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      核電廠取水口堵塞的預防和應對

      2019-05-29 11:07:08陳杰
      山東工業(yè)技術 2019年9期
      關鍵詞:冷源取水口濾網(wǎng)

      摘 要:冷源作為最終熱阱,在導出熱量的過程中起著至關重要的作用。隨著自然氣候的變化、人類工業(yè)活動影響引起的環(huán)境變化,核電廠取水口堵塞的可能性也不斷增大,從而嚴重影響機組安全運行的可靠性以及機組利用率。本文分析核電廠取水口堵塞原因,列舉實際應用中的應對策略,提供了若干建議以預防、應對取水口堵塞事件,降低取水口堵塞風險,確保核電廠冷源健康安全運行。關鍵詞:核電廠;取水口堵塞;冷源;應對策略DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1631 研究取水口堵塞的意義1.1 冷源的典型配置

      冷源作為最終熱阱,在導出熱量的過程中起著至關重要的作用。對于核電機組,冷源有兩個作用:(1)核島的最終熱阱,作為設備冷卻水系統(tǒng)的冷卻介質將設備冷卻水傳輸?shù)臒崃浚òǘ研舅プ儫?、乏燃料衰變熱、安全重要物項的排熱等)排到海水;?)汽機功率運行時冷凝器的冷卻水源,建立、維持朗肯循環(huán)。典型的冷源配置簡圖如圖1所示。因此,在核動力廠所有狀態(tài)下,都必須保證具有將熱量傳輸?shù)阶罱K熱阱的能力[1]。1.2 冷源可靠性的影響因素

      冷源的一個主要設計目標,是要在很高的可靠性水平上,以適當?shù)乃俾瘦斔秃臀沼酂幔瑥亩乖谒羞\行工況下放射性的控制[2]。核電廠冷源可靠性分析時必須考慮外部的人為事件(如飛機墜毀、船舶相撞、原油泄漏、喪失廠外電源)、電廠內(nèi)部事件(火災、管道破裂、水淹)、與廠址有關的自然現(xiàn)象(如風暴、冬季冰屑、地震、火山活動)以及生物現(xiàn)象。

      其中典型的生物現(xiàn)象包括:(1)植物、海洋生物或其他水生物(如魚蝦、海草、水母)等異物壅塞濾網(wǎng);(2)海洋生物和植物在冷卻系統(tǒng)內(nèi)的生長可能影響冷卻系統(tǒng)的性能。這4類影響因素中,大部分因素會造成取水口堵塞,從而導致冷源降級,WANO對2004-2007年間發(fā)生的44起取水口堵塞事件統(tǒng)計分析表明,這類事件中約20%對安全相關系統(tǒng)有直接影響,超過80%的事件對機組的利用率有影響[3]。2 取水口堵塞的原因分析

      隨著自然氣候的變化、人類工業(yè)活動影響引起的環(huán)境變化,核電廠取水口堵塞的可能性也不斷增大。

      WANO將取水口堵塞的原因歸納為以下4類[3]:(1)氣候、環(huán)境因素的變化:氣候的周期性變化影響到電廠附近的氣象類型和環(huán)境條件,如臺風的劇烈程度日益增強、海生物的數(shù)量和習性改變、取水口構筑物附近的碎屑和淤積物不斷積累;(2)監(jiān)測技術、預警手段不足;(3)設計缺陷;(4)設備維護不合理。而決策層失效或運行人員技能不足導致的響應不到位,又增大了冷源意外喪失的危險性。

      2013年以來,國內(nèi)眾多核電機組發(fā)生因水母、棕囊藻、海地瓜、蝦群等造成取水口堵塞的事件[4]。通過對大亞灣基地、紅沿河基地、陽江基地、寧德基地的取水口堵塞事件進行分析,環(huán)境因素和設計缺陷是造成取水口堵塞的主要原因。

      環(huán)境因素的具體影響有:隨著氣候變暖,水母的生長速度變快,導致水母可能大量積聚;風暴帶來的海草或蝦群偶然積聚;近海捕撈嚴重,作為毛蝦的天敵的魚類等被過渡捕撈,海水生態(tài)食物鏈遭到破壞,蝦群大量生長繁殖;風雨條件下人工清理海生物的難度加大。

      設計缺陷的具體影響有:無海生物實時監(jiān)測、預警裝置,無法對海生物突然爆發(fā)進行實時監(jiān)測及預警;未設置攔污措施;取水明渠沒有針對沉底型生物或海生物的有效攔截設施;攔污網(wǎng)面下沿沒有有效沉到底,在臺風等大風浪氣候下未實現(xiàn)對水面100%覆蓋攔截;旋轉濾網(wǎng)排污水設計缺陷,造成排污水回流到取水口入海處,增加了取水口濾網(wǎng)的工作負荷;沖洗旋轉濾網(wǎng)所用的備用高壓沖洗泵的缺失。3 應對策略與運行建議

