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浅谈某核电厂海工设计与改进

2019-10-11刘天栋孙婷

科技视界 2019年22期
关键词:网箱

刘天栋 孙婷

【摘 要】核电厂海工系统的设计关系到核电厂的取水安全。我国许多核电厂出现过由于海生物爆发、台风等造成停机停堆事件。本文通过对我国南方某核电厂取水安全问题引发的降功率和停机停堆事件进行讨论,引出该核电厂的海工设计问题,并对该核电厂针对海工设计的改进方案进行分析研究。结果表明,改进后的海工系统在拦截能力、抗风浪能力、海生物预警等方面都有了很大提高,可有效保障核电厂的取水安全。

【关键词】拦污网;网箱;桩基式;防浪堤

中图分类号: TU352.11文献标识码: A文章编号: 2095-2457(2019)22-0197-002

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.091

0 前言

近期,我国核电厂陆续报告了多起由于海生物或海洋杂物堵塞取水系统而引发的运行件,相关异常报告的数量呈增多态势[1]。我国南方某核电厂在商运的3年多时间内多次由于其海工系统设计问题而爆发海生物、杂物入侵事件导致降功率、停机停堆,威胁核安全并产生经济损失。该核电厂在两次停机、停堆事件后对海工问题实施了针对性的改进措施,并在实际运行中取得了良好的效果。

1 海工系统设计

该核电厂取水明渠位于厂址的东北侧,采用直堤式设计,长度约550m。在距取水闸门井(CB1)取水口约500m及260m处各设一道“一字型”拦污网,如图1所示。明渠内的拦污网、CB1、取水隧洞(CB2)和联合泵房(PX泵房)内的循环水过滤系统(CFI)可保证核电厂的取水安全。各部分过滤能力分别为:明渠内第一道拦污网一级网格尺寸为2500mm×2500mm,二级网格的尺寸为80mm×80mm,二道拦污网网格尺寸50mm×50mm。CB1内的取水闸门井栅条间距为200mm;PX泵房内的两套细格栅及格栅除污机,栅条间距为50mm;鼓形滤网网孔尺寸为?准3mm;贝类捕集器网孔尺寸为?准2mm。图2为该核电厂的CFI系统示意图。

2 冷源事件介绍

该核电厂运行期间发生过多次由于海工问题导致的降功率、停机停堆等事件,本文选取了三个有代表型的海工问题导致的降功率、停机停堆事件进行介绍。

2016年8月18日,该核电厂1、2号机组受台风“电母”影响,大量藻类和生活垃圾入侵,造成拦污网前杂物淤积,拦污网堵塞严重,通流能力下降,导致拦污网前池水位较低,降低了1、2号机组的CRF流量,凝汽器真空下降,机组降功率运行。

2016年10月18日,该核电厂2号机组因台风“莎莉嘉”影响降负荷至25%Pn。10月19日凌晨,大量杂物(草根、树叶、塑料袋等)以及贝类、海藻、小鱼被海浪搅动,受取水流道流体抽吸作用进入取水流道、鼓网,循环水过滤系统(CFI)两台鼓网陆续出现压差高4信号,致使循环水系统(CRF)两台泵相继自动跳闸,凝气真空由6.3KPa快速上升到28.8KPa,机组停机停堆。

2018年4月6日,核电厂取水海域六级大风,大量海藻等海生物涌入取水口,造成2号机鼓网压差升高。4月7日凌晨,2号机经过两次降功率操作,稳定在300MWe功率运行状态。在第二次降功率期间(7:53),2号鼓网压差达到高4定值导致循环水泵2CRF002PO自动跳闸。4月7日12:32,由于2CRF001PO对应的鼓网压差突然升高。2:35:20,鼓网压差达到高4报警值(0.8m),触发循环水泵2CRF001PO自动跳泵。12:35:25,2号机组汽轮机跳闸,反应堆停堆。

3 海工系统设计分析

(1)取水明渠采用直堤式设计,海水无阻挡直接进入明渠,无法有效消浪,明渠内的波浪较高。取水门口无导流堤,上游海域垃圾受偏北风影响往核电厂方向迁移,容易在直堤东侧堆积,在潮汐作用下进入直堤。

(2)设置了两道“一字型”拦污网,并且采用浮筒式设计,直接面对强风浪以及受海浪搬运碎石的影响,易重复性地发生较为严重的损坏,导致拦污网失去拦截能力。

(3)取水海域易发生海藻、贝类等海生物爆发,且取水明渠内波浪较大,在西北向浪作用下掀沙作用明显,底部贝壳碎屑易随水流进入取水流道,而两道拦污网网孔尺寸过大,无法有效拦截海藻、贝类海生物的入侵。

