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海生物暴发对核电厂冷源系统的影响及应对措施

​张皓

福建福清核电有限公司,福建福清,350318

摘要: 海洋生物暴发会对核电厂冷源系统产生一定影响,还会导致机组降功率、跳机乃至紧急停堆等事件的发生,这些状况降低了核电厂的产电效率、安全性、经济性和可持续发展。
关键词: 海生物暴发;核电厂冷源;措施
DOI:10.12721/ccn.2021.157023
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引言

2015年至2016年,国家核安全局先后发布关于海生物或异物影响核电厂取水安全典型事件的通报,反馈了几起国内核电厂冷却水取水口因大量水母、海地瓜、小毛虾等海生物导致核电厂冷源系统故障或丧失,造成停机停堆或降负荷的事件,要求核电营运单位确保冷源安全长期可靠运行,全面梳理核电厂冷源相关处理程序,杜绝人为屏蔽安全相关信号导致核安全降级的行为。

1海生物暴发对核电厂冷源系统的影响

1.1海生物暴发对国内核电站取水安全产生影响的

实例及分析

我国核电厂发生了数起由于海洋生物或海洋异物堵塞取水系统从而影响取水安全的事件。海洋生物或异物的堵塞可能导致机组的降功率乃至停堆,严重时甚至可能会对最终热阱的可用性构成威胁,应引起高度重视。2016年4月,国家核安全局发布《国家核安全局关于近期海洋生物或异物影响核电厂取水安全事件的通报》(国核安发[2016]91号)。其附件《海洋原因、事件经过、促进因素、纠正行动等进行了阐述。表1为国内部分核电基地已发生的海生物影响冷源系统实例。

表1 国内部分核电基地已发生的海生物影响冷源实例

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1.2取水口堵塞持续恶化,导致停机停堆

如果前池出现浒苔、水母等海生物集聚导致所有的鼓网、清污机满负荷运行,通过降低发电机功率,凝汽器真空仍持续恶化。当凝汽器真空≤-73.3kPa时,确保汽轮机停机;当凝汽器真空≤-66.7kPa且P-10存在时,手动停堆,进入相应的事故运行规程,将机组稳定在NOT/NOP(正常运行温度压力)平台。当循泵入口水位低于9.93m(设计已考虑的当地海域百年一遇低潮位)时,由于厂用水泵的取水源也位于循泵入口处,应停运受影响的循泵,优先保证厂用水泵的水源。当循泵入口水位持续降低且均低于8.02m(厂用水泵最小NPSH)时,应及时停运厂用水泵。厂用水系统丧失,设备冷却水系统将失去正常热阱,一回路系统进入自然循环工况,将根据相应的规程停运设备冷却水系统热负载,通过备用热阱或临时设备将电厂热量导出,逐步将机组带入安全停运工况。

2海生物暴发的应对措施

2.1增设拦污网

通过设置拦污网、格栅、滤网等多重拦截设施,避免海生物大规模入侵。根据A核电基地水母入侵及C核电基地小型海地瓜入侵取水设施的经验反馈,针对有可能发生海生物入侵的厂址,有针对性地加强取水明渠拦污网的拦截能力:①设置多层拦截体系,沿取水明渠布设2~3道拦污网;②拦污网设置为全过流断面拦截;③网格尺寸不宜小于30mm×30mm;④制定海生物监测及预警机制,及时清理拦污网附着杂物;⑤必要时启动人工打捞作业。

2.2海生物监测识别体系

海生物监测识别体系对核电冷源安全保障意义重大。电厂与当地海洋环境监测中心开展合作,运用信息传感技术及卫星遥感预警,通过定期对电厂所处海域进行生态环境调查,了解周边海洋生态环境信息,分析在适应环境下海生物暴发的可行性及潜在风险,以便制定相应的应急处置预案。此外,某电厂采用水下机器人对取水口海域水下进行监测,以弥补卫星遥感预警信息系统对水下状况监测不够准确的缺点。目前国内各电厂尚未实际应用相关的环境条件监测模型。但苏州热工院已完成核电厂冷源风险数据库开发及应对策略研究,并在某电厂试运行。虽然其实施效果尚有待进一步跟踪,但模型的建立对某一区域内同类型核电厂长期确保冷源安全将产生重要积极影响。

