一种新型拦污网在核电厂的应用

孙 婷 刘天栋

（海南核电有限公司，海南 海口 572700）

0 引言

随着城市、工业与养殖业发展，大量工业废水、生活废水增加而导致海水出现富营养化，导致各类海生物的异常暴发，给核电厂冷源系统的正常运行带来了不利影响，可能导致机组降功率、停机停堆事件，甚至对核电厂的最终热阱构成威胁，直接影响核电厂的经济性、可靠性及安全性[1，2]。 在2008—2015 年，WANO网站公布共发生60 起有关冷却水取水口堵塞而导致降功率、反应堆手动停堆、反应堆自动停堆的事件，引起堵塞事件的物质分析如下[3]：38%为水生物（海藻、水草、贝类、水母、鱼类和其他海洋生物）；38%为沙、淤泥、碎片；24%为其他（异物、沉积物、塑料）。 取水安全问题已成为威胁核电厂安全运行的重要因素之一。

南方某核电厂取水海域每年7～10 月份属于台风多发季节。 在台风与洋流用下，取水海域多次发生海生物爆发导致降功率和停机停堆事件。对于该核电厂易发生海生物爆发的种类分析后针对性地对取水拦污系统进行改进，取消了原第一道“一字形”拦污网，增加了“网兜形”拦污网。在实际应用中对比发现，“网兜形”拦污网在拦截能力、通流能力和清理修复能力方面较“一字形”拦污网有大幅度提高。

1 A 核电厂取水拦污系统设计

根据A 核电厂最终安全分析报告的厂址特征中描述，A 核电厂取水海域含沙量低， 海水平均泥沙含量仅为0.007 kg/m3水质较好，无泥沙堵塞风险。 对A核电厂取水海域海生物调查分析，其主要风险为周边养殖业产生的排水导致的海水营养富导致赤潮的风险。

A 核电厂取水明渠为“直堤”设计，两道防波堤上部距离220 m，下部距离120 m，设计水位8 m。 设计有两道“一字形”浮筒式拦污网，网体结构为平面网。 第一道拦污网网孔尺寸为8 cm×8 cm，二道拦污网网孔尺寸为5 cm×5 cm，拦污网为尼龙材质。 如图1 所示。

1.1 拦截能力分析

第一道和第二道拦污网网孔尺寸分别是8 cm×8 cm 和5 cm×5 cm，对于树枝、水母、生活垃圾等较大海生物和垃圾可以有效拦截， 但对于尺寸小于5 cm 的海生物，如藻类、贝类以及鱼虾等拦截能力较差。较小的海生物容易穿过网孔进入取水下游区域，最后进入CFI 循环水过滤系统，导致CFI 鼓网运行压力增加。

图1 “一字形”平面网示意图

2016 年10 月，A 核电厂受台风“莎丽嘉”影响，取水海域贝类、海藻大面积爆发并进入取水明渠，大量小尺寸海生物穿过第一道和第二道拦污网后随水流进入CFI 循环水过滤系统，CFI 鼓网反冲洗流道被垃圾堵塞，两台CFI 鼓网压差高触发停机停堆。 表1 为2016 年10 月海生物爆发时，CFI 鼓网反冲洗流道垃圾情况。

表1 2016 年10 月CFI 鼓网反冲洗流道垃圾分类

从表1 可以看出拦污网无法对尺寸小于5 cm 的垃圾进行有效拦截， 大量尺寸分布在2～3 cm 海生物和垃圾入侵导致停机停堆。

1.2 过通流能力分析

原设计“一字形”平面网由上下缆绳固定在两侧防波堤的扭工字块上，拦污网拦截面积对应于取水明渠的通流断面，其有效拦截面积约为1 400 m2。 在出现海生物爆发时，尺寸较大的海生物、垃圾容易在拦污网表面堆积， 导致拦污网的通流面积减小水阻增大，拦污网受水流力作用增加，可能导致拦污网破损。

2016 年8 月，A 核电厂发生大规模水母爆发，大量水母被拦污网拦截导致拦污网堵塞超过50%，拦污网在水流力和海浪的作用下损坏，缆绳断裂失去拦污能力。

1.3 清理能力分析

“一字形” 拦污网清理修复工作分为水上作业和水下作业。水上作业由清理人员在清洁船上对露出水面的拦污网进行清理，水下作业由潜水员对水下拦污网进行清理和修复。水下作业要求流速＜0.5 m/s，区域风速＜4 级，浪涌高度＜0.5 m，潜水作业需要水上水下相互配合，因此，水下拦污网清理和修补工作难度大、持续时间长、成本较高、有安全风险，属于高风险作业。而且当拦污网破损无法进行局部修补而对拦污网整体更换时，更换期间无法实现其海生物拦截功能。

