福清核电站冷源海生物控制问题分析

(福建福清核电有限公司，福建 福清 350318)

滨海核电站设计上一般采用海水作为循环冷却水，海水中的海生物在循环水系统中附着生长，会造成系统堵塞。近年来，国内核电站冷源因海生物堵塞导致非计划停堆停机的事件不断发生，不仅影响电力生产安全，还给核安全带来巨大挑战。冷源可靠性成为制约核电发展的一重要瓶颈[1]。基于提升核电站冷源安全性考虑，结合福清核电站对冷源的海生物控制情况，通过分析原因与总结经验，从而不断提高冷源的可靠性。

1 福清核电站循环水系统设计

与众多的滨海核电站相似，福清核电站机组冷源采用直流循环冷却设计，取水系统包括：取水明渠，循环水过滤系统(以下简称CFI)。取水系统可拦截海水中的大型浮游海生物、杂物，拦截设备有：拦污网、粗格栅、细格栅、格栅除污机和旋转鼓网、反冲洗装置等。

按照设计，取水系统配置了循环水处理系统(以下简称CTE)，CTE系统管线布置到CFI系统粗格栅上，通过CTE系统电解制氯、重力加药，从而控制海水过滤系统中海水的有效氯浓度，抑制或杀死海生物的幼虫或孢子[2]。

福清核电站1～4机组冷源的主要用户有循环水系统(以下简称CRF)、辅助冷却水系统(以下简称SEN)和重要厂用水系统(以下简称SEC)。其中CRF系统通过CFI系统取水，经循环水泵加压后由循环水进水廊道(以下简称GD管沟)供给凝汽器和SEN系统，凝汽器钛管入口设置有二次滤网，实现对海水的二道过滤。整体流程见图1。

图1 福清核电站M310机组CFI、CRF以及SEN系统流程简图Fig.1 The flow chart of CFI,CRF and SENsystem for M310 unit of Fuqing NPP

SEC系统通过板式热交换器(简称板换)冷却设备冷却水系统(以下简称RRI)，SEC系统分A/B两个系列，设计上定期切换运行；同时在SEC海水泵入口通过CTE系统对运行列进行二次加氯，从而提高SEC系统海水有效氯浓度；每列的海水泵后出水管上，进入板换前，设置有贝类捕集器(简称贝捕)，从而降低海水中贝类等海生物堵塞板换的风险，整体流程见图2。

图2 福清核电M310机组SEC系统流程简图Fig.2 The flow chart of SEC systemfor M310 unit of Fuqing NPP

2 海生物控制问题

近年来，国内同行电站发生多起因水母、鱼虾袭击，堵塞取水口、CFI系统导致机组非计划停堆的事件[3]，虽然目前为止福清核电站未发生类似的问题，但CFI系统以及下游用户的海生物控制问题也越显突出。

2.1 海生物污染问题

2015年，福清核电站1号机组首次大修，CFI系统粗格栅吊起后检查发现，格栅上附着大量的贝类海生物，见图3。

图3 101大修CFI系统2号粗格栅上海生物Fig.3 Marine organisms on the coarse grid 2 of CFIsystem during the No.101 overhaul of Fuqing NPP

2017年，福清核电站1、2号机组103、202大修，鼓网泵房间以及鼓网下腔室内海生物滋生严重，且GD管沟、SEN系统以及CRF系统凝汽器入口均有不同程度的海生物污染，见图4。

图4 202大修CFI系统鼓网腔室以及SEN系统热交换器海生物Fig.4 Marine organisms in the drum net chamber ofCFI system and heat exchanger of SEN systemduring the No.202 overhaul of Fuqing NPP

CFI系统受污染设备区域的海生物种类统计见表1。

表1 CFI系统海生物附着种类统计

2015年起，福清核电站1、2号机组RRI/SEC板换在机组正常运行期间，频繁因两端压差高而闪发报警，机械人员对板换解体检查，发现引起压差高的原因是板换中碎贝壳、沙石堵塞流道，且通过对板换进行人工清理未能根本解决压差高的问题。

