海洋异物堵塞对核电厂取水口的影响及对策探讨

海洋异物堵塞对核电厂取水口的影响及对策探讨

张念龙

（中核核电运行管理有限公司 浙江省 海盐县）

1. 
   

2. 海洋异物堵塞核电厂取水口事件实例

WANO SOER2007-2报告指出，2004年至2007年发生有关冷却水取水口堵塞44起事件，电厂连续发生冷却水取水口堵塞事件，表明电厂无论堆型和取水配置如何，该类事件仍在持续发生，严重影响到了安全相关系统和电厂可靠性。电厂许多人员认为取水口构筑物属于非安全相关领域，没有充分理解其对最终热阱造成的影响。因此没有对该领域问题的处理放在足够的优先地位。

这些事件中，约20%对安全相关系统有直接影响，取水口堵塞通常导致循环水泵入口消波池水位下降，安全相关重要厂用水泵可用净正吸入压头减小；少数情况下，循环水泵在低水位没有跳闸，导致消波池水位下降到设计水位以下，增加了重要设备受损、重要厂用水泵丧失事件发生的可能性，电站最终热阱发生共模失效的潜在可能性加大。

1. 
   
   1. 
      

   2. Pickering B取水装置堵塞导致多台机组瞬态和潜在的热阱丧失

2001年5月24日，Pickering B第5台机组检修停机，第6、7、8台机组满功率运行。水藻从安大略湖进入冷却水取水装置，此时冷却水滤网置于连续运行。2001年5月25日0点10分，更多的海藻进入，堵塞了滤网，导致其自动跳闸。滤网堵塞导致冷却水泵的吸入口低水位。

事件导致第7和8台机组的冷却水泵自动跳闸导致汽轮机跳闸，反应堆功率自动降到2％。

1. 
   
   2. 
      

   3. 阳江核电多机组由于小海生物堵塞鼓网导致停机停堆事件

阳江核电厂由于海水冷源系统大量毛虾入侵，2020年3月24日，4#机组于18：30自动跳机跳堆，其他机组主动降功率到80%负荷运行。现场通过打捞毛虾等手段降低冷源风险后，4号机组于3月25日5:10重新临界，13:14并网。

3月25日下午，再次因为毛虾入侵导致2#/3#/4#/6#机组分别自动跳机跳堆；1#机组主动后撤停机；5#机组主动后撤停机。

2. 
   

3. 海洋异物堵塞的原因分析

2. 
   
3. 1. 
      

   2. 水生物

造成堵塞的所有异物中最常见的是水生物，例如海藻、海草和其它草类、贻贝、水母、虾和鱼，44起事件中有37起是由这些物质引起。

在加拿大皮克林电站，由于安大略湖环境条件的变化，已导致藻类植物的增加。这些藻类有时还会随着风向的的变化而直接涌向电厂，已导致皮克林电站发生过机组长时间被迫停运情况。

1. 
   
   2. 
      

   3. 淤泥杂物垃圾海冰等

2004年至2007年发生有关冷却水取水口堵塞44起事件中，84%的取水口堵塞是水生物造成的，9%的取水口堵塞是因结冰造成的，5%的取水口堵塞是因沙子或淤泥造成的，2%的取水口堵塞是因原油造成的。

近年发生的多起淤泥杂物垃圾海冰等造成的海洋异物堵塞取水口事件：

• 
  

• 2013年7月 中国台湾 Chinshan 2号机组，大量杂物进入取水口，导致细格栅损坏，循环水泵入口流量降低，导致汽轮机跳闸；

• 2013年10月 法国 Tricastin 2号机组，泵站淤泥阻塞导致冷凝器冷却系统泵跳闸，汽轮机跳闸，自动停堆；

• 2005年1月 俄罗斯 Volgodonsk 碎冰堵塞旋转滤网并导致一号机组自动停堆；

• 2010-05-01 美国 COOPER 泥砂及杂物碎屑堵塞流道，导致电厂功率减小；

• 2009-02-25 法国 BLAYAIS 冷却水入口处有大量垃圾杂物，反应堆自动紧急停堆；

• 2007-12-30 韩国 HANBIT 1号机组100%满功率运行期间，溢出的原油形成的焦油流入到了取水口，疏导不利形成堵塞，机组降功率；

• 2007-07-09 中国 田湾核电厂 海水取水口被大量麦秆堵塞，引起电厂2台机组降功率运行；

• 2011-06-20 中国 秦山二期 大量垃圾进入秦山二期取水口，导致机组降功率运行。

3. 
   

4. 主要经验反馈

根据SOER2007-2介绍，电厂连续发生的冷却水取水口堵塞事件，严重影响到了安全相关系统和电厂可靠性。此类事件表现出的特点：

1. 
   