2 网兜型拦污网的应用

由于原“一字形”拦污网拦截能力差、通流面积小、 不易进行清理修复等原因，A 核电厂拦污系统二次设计方案中取消原第一道拦污网， 在原位置增设“网兜型”拦污网。

新增的“网兜形”拦污网由20 个网兜拼接而成，与防波堤连接的两侧各一个30 m 长的边坡垂直网。网兜为方形结构，由前道引导网兜和后道可拆卸收集网兜组成。引导网兜采用渐变收口设计，宽6 m 高8 m深22 m，网孔尺寸1 cm×1 cm。 收集网兜深8 m，可提出水面以便进行清理修复工作。收集网兜可与引导网兜分离以便于更换和维护。网兜材质为超高分子聚乙烯材料并经过耐磨和防海生物附着处理。拦污网由上下两条高分子缆绳固定。 图2 为“网兜形”拦污网。

图2 “网兜形”拦污网示意图

2.1 拦截能力分析

“网兜型”拦污网网孔尺寸为1 cm×1 cm，网孔尺寸小对尺寸在3 cm 以下的贝类、海藻、鱼虾等也有很好的拦截效果。 在贝类、海藻等海生物爆发期间能对其进行有效拦截，缓解下游CFI 鼓网运行压力避免其超负荷运行，有效降低了停机停堆风险。 表2 为改造前后CFI 鼓网运行情况的数据。

表2 改造前后CFI 鼓网运行数据对比

通过表2 可以看出，增加“网兜形”拦污网后，藻类、 贝类等尺寸较小的海生物和垃圾被有效拦截，通过拦污网进入CFI 鼓网的海生物和垃圾量大大减少，缓解了CFI 鼓网运行压力，保证了机组冷源的安全。

2.2 通流能力分析

“网兜形” 拦污网分为前道引导网兜和后道收集网兜并经过耐磨和防海生物附着处理。前道引导网兜设计为渐变收口式，海洋生物和垃圾被引导网兜拦截后在水流作用下进入收集网兜，不会附着在引导网兜上形成堵塞。

每个网兜作为独立的整体， 其有效拦截面积约370 m2，总有效拦截面积约为7 500 m2是“一字形”平面拦污网有效拦截面积的5.3 倍。 有效拦截面积大大增加，即使在海生物爆发期间网兜表面出现淤塞情况下仍有良好的通流能力，减少了可能的取水流量不足的风险。

2.3 清理能力分析

原设计“一字形”拦污网的清理修复工作分为水上作业与水下作业两部分。水下作业难度大、风险高、成本高，且拦污网整体更换期间无法实现拦截功能。

“网兜形” 拦污网清理修复工作在水上进行，清理人员先在水面上根据收集网兜内垃圾的量来判断是否需要清理。 收集网兜上有明显的横向指示线条，垃圾量达到指示线条时需对网兜内垃圾进行清理。清理时清理人员将收集网兜提出放到拖船上， 打开收集网兜末端的绳索，将垃圾耙出。 清理完成后系紧绳索，将网兜放入水中。 当某个网兜发生破损时可对单个网兜直接更换，在岸上对破损网兜进行修补。 清理工作过程简便、易于操作、成本低、需要人力少、清理过程风险低， 对单个网兜更换期间可保证拦污网整体的海生物拦截功能。 图3 为工作人员将网兜提到拖船进行清理。

图3 工作人员将网兜提到拖船进行清理

3 结语

经对比发现，“网兜形”拦污网在拦截能力、通流能力和清洁修复能力方面比“一字形”拦污网有很大提高。 在海生物爆发期间对大型、微小型海生物都可进行有效拦截，可有效防止微小海生物的入侵导致冷源事件的发生。“网兜形”拦污网有效通流面积大可保证核电厂足够的取水流量，且收口式引导网兜和收集网兜的设计方便了拦污网的清理工作， 减少了工作量，降低了工作成本，提高了效率，保证了核电厂冷源安全。