2.2 海水加氯管道污堵问题

2014—2015年，福清核电站1、2号机组CTE系统多次出现加氯管道污堵，加氯流量计无示数。检修人员检查发现，堵塞的加氯管道中有大量的沉淀，见图5。部分管道中因沉淀残留时间长而硬化结垢，通过人工清理也很难疏通。

图5 CTE-CFI/SEC系统加氯管线中的堵塞物Fig.5 Blockage in the chlorinationpipeline of the CTE-CFI/SEC system

而经过加氯管道内异物清理，CTE-SEC系统的加氯管线堵塞的问题仍然会频繁发生。

3 海生物控制问题原因分析

以上问题不仅增加了运行、维修的工作量，而且严重威胁到机组的安全运行，2017年专项组对冷源出现的问题进行了归纳、总结和分析原因。

3.1 海生物污染问题原因分析

3.1.1 加氯失效

控制海生物生长的最有效手段之一是化学加氯控制[4]，而加氯的失效将导致海生物滋生。

福清核电站机组取水明渠未设前池，CFI系统前加氯通过粗格栅上的加氯框添加到鼓网泵房吸入口，而加氯框在设计上安装在粗格栅靠近鼓网泵房侧，随着CRF泵运行，大量海水通过粗格栅的同时，次氯酸钠也随着海水进入鼓网泵房，粗格栅迎水侧有效氯作用时间短，因此贝类等海生物容易在此位置滋生。

2017年2月，福清核电站9CTE系统完成变更改造，参考同行电站采用间断冲击加药的运行方式，但加药量的控制未充分考虑到不同电站间海域的海水差异以及海生物生长的特性，间断冲击加药频率从刚开始的3次/周调整到1次/天，实质上未明显增加加氯时长或加氯浓度，加氯量不足导致各海水系统中海生物幼虫、孢子生长，特别在2017年3—7月份绿贝、牡蛎、藤壶等生长和繁殖较快[5]。因此针对2017年福清核电站1、2号机组大修期间，海水系统中贝类海生物控制不佳的问题，对比了福清核电站3、4号机组控制情况，判断与海水系统加氯失效有关。

3.1.2 设备缺陷

针对福清核电站1、2号机组RRI/SEC板换频繁触发压差高的报警问题，从设备上分析，其中贝类捕集器未能有效地起到过滤作用。2016年9月对1号机组RRI/SEC-A列检查发现贝类捕集器滤芯与盲板连接处缝隙约20 mm，见图6，碎贝壳较容易地通过该间隙进入板换中，图7为板式热交换器中收集到的贝壳。

图6 1号机组SEC系统A列贝捕滤芯与盲板缝隙Fig.6 The gap between the filter element row Aand the blind plate in the SEC system

图7 1号机组RRI001RF板换清理下来的贝壳Fig.7 Shells cleaned from RRI001RF plate

另外，福清核电站1、2号机组SEC的贝类捕集器滤孔为3 mm×15 mm的矩形设计，如图6所示，而板式热交换器中板片间的间隙4 mm，较大的碎贝壳通过贝类捕集器后容易卡在板换中，如图8所示，导致海水流道污堵，两端压差升高。

图8 1号机组RRI系统A列板式热交换器中污堵情况Fig.8 Fouling in the row A plateheat exchanger of the RRI system

3.2 海水加氯问题原因分析

CTE系统电解海水制氯，电解产生的次氯酸钠与海水中少量的钙、镁等离子发生副反应，如：Mg2++2ClO-+2H2O→Mg (OH)2↓+2HClO产生氢氧化镁沉淀；Ca2++2ClO-+2H2O→Ca(OH)2+2HClO，Ca(OH)2与二氧化碳反应，产生碳酸钙等沉淀。

而容易发生以上副反应的设备位置有次氯酸钠储罐，以及下游的加氯管线，如SEC系统定期切换备用列运行，未运行的一列停止加氯后，CTE-SEC的加药管线中残留的次氯酸钠溶液容易发生碱化和碳酸化产生沉淀。另外，CTE-SEC加药流量计前后管道变径后为DN25，加上管道衬胶后通流直径更小，相对于CTE加氯母管或CFI加氯管更容易发生堵塞。