2. 冷却水取水口的堵塞降低了安全裕度，加大了众多安全相关载荷最终热阱共模丧失的可能性。

3. 监测技术和预报手段没有提供充分的早期报警来处理冷却水取水口堵塞事件。

4. 电厂人员通常没有准备好将事件发生可能性和造成后果降到最低。多数情况下，规程没有向操纵员提供充分的指导，以应对冷却水取水口出现的问题。

由此提出建议有：

1. 
   

2. 应对改变的环境条件：要确认并定期更新电厂关于厂址特定的环境条件信息，这些信息必须针对取水口构筑物、设备和相关系统的设计依据，以防止及减轻堵塞和性能降级状况。

3. 监测技术、预警和预测手段：要制定监测、预警方法来预测厂址特定的环境参数，并启动适当的缓解措施。

4. 运行规程和培训：要培训操纵员和其他支持人员，用保守方法预测冷却水堵塞和降级情况。提供规程指南，确定人员职责，确保能够较好地说明、传达电厂保守运行的期望。

4. 
   

5. 预防和对策

核电站冷源系统是电力生产流程的重要组成部分，冷源系统堵塞必然会导致机组鼓网过载、贝类捕集器堵塞、循泵跳闸，机组热阱丧失，停机甚至停堆。

因此继续加强取水口堵塞经验研究，提高人员风险意识十分重要。尽管各运行机组发生取水口堵塞情况各不相同，而如下预防和应对措施具有一定地适用性，对预防和缓解有作用。

1. 
   

2. 海生物防治措施及特点

海生物入侵是导致取水口堵塞的最重要原因，做好预防尤为重要。而海生物侵袭又涉及生物和水利气象的多方面变化原因，每个机组发生事件有其特殊性。这些变化和差异要求我们在征兆研究和技术方案或预警的开发有所不同。

1. 
   

2. 调整取水头部，优化开放式取水头部

目前核电厂取水头部多采用开放式取水头部，仅设置一道波浪破碎区，这会导致拦污网损坏、泥沙类杂质进入、漂浮物顺畅进入等问题。优化取水头部，增加堤坝，设置口门拦污网、人字形拦污网、网兜、拦污网四道有效拦截海洋异物。

2. 
   

3. 海水取水系统梯级过滤配置，采用纵深防御原则

可以有效拦截杂物，减少运维工作量，降低工作风险。采取措施是在消浪的前提下设置三道过滤网：第一道拦截大型树枝、水母，防止对后续滤网造成伤害；第二道滤网收集杂物，方便清运；第三道滤网作为兜底拦截剩余杂物；

3. 
   

4. 采用新型海生物化学抑制剂

目前国内核电厂普遍采用次氯酸钠作为海生物化学抑制剂，具有消杀不彻底、余氯浓度偏高、影响环境等不足。新型Mexel432药剂，可通过表面成膜工艺技术，在表面形成膜组织，可解决软体动物的附着问题，溶解附着物种在表面所产生的天然胶着层，使已附着的生物脱落，不再形成接触，从而抵御海生物的繁殖和附着。

2. 
   

3. 提升响应能力

除了提升海生物防御措施，及时有效正确的运行操作干预能力也非常重要。要通过有效的规程和定期的培训加以提升，要以保守决策使运行人员和其它支持人员提前做好应对取水口堵塞事件的响应准备。

（1）根据实时海洋异物防治特点如风速、风向和水温，获取并跟踪环境数据的趋势，对操作规程进行定期审查和验证，明确人员职责和分工，并确保保守操作的期望得以明确定义和沟通。

（2）进行定期培训，在培训中要对取水口堵塞事件的共模失效内容加以重点强调。专门的培训模块要设置取水口堵塞事件必要的敏感度和对冷却水取水构筑物、设备及相关系统安全意义的了解。

（3）每年组织冷源专项应急演习，演习场景应包括台风场景、海藻爆发场景等。通过冷源专项应急演习一方面验证冷源应急预案及各应急处置方案满足机组运行工况，另一方面确保电厂相关生产人员熟悉冷源应急的响应及保障流程，保障机组冷源安全。

参考文献

[1] WANO SOER2007-2.Intake Cooling Water Blockage [R].USA,WANO,2007.

[2] 阮国萍.核电厂取水口堵塞原因分析与应对策略［J］．核动力工程，2015，36（S1）：151-154.

[2] 吴彦农，王娅琦，候秦脉，焦 峰，孙国臣. 海洋异物堵塞核电厂取水系统事件的经验反馈［J］核安全，2017，16:26-32.

[3] 国家核安全局. 核电厂最终热阱及其直接有关的输热系统，HAD102/09［S］．北京：国家核安全局，1987.

6