昌江核电厂取水明渠设计缺陷及优化方案

左志远

(中国核工业集团有限公司,北京 100822)

近年来，国内在运核电厂多次出现因海洋生物、杂物等因素导致的机组非计划停堆事件。昌江核电厂一期工程自建成运行以来，取水明渠内拦污网受海浪影响造成破损，失去拦截效果，生活垃圾、贝壳碎屑等在波浪及取水流速驱动下通过取水隧洞进入联合泵房，导致循环水过滤系统鼓网堵塞，循环水泵跳闸，进而造成汽轮机跳机，反应堆自动停堆。

1 昌江核电厂取水明渠概况及存在问题

1.1 取水明渠概况

海南昌江核电项目海域取水工程采用明渠方案，一期工程和二期工程共用一条引水明渠，一次规划建成。明渠底宽约120 m，设计底高程-5 m，总长约600 m。明渠两侧由两条平行的导流堤掩护，导流堤采用斜坡堤结构，取水明渠平面布置图见图1。

图1 昌江核电厂取水明渠平面布置图Fig.1 Plan layout of the water intake open channel of Changjiang NPP

1.2 取水明渠问题典型案例

2015年2月，在风浪的作用下，大量垃圾涌入前池，循环水过滤系统细格栅被严重堵塞，导致鼓网液面过低，循环水泵短时间吸入空气，存在停机停堆风险。

2016年10月，台风 “莎莉嘉”期间，2号机组处于功率运行状态，受台风影响，大量沉积在海底的杂物 (草根、树叶、塑料袋等)以及海藻、小鱼被海浪搅动带入取水流道，导致循环水过滤系统鼓网堵塞，循环水泵跳闸，造成汽轮机跳机，反应堆安全停堆。

1.3 取水明渠存在的问题分析

(1)外部问题

昌江核电厂一期工程建成投运后，厂址海域出现大量生活垃圾，堆积在取水明渠东导流堤外海侧，初步分析原因是在北侧珠碧江入海口处河流上游的生活垃圾排入海域，在偏北风浪和潮流的作用下带至厂区附近，受导流堤阻拦后堆积在岸边。

(2)内部问题

取水明渠内波浪较大，尤其在台风期间，明渠内拦污网受海浪影响造成浮筒倾覆、网片破损，拦污网失效，外海大量生活垃圾随之进入明渠、取水隧洞，直至泵房。业主公司在取水明渠增设了一道拦污网，仍然在台风期间出现损坏情况。

根据分析，外部环境变化是一方面原因，更主要的因素是由于取水明渠设计上存在缺陷，缺少掩护，使得外部海浪可以直接对明渠内部造成扰动，进而破坏渠内设备。因此，需要从根本上解决问题，即对取水明渠进行设计优化并实施改造。

2 取水明渠优化方案

设计单位结合昌江核电厂周边海况提出多个优化方案，通过波浪模型试验和泥沙冲淤数模分析等方法，并分别从工程量、用海面积、拦污网掩护条件、泥沙回淤及港池航道影响等角度开展比选论证工作，最终确定了最佳优化方案。

2.1 取水明渠

东导流堤延长段东接已建导流堤堤头，延长段总长569.96 m，沿原轴线向西北方向延伸50 m后，由半径268 m、长519.96 m的圆弧折向西南，西至已建西导流堤堤头以西约287 m处。两导流堤堤头形成取水口门，门宽227.71 m，底标高位于天然泥面标高-5.0～-9.0 m处。取水明渠优化方案见图2。

图2 取水明渠优化方案平面布置图Fig.2 Plan layout of water intake open channel optimization scheme

2.2 拦污网

取水明渠内共设三道拦污网[1]，分别位于口门、现拦污网及距东导流堤堤根246 m处。1#拦污网为永久拦污网，采用桩基平台式方案，取水口门中设置5座桩基平台，上设电动绞车，拦污网通过平台上绞车连接，与防波堤上设置的绞车连成整体。2号、3号拦污网均采用浮筒式方案，垂直于取水明渠轴线，呈 “一”字型布置。

2.3 港池、航道

本方案取水口门位于原航道延长线上，东导流堤对船舶进港产生影响，需调整港池、航道水域布置，以满足船舶安全通航要求。原港池可以满足船舶进出港要求，因此方案仅对航道轴线进行调整。航道轴线由原132°30′7″～312°30′7″调整为282°00′20″～102°00′20″，与等深线约呈55°夹角。航道长124 m，宽100 m，底标高-6.0 m。

3 取水明渠优化施工流程

昌江核电厂取水明渠优化工程主要施工项目包括新建明渠东导流堤延长段、桩基平台与锚碇基础、进港航道和明渠疏浚、堤头灯移动、拦污设施安装、浮标安装等。工程海域宽广，施工所需的设备、建材及船舶均可由水路抵达指定港口，再转运工程海域，水陆交通方便。取水明渠优化施工流程建见图3。

图3 取水明渠优化施工流程图Fig.3 Flow chart of optimized construction of water intake open channel

4 取水明渠优化方案可行性分析

昌江核电厂取水明渠位于厂址西北侧，岸线至水深-5.5 m之间的海域，取水由东、西导流堤组成，每条堤长约600 m。取水明渠导流堤基础可直接落在珊瑚礁混砂层之上，不需采取爆破挤淤工程措施，基础条件较好，厂址SL-2为0.15g。参照田湾核电厂取水明渠设计及建造经验，昌江核电厂取水明渠在SL-2地震作用下不会影响取水安全。优化方案延长段导流堤采用的结构与现有明渠导流堤一致，在水位、波浪、抗震等方面设计标准与现有明渠导流堤标准一致，建成后不会影响运行机组取水安全。

相比于原取水明渠过流截面，优化方案明渠过流截面有所增加，可以满足现有1、2号机组及后续3、4号机组和小堆示范工程取水量要求，还可以进一步降低取水明渠口门处的取水流速，在5台机组运行时，平均海平面工况条件下，取水明渠口门处流速约为0.125 m/s，低于海域天然潮流流速，可以尽量减少由于取水造成杂物、海生物吸入明渠内。明渠波浪减小后，拦污网可以得到保护，通过明渠内设置的三道拦污网，可以大大提高拦截效果。

5 结 论

昌江核电厂取水明渠采用的优化方案可以减轻明渠内水面波动，减少垃圾和贝壳进入取水流道，降低拦污网的损坏频率，减少拦污网维护次数，显著减少明渠内的沙砾、贝壳和垃圾清理工作量，大大降低维护成本，对确保昌江1、2号机组、拟建的3、4号机组及小堆示范工程的取水安全和稳定运行起到积极作用。