2016年1月，对CTE系统检查时发现，CTE次氯酸钠储罐投运至今未定期执行排污。运行人员打开次氯酸钠储罐底部排污阀，有大量的沉淀物泻出，如图9所示。因此，运行过程未定期排污，储罐中大量的沉淀物随加氯溶液进入下游管道，也是诱发加氯管线容易堵塞的原因之一。

图9 1号机组CTE系统次氯酸钠储罐底部排污情况Fig.9 Bottom discharge of sodium hypochloritestorage tank in the CTE system

4 海生物控制改进措施和讨论

总结国内外良好的海生物控制经验，物理过滤与化学控制手段缺一不可，同时提高核电站冷源应急响应水平，建立多道、可靠安全屏障，持续维护冷源的安全状态。

4.1 海生物拦截与过滤

拦截海生物第一道屏障在取水明渠，因此在拦网的选用上需充分调查和掌握拦网所需要防治的海生物种类和特征，结合电站取水工程的特点以及拦网设置区域海流等情况选用合适的拦网[6]。福清核电站前期拦网经常因浮筒倾斜导致拦截失效，针对该问题进行了变更，增加数道拦网，通过永久+临时的模式，确保拦网的有效性。

第二道屏障是粗格栅，针对福清核电站粗格栅海生物附着问题，对设备上的防污漆进行了选型优化。选用双组分有机硅不黏性防污漆，较好地抑制海生物的附着，该效果也在后续大修中得到验证。

旋转鼓网作为循环水系统的又一道屏障，为提高鼓网拦截能力和减少其两端压差，福清核电站在鼓网反冲洗系统拟增加高压泵冲洗回路，计划在2019年进行变更改造。

SEC系统作为核岛厂房的最终冷源，针对其出现的问题，福清核电站对SEC系统贝类捕集器进行优化，通过橡胶材料修补了贝类捕集器的连接缝，从而缩小间隙，同时对贝类捕集器3 mm×15 mm的滤网进行变更，改造为3 mm×3 mm方型滤网。

4.2 化学加药控制

海水过滤系统的过滤手段是无法拦截海生物细小的幼虫、孢子，通过循环水处理系统加药，抑制海生物在下游各用户上滋生和堵塞。

福清核电站调研国内各电站的加药运行方式发现，南北各电站海域的海水和海生物生长等均有较大差别，如大唐吕四港电站[7]、秦山核电站等采用冲击式加氯的运行方式，而江浙以南的核电站均采用CTE系统电解海水连续加氯的运行模式，因此福清核电站保留CTE系统电解制氯功能设计，同时为提高设备加氯的可靠性，拟在次氯酸钠储罐后增设冲洗管线和加药泵，系统将具备添加外购成品次氯酸钠、非氧化性杀贝剂的功能。

另外，福清核电站总结2017年间断冲击加氯的运行经验，建议应结合东南沿海海洋环境因素特征，进行必要的海生物控制的研究性实验，在原控制的经验上适当提高加氯量和加氯时间，可选方案列于表2。

表2 福清核电站循环水系统加药控制方案

4.3 其他措施

通过系统运行优化，减少循环水系统缺陷数量，如定期对CTE系统储罐进行排污、SEC系统的加药方式由停泵停药改为停泵不停药或先停药再停泵的运行方式，从而防止次氯酸钠溶液沉淀堵塞加氯系统。在海水用户系统海生物滋生严重的情况下，通过临时调整SEN系统滤水器、CRF系统二次滤网以及SEC系统贝类捕集器反冲洗频率等，降低贝壳异物堵塞冷源的风险。

与此同时，吸取各电站的经验教训，建立完整的运行文件，不断优化冷源各类应急预案，定期组织运行规程培训，加强检修策略和工作控制，提高响应能力。

5 结束语

电站冷源安全关系到核电站安全运行，是不容忽视的系统，不断提升冷源安全性能，是核电工作者努力的方向之一。本文对福清核电站M310机组运行过程中冷源海生物控制经验进行了分析与讨论，希望能给同行一些参考。