(xiàn)場要求。

        圖6 (2+4) mm網(wǎng)兜持續(xù)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(wǎng)兜與相鄰網(wǎng)兜持續(xù)攔截能力對比的時間,選擇第二道兜網(wǎng)(10#網(wǎng)兜)作為(2+4) mm網(wǎng)兜的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行測試。

        如圖7所示,通過12天的高強(qiáng)度持續(xù)攔截能力測試可看出:(4+2) mm網(wǎng)兜在測試過程中持續(xù)攔截能力與相鄰4 mm正式攔截兜網(wǎng)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(wǎng)兜持續(xù)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(wǎng)兜進(jìn)行持續(xù)攔截能力測試發(fā)現(xiàn),(2+4) mm組合式網(wǎng)兜可放置時間更長,且攔截能力更強(qiáng),效果更佳,可減少毛蝦對下游設(shè)備的沖擊,避免毛蝦進(jìn)入泵站,保障核電廠取水安全。

        3 結(jié)論

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

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

        (2)(2+4) mm及(4+2) mm組合式網(wǎng)兜在放置2日后未出現(xiàn)破損、鼓水及明顯堵塞現(xiàn)象,而全2 mm網(wǎng)兜堵塞速率快,使用1天后,存在鼓兜現(xiàn)象且小浮球下沉明顯,更換維護(hù)周期約為1天,大量使用維護(hù)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(wǎng)兜進(jìn)行持續(xù)攔截能力測試發(fā)現(xiàn),(2+4) mm組合式網(wǎng)兜可放置時間更長,且攔截能力更強(qiáng),效果更佳。

        綜上所述,在陽江核電廠毛蝦暴發(fā)時可使用(2+4) mm網(wǎng)兜替代4 mm網(wǎng)兜作為應(yīng)對大量毛蝦入侵的手段,因?yàn)樵跀r截能力、防附著能力、維護(hù)周期等方面,(2+4) mm網(wǎng)兜為所有研究對象中最優(yōu),并且替代性使用不會對攔截系統(tǒng)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(nèi)沿海核電廠提供了一種重要思路。

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