阳江核电厂冷源组合式网兜应用可行性研究

李新贤，徐 维，杨少锋，阮晨杰，吴 健，朱剑锐，邹晓炜，陈 建，姚志猛

（阳江核电有限公司，阳江 529941）

从世界上第一台商用核电机组并网发电开始，核电厂与周围环境的相互作用一直是研究的热点。核电厂的选址、建设、运行、维护和废物处理过程不可避免地会对环境产生影响，并受到周围环境的制约［1，2］。为了研究和控制核电厂对环境的负面影响，研究机构、营运单位、政府部门等做了大量工作。Huang等人［3］利用自动环境监测设备，通过观察周围动植物生态系统的变化对放射性污染物排放和迁移进行了研究。Li等人［4］揭示了核电厂对海洋环境和生物的影响。结果表明，周围环境对核电厂的商业运行具有重要意义。Lair等人［5］发现核电厂的热放电和化学放电导致海洋生物的数量和正常生长期产生变化的频率逐渐增加，海洋生物增加及其对核电厂周围水域的侵入将严重影响运行安全。此外，近年来由于海洋生物入侵引起的核电厂事件也陆续发生［6，7］。因此，如何防止海洋生物入侵以避免事件的发生成为核电安全领域的一个热门话题。

核电厂为拦截大型漂浮物及大型海洋生物，铺设了三道正式拦截平面网。该措施能有效应对非季节性海生物的侵袭，但无法有效应对季节性海生物的侵袭，严重影响核电厂冷源取水安全［8］。

为拦截细小海洋生物，阳江核电厂铺设了两道拦截兜网（如图1所示），孔径为4 mm，此设施可有效拦截体径大于4 mm的毛虾群。当毛虾大量涌入时，体径小于4 mm的毛虾（如图2所示）会不可避免地穿过4 mm兜网进入泵站，严重时可能导致机组停机。如何在保证取水安全的同时将毛虾拦截，值得深入研究。

图1 阳江核电厂冷源拦截设施布置总体图Fig.1 General layout of cold source interception facilities of Yangjiang Nuclear Power Plant

图2 阳江核电厂毛虾暴发时期的尺寸Fig.2 Size of hairy shrimp during outbreak of Yangjiang nuclear power plant

为解决上述问题，提升核电厂冷源安全，建立更深层次的海洋生物拦截体系，阳江核电厂冷源拦截捕捞项目组不断进行布网试验。本文从网兜组合选型、拦截效率、防附着能力等方面进行对比论证分析，通过试验论证应用（2+4） mm组合式网兜作为阳江核电厂冷源冬季保障期间应对毛虾突增涌入的可行性。

1 试验

1.1 组合式网兜选型

常用的拦截网材料有尼龙网、聚酯网、聚乙烯网、超高分子量聚乙烯网等。尼龙网韧性较好，但耐老化性能较差，在渔业领域发展前景受限；聚酯纤维吸水性低、耐磨性较好，但其拉力及韧性较差；高密度聚乙烯纤维价格便宜、制备方便；超高分子量聚乙烯具有更加明显的断裂强度、拉伸模量优势。为保证过水，网的孔径越小，需要的网线径越小，从而需选择强度更大的材料［9-16］。

对于作为季节性材料使用的组合式网兜，需要综合考虑其网孔及性能等因素。本研究选用超高分子量聚乙烯纤维作为组合式网兜材料开展对比分析。

1.2 组合式网兜设计

如图3所示，本研究采用60 mm粗的超高分子量聚乙烯缆绳，牵引圆柱形卧式浮筒，主缆两端固定在岸侧栅栏板上。在浮筒间主缆绳上悬挂网兜，网兜由水面延伸至明渠底（根据海底标高变化调整）。浮筒下方悬挂两根30 mm粗的超高分子量聚乙烯缆绳，一根通过水下主缆（40 mm粗超高分子量聚乙烯缆绳）连接于后排锚块，另一根连接于前排锚块。组合式网兜采用将导流兜与尾兜串联拼接成一整个网兜的形式。导流兜负责将海洋生物导流至尾兜，尾兜则负责收集海洋生物。

图3 组合式网兜布置剖面图Fig.3 Sectional layout of combined net bag

在毛虾暴发时期，部分毛虾体径为2~3 mm（如图2所示），故本文选用导流兜2 mm+尾兜4 mm［简称（2+4） mm网兜］、导流兜4 mm+尾兜2 mm［简称（4+2） mm网兜］、非组合式全2 mm网兜开展研究，分别将三种网兜与相邻正式网兜进行对比。

1.3 组合式网兜拦截能力测试

本文选取2021年11月23日至11月24日的全2 mm网兜与相邻网兜初始拦截能力数据作为分析对象，由于第二道正式兜网（9#~14#网兜）处水流较急且在试验前毛虾量在所有网兜中都较多，故将第二道正式兜网（10#网兜）替换为全2 mm网兜作为研究对象；选取2021年11月26日至11月27日作为（2+4） mm及（4+2） mm网兜与相邻网兜初始拦截能力对比的时间，将第二道正式兜网（10#和13#网兜）分别替换为（2+4） mm和（4+2） mm网兜作为研究对象。