(4)细格栅除污机存在缺陷,耙齿尺寸过大,无法捞耙细小海生物和垃圾,海生物和垃圾随水流进入下游鼓网,对其运行产生较大压力。

4 海工系统改进分析

针对该核电厂海工设计问题,制定了一些针对性措施,并按照时间顺序制定了近期、中期、远期策略分步对海工问题实施改进。目前近期、中期计划已基本完成。

4.1 近期改进措施

取消原第一道拦污网,在原位置处安装了临时网箱防御设施,共设置了4个直径25m的网箱、3个直径为30m的网箱,将网箱连接成整体,并在网箱内侧弧面布置网片。每个箱体向迎水面设置两道底锚固定,单排箱体之间的连接点向迎水面设置底锚固定,在迎水面网片增加金属配重沉底,使网箱沉入渠底。该方案虽对海生物、杂物可进行有效拦截,但仍然无法解决大浪情况下拦污网容易受到破坏的问题,是用于海藻入侵事件后过渡性拦污措施,在中期改进时将其拆除。

4.2 中期改進措施

(1)在取水头部增设“桩基型”拦污网,拦污网布置在取水东、西导流堤堤头区域,锚定位置距离堤头约30m。采用“人字形”布置形式,一级网格尺寸为2500×2500mm,二级网格尺寸为30×30mm。拦污网侧轴线与取水东、西堤轴线成60°夹角,“人字形”夹角为120°,两侧均长 128.172m。共设置7座锚碇桩基式墩台。桩基平台上设置绞车,拦污网通过桩基平台上绞车连接,与取水明渠防波堤上设置的绞车连成整体共同组成机械升降拦网装置。

固定式桩基可有效减小拦污网两支点间的网片跨度,有效降低了水流力和风浪产生的波浪力对拦污网的影响,从而解决了恶劣天气下头部拦污网易遭受损坏的问题。

(2)取消原第一道“一字型”拦污网,在原位置处设置“网兜型”拦污网。“网兜型”拦污由20个网兜拼接而成,与防波堤连接的两侧各有一个30m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6m,高8m,深22m,网孔尺寸10×10mm。收集网兜深8m,可与引导网兜分离以便进行更换和维护。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。

“网兜型”拦污网较之前“一字型”拦污网网孔尺寸小,对尺寸在3cm以下微小海生物如贝类、海藻、鱼虾等也有很好的拦截效果。

每个网兜为独立的整体,有效拦截面积约370m2,总有效拦截面积为约7500m2是原“一字型”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大面积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。

当收集网兜内海生物收集满后,可直接拖放至拖船上进行清理,无需水下作业,清理工作效率高、过程简便、易于操作、成本低。

在取水明渠加装“网兜型”拦污网后的6-7月份期间,每周清理海生物及垃圾约15-30吨,大大减轻了鼓网运行压力。

4.3 远期改进措施

(1)在第二道拦污网靠近CB1内60米处设置第三道拦污网,为浮筒式“一字型”拦污网,网孔尺寸10×10mm,其设计与第二道拦污网类似。由于7-10月份的台风季节取水海域会形成4m以上的大浪,恶劣天气加上海生物爆发,靠近取水门口的拦污网损坏可能性大。设置第三道拦污网作为取水口前两道拦污网损坏失效后的最后的海生物和杂物拦截屏障,已达到进一步保障机组安全的目的。

(2)将取水明渠东堤延长560米增加一道防浪堤,成环抱式布置,起到消浪和拦击作用,并在取水門口处增加一道“人字形”拦污网。防浪堤阻挡与导流作用,可有效避免上游垃圾在西北向风浪作用下直接进入取水口,而且由于改进后取水门口水深增加,取水流速降低,改善了取水条件,可有效降低取水门口的卷吸效应,更好的防止海生物和漂浮物在取水门口前聚集。改进后取水明渠图如图3所示。

4.4 其他改进措施

(1)针对细格栅除污机耙齿尺寸大,捞渣效果不佳的问题,对格栅除污机加装细耙齿,增加格栅除污机的捞耙杂物能力。

(2)委托海洋研究所分析取水海域海生物的产生和运动规律,定期对取水海域海生物巡查、取样并反馈给相关部门。

(3)与气象部门建立异常气象预报机制,利用卫星监视海域海藻情况,对海藻类爆发进行预警,提前做好应对准备工作。

(4)建立取水口构筑物、设备及相关系统状况的定期检查、设备可靠性及系统健康评价机制。对设备异常、故障及时维修并建立跟踪,监视相关系统、设备的可靠运行。

5 结论

通过对该核电厂取水明渠设置多重拦污网,使取水明渠海生物拦截功能较之前的拦污系统有明显提高。通过增加桩基型拦污网,使抗风浪能力得到加强。远期通过设置环抱式防浪堤,可实现消浪功能和有效降低取水明渠门口处海生物与杂物聚集风险。通过建立气象和海生物预警和监测系统,可提前预知海生物爆发并做好准备。这些措施使该核电厂海工问题得到了有效解决,保证了核电厂的取水安全,保证了机组安全稳定运行。

【参考文献】

[1]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(01):26-32.

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