2.3国家加强支持

工作人员自身的力量毕竟还是有限的,如果没有国家层面的支持力度,那么海生物暴发的防范举措就很难得到大幅度的提高,一些好的提高海生物暴发的防范方法也很难在全国范围内开展,因此国家要加强对新模式新方法的探索,鼓励工作人员的切磋交流。例如:国家可以每年开展“提高海生物暴发的防范交流会”,让人才汇集,让思想碰撞,不断的产生高效率的防范方法,并且不断的开展。大力推广新方法和新举措的运用,鼓励工作人员多加思考,不断改善防范方法。另外,在市里开展这种交流会,鼓励各种人员的交流,多多举办交流会,将世界前沿的管理方法进行推广和运用。最重要的是国家要提供更多的财政支持,为海生物技术的提高提供更多的财力支持、人才支持,让这些研发人员有更多的财力和物力全身心的投入到技术的研发过程中,唯有过硬的技术才能够使我国的海生物暴发防范质量得到提升。加强国际间的合作与交流,在世界范围内共同商讨举措和方法,在世界范围内共同应对海生物的暴发。

2.4充分利用现代化技术

在实际的工作过程中,可以利用水下机器人,因为核电站进水明渠经常发生大量鱼虾、水母、藻类等入侵事件,威胁到机组的正常运转,影响正常发电。其次,还可以利用GPS卫星定位,通过太阳能电池板提供工作电力,搭载了多参数水质监测仪监测海水的pH、水温、电导、浊度、叶绿素、溶解氧等多项水质数据,通过远距离的操作,将各种所需要的信息反馈给信息资源总部,相关部门再将反馈的数据进行分析,有助于海洋赤潮的检测和防控。另外社会层面要加强宣传。加大社会宣传力度是海生物暴发防范工作的前提和基础,让相关人员有充足的认识。

2.5管道材质及涂料的选择

取水流道尽可能选择海生物不易附着的材质,如光滑的玻璃钢管道;在电厂海水系统设备、管道上采用涂料,通过涂料中杀虫剂或低表面能预防海生物附着。使用涂料预防海生物污染主要采用2种方法:①在与海水接触的界面产生一个阻碍海生物附着的高浓度“有毒”水层,含杀虫剂的防污涂料;②低表面能涂料产生一个使生物体不能附着的表面。某核电厂原先采用的粗格栅涂层是一种用于远洋船舶的防污漆,需要较高的海水流速对其冲刷,通过摩擦使防污漆逐层剥落,从而起到防污的作用,但粗格栅中海水流速较低,不能满足该类油漆的应用条件,因此导致大量海生物附着。该核电厂防腐专业调研了大量海洋防污油漆配套系统,通过综合评估,最终选定环境友好、适合粗格栅工况的某种特殊污漆。经过一年的运行测试,率先使用新工艺的3号机的粗格栅在2016年底进行了检查,发现采用新工艺的粗格栅状态良好,基本无海生物附着。新工艺的推广应用,保障了冷源设备可用性,降低大修潜在的延误风险和维修,可为其他电厂解决该类问题提供重要经验反馈。

2.6冷源保障组织体系建立及应急演习

除了以上工程设计改进、海生物监测识别体系的技术手段外,还应构建冷源保障应急组织体系,成立冷源保障小组;梳理完善冷源相关管理程序和应急预案,明确各部门应急干预职责;定期开展取水口堵塞专项应急演习,及时发现设计缺陷和管理流程缺陷,切实落实纠正行动,确保核电冷源安全。

结语

纵观整个研究过程发现:目前国内、国外未设置和出台相应的行业法规和防范举措,尤其是对于潜在影响冷源系统海生物的调查方面,是当前核电厂发展面临的重要问题。国家法律法规的保护能够在一定程度上为核电厂的发展起到积极的领导作用,减少不必要问题的发生。另一方面,由于海生物暴发的不确定性所带来的弊端,致使核电厂在防范方面有很大的难度。但通过以上的研究,结合社会各方面的努力,尤其是国家在科技方面的支撑,一定能够在一定程度上有效改善海生物暴发对核电厂冷源系统带来的负面影响。

参考文献

[1]於凡,许波涛,李勇,etal.海生物暴发对核电厂冷源系统的影响分析及对策探讨[J].给水排水,044(2):61-64.

[2]吕涛.鉴于海生物爆发问题的核电厂冷源拦污网布置优化[J].自动化应用(12):96+135.