对于初始拦截能力及堵塞情况良好的网兜，本研究将继续进行持续拦截性能测试，研究其更换周期。

2 结果与讨论

2.1 初始拦截能力测试

本文选取2021年11月23日至2021年11月24日的全2 mm网兜与相邻网兜初始拦截能力数据作为分析对象。分析结果显示：全2 mm网兜拦截效果明显，见表1。安装全2 mm网兜前，91#~11#网兜拦截能力几乎持平，安装后全2 mm网兜为相邻兜平均值的2.4倍。

表1 全2 mm网兜拦截验证Table 1 Full 2 mm net bag interception verification

本文选取2021年11月26日至11月27日作为（2+4） mm及（4+2） mm网兜与相邻网兜初始拦截能力对比的时间。期间，两组合网兜堵塞速率均较慢，见表2，（2+4） mm组合式网兜拦截能力为相邻网兜平均值的3~10倍，拦截效果提升明显，检查网兜，未见破损，而（4+2） mm组合式网兜拦截能力与相邻兜接近。

表2 （4+2）mm结构网兜与（2+4）mm结构网兜拦截验证Table 2 Interception verification of（4 + 2） mm structural net bag and（2+4） mm structural net bag

综上所述，通过测试表明：最终验证（2+4） mm结构网兜初始拦截能力最优。

2.2 防附着能力

通过初始拦截能力测试后，本文对现场布设的全2 mm、（2+4） mm及（4+2） mm组合式网兜进行防附着能力检验，并确认网兜完整性。

如图4所示，可看出全2 mm网兜堵塞速率快，使用1天后，存在鼓兜现象且小浮球下沉明显，检查未见破损，但约有125 kg毛虾未进入尾兜。其更换维护周期约1天，维护工作量极大，成本极高，不考虑使用。

图4 全2 mm网兜堵塞情况Fig.4 Blockage of the full 2 mm net bag

如图5所示，（2+4） mm及（4+2） mm组合式网兜在放置2日后未出现破损、鼓水及明显堵塞现象，需继续进行持续拦截能力测试，以确定维护更换周期。

图5 （2+4） mm及（4+2） mm网兜堵塞情况Fig.5 Blockage of the（2+4） mm and（4+2） mm net bag

2.3 持续拦截能力测试

本文选取2021年11月30日至12月14日作为（2+4） mm网兜与相邻网兜持续拦截能力对比的时间，选择第二道兜网（14#网兜）作为（2+4） mm网兜的试验点进行测试。如图6所示，通过15天的高强度持续拦截能力测试可看出：（2+4） mm网兜在测试过程中持续拦截能力优于相邻4 mm正式拦截兜网，更换维护周期可达10天以上，满足现场要求。

图6 （2+4） mm网兜持续拦截能力测试Fig.6 Continuous interception capability test of（2+4） mm net bag

本文选取2021年11月26日至12月7日作为（4+2） mm网兜与相邻网兜持续拦截能力对比的时间，选择第二道兜网（10#网兜）作为（2+4） mm网兜的试验点进行测试。

如图7所示，通过12天的高强度持续拦截能力测试可看出：（4+2） mm网兜在测试过程中持续拦截能力与相邻4 mm正式拦截兜网几乎持平，使用8日后可看出拦截能力显著下降。

图7 （4+2） mm网兜持续拦截能力测试Fig.7 Continuous interception capability test of（4+2） mm net bag

综上所述，通过对（2+4） mm及（4+2） mm组合式网兜进行持续拦截能力测试发现，（2+4） mm组合式网兜可放置时间更长，且拦截能力更强，效果更佳，可减少毛虾对下游设备的冲击，避免毛虾进入泵站，保障核电厂取水安全。

3 结论

通过使用（2+4） mm、（4+2） mm组合式网兜及非组合式全2 mm网兜开展研究，并与两道正式拦截兜网进行毛虾拦截能力对比及防附着能力分析，可得出以下结论。

（1）（2+4） mm组合式网兜拦截能力为相邻网兜平均值的3~10倍，拦截效果提升明显，而（4+2） mm组合式网兜拦截能力与相邻兜接近，无法达到保障冷源安全的目的。

（2）（2+4） mm及（4+2） mm组合式网兜在放置2日后未出现破损、鼓水及明显堵塞现象，而全2 mm网兜堵塞速率快，使用1天后，存在鼓兜现象且小浮球下沉明显，更换维护周期约为1天，大量使用维护工作量极大，成本极高，后期不考虑使用。

（3）通过对（2+4） mm及（4+2） mm组合式网兜进行持续拦截能力测试发现，（2+4） mm组合式网兜可放置时间更长，且拦截能力更强，效果更佳。

综上所述，在阳江核电厂毛虾暴发时可使用（2+4） mm网兜替代4 mm网兜作为应对大量毛虾入侵的手段，因为在拦截能力、防附着能力、维护周期等方面，（2+4） mm网兜为所有研究对象中最优，并且替代性使用不会对拦截系统的完整性造成影响。这种研究分析对核电厂冷源安全具有重要意义，同时也为国内沿海核电厂提供了一种重要思路。