      通過對國內(nèi)外的取水口堵塞事件案例的分析,提出以下應對策略和運行建議:3.1 前期預防、監(jiān)測

      通過以下措施,實現(xiàn)取水口海域的全面和全時間段覆蓋監(jiān)測:

      (1)建設取水海域水質和水文在線監(jiān)測系統(tǒng),以提升對取水海域水質指標和水文指標的監(jiān)測能力;

      (2)與水產(chǎn)研究單位合作,建立冷源威脅識別體系,定期在取水口周圍海域進行海生物種類及趨勢分析,掌握海生物活動習性,提供海生物災害的預警信息。與當?shù)貪O業(yè)組織合作,漁民和打撈船定期在海上入水口處進行探測、清理;

      (3)現(xiàn)場沖洗水排污渠增加定制網(wǎng)預防性打撈,對沖洗出來的海生物稱重或顯微鏡觀察,監(jiān)視旋轉濾網(wǎng)的表面清潔度,結合主控室和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化,確認海生物入侵情況;

      (4)在取水池安裝遠程攝像機,對取水池進行不間斷監(jiān)測;在海上入水口建立三維立體數(shù)字聲吶系統(tǒng),進行不監(jiān)測并提供海生物分布信息;

      (5)大部分環(huán)境異常造成的取水口堵塞是季節(jié)性的,建立一種以經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)為基礎的預測模型,客觀地預測出海藻等對電廠的潛在影響。3.2 設計改進

      除了提高前期預防、監(jiān)測工作水平外,還可以通過設計改進,提升冷源可靠性水平:

      (1)研究開發(fā)可攔截蝦群和水母的固定攔截裝置;

      (2)增加備用的高壓沖洗泵以便對旋轉濾網(wǎng)進行及時、高效沖洗;

      (3)研究開發(fā)可攔截沉底型雜物或沉底型海生物的裝置,如沉底型細目漁網(wǎng);

      (4)旋轉濾網(wǎng)反沖洗水排放管道的優(yōu)化,將沖洗水排至排水口,減少濾網(wǎng)負荷;

      (5)在進水渠安裝電驅趕裝置;

      (6)在取水池建立超聲波系統(tǒng),防止魚蝦群的聚集。3.3 冷源預警響應行動

      雖然取水口堵塞的預防和應對屬于世界性的難題,但是如果在冷源預警響應行動中及時干預,關注機組狀態(tài),仍有很大可能把機組控制在安全狀態(tài),從而確保核安全。冷源預警響應需要多個部門合作,涉及到服務、工業(yè)安全、機械、化學、儀表、電氣等部門,干預的成功性取決于冷源干預小組成員明確分工和高效合作。

      通過分析寧德、嶺澳機組的響應行動,發(fā)現(xiàn)有以下幾點需要注意:

      (1)在監(jiān)測及打撈過程中,電站應急人員及打撈人員持續(xù)不間斷的對取水口進行監(jiān)測;

      (2)及時在泵站鋪設臨時沖洗水帶,可以考慮利用消防水進行高壓沖洗,做好與消防隊的溝通;

      (3)降功率涉及到和電網(wǎng)的溝通,提前做好與電網(wǎng)的溝通,不能延誤降功率的時機,提前做好降功率的預案;

      (4)注意廠用水泵與循環(huán)水泵的配置,監(jiān)測對應列廠用水泵的運行狀況,若有必要將廠用水系統(tǒng)運行列的CRF泵停運,減少對蝦群的抽取,以維持廠用水系統(tǒng)的可用性;

      (5)以確保機組安全優(yōu)先,做好執(zhí)行事故規(guī)程的準備,穩(wěn)定機組。

      隨著國內(nèi)外越來越多的經(jīng)驗反饋、冷源保障體系的運轉實踐、冷源技術改進以及冷源響應策略的不斷優(yōu)化,冷源的可靠性將大幅提升。參考文獻:[1]國家核安全局.核動力廠設計安全規(guī)定,HAF 102[S].北京:國家核安全局,2016.[2]國家核安全局.核電廠最終熱阱及其直接有關的輸熱系統(tǒng),HAD 102/09[S].北京:國家核安全局,1987.[3]WANO SOER 2007-2.Intake Cooling Water Blockage[R].USA,WANO,2017.[4]吳彥農(nóng),王婭琦,候秦脈等.海洋異物堵塞核電廠取水系統(tǒng)事件的經(jīng)驗反饋[J].核安全,2017,16(01):26-32.作者簡介:陳杰(1990-),男,河南信陽人,本科,學士,助理工程師,從事預備操縱員工作。

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