秦二廠1、2號機組安全廠用水系統海洋生物入侵風險淺析

劉泳

【摘 要】通過對秦二廠1、2號機組鄰近海域生物與非生物環境生態各要素的調查，進行了海域生態環境及水質狀況的簡要分析。結果認為， 秦二廠1、2號機組鄰近海域具典型強潮河口灣生態特征，營養鹽豐富。潮汐、徑流和灣外海水入侵是導致海洋環境要素季節和年際變化并直接影響海洋生物結構的主要因子。水體富營養化指數上升是沿岸工業和生活污水大量排放的結果。安全廠用水系統的正常、可靠運行是整個機組正常運行的前提。本文重點介紹本系統容易出現的“老問題”和近期的一些“新問題”，分析原因，探討解決辦法和改進措施，希望對本系統防范海洋生物入侵，保證機組安全穩定運行有所裨益。

【關鍵詞】安全廠用水系統；運行；故障；經驗反饋；海域；生態環境；水質評價

0 前言

安全廠用水系統（以下簡稱SEC系統）是用來將設備冷卻水系統（以下簡稱RRI系統）收集的熱負荷輸送到最終熱阱—海水，同時作為冷卻系統的一部分，它又具有安全功能，在正常運行和事故工況下能把從安全有關構筑物、系統和部件來的熱量輸送到最終熱阱。由于和海水直接接觸，SEC系統運行環境惡劣，設備負擔重，故障率較高，且存在海洋生物入侵的風險，對整個系統的穩定運行帶來了挑戰。

1 系統運行

1.1 系統流程

每個機組的安全廠用水系統由兩個獨立且實體隔離的回路構成A、B系列，每個系列有兩臺并聯的100%容量的SEC泵。

在整個SEC系統（兩個機組）的起點，由兩條DN 1200的鋼筋砼內襯玻璃鋼管的隧道從杭州灣取水，取水口位于低低海水水位（-5.82mYSD）以下，為CRF和SEC系統共用。

經過近300m的輸水隧道后，在進泵房前，兩條DN 1200的管道分成了四條DN 750的隧道進入安全廠用水泵房（PX泵房）。海水在PX泵房通過攔污柵及格柵除污機、鼓形濾網等設備去除海水中的雜物。泵房內設有八臺攔污柵和格柵除污機，四臺SEC鼓形濾網，對應每臺鼓形濾網的上游分別配備有一個檢修閘門。

鼓形濾網的出口進入SEC泵的吸水暗渠。吸水暗渠分為兩格，每兩臺鼓形濾網的出口與一格暗渠相連，兩格暗渠中間以雙隔離閥隔開，平時關閉。在暗渠中設有攪沖管沖沙以防止泥沙沉積。每格暗渠與兩個機組的各一個系列相連。

SEC泵出水管沿GA溝進核輔助廠房的NE/F區之后，為了防止貝類、水母等有機物的滋生，海水先經過貝類捕集器再進入RRI/SEC板式熱交換器。

每條回路的SEC管先排入溢流井，然后排入鋼筋砼管道（GS），最后匯入CRF系統的排水井（CC）排至最終熱阱——海水。一個機組的一條鋼筋砼排水管（GS）能排出兩個機組的排水量。對每臺機組，每個系列的溢流井之間設有連通孔以保持未運行的SEC系列處于充水狀態。

為防止水生物的侵入，在取水頭部或泵房的攔污柵前投加NaClO溶液，抑制和殺死海水中的有機物，并在RRI/SEC板式熱交換器之前加設貝類捕集器，防止貝類、水母等有機物的滋生對板式熱交換器的危害。

在系統所有的管路上，考慮水的流速大于自清流速（0.5m/s），使泥沙在整個系統中不沉積，最終排入大海。

1.2 系統重要性分析

安全廠用水系統的重要性及在該類事件中可能造成的后果本系統為RRI系統進行冷卻，RRI的重要的用戶有主泵、上沖下泄、PTR乏池冷卻、DEG、RRM、RRA系統等。一旦發生SEC完全喪失，RRI系統受到較大影響，其后果非常嚴重，需要立即向退防狀態后撤。

安全廠用水系統全部喪失所造成的后果與機組初始狀態有關。一般說來， 需要分析兩種工況。當機組處于功率運行熱停堆或者中間停堆時， 余熱排出系統沒有與一回路相接通， 反應堆的衰變熱應由二回路旁通排放系統導出。另外， 當核電廠處于中間停堆、冷停堆、換料或者維修時， 余熱排出系統與一回路相接通， 反應堆的衰變熱由余熱排出系統導出。本文將不對上述兩種初始狀態時， SEC系統全部喪失所引起的瞬態過程和與之有關的H1規程進行分析。

2 海洋生物入侵導致故障的案例介紹和分析

2.1 大量水母涌入導致紅沿河H12號機停堆事件分析

2.1.1 事件介紹 2014年7月21日，紅沿河二號機組在滿功率運行，由于大量水母涌入H1/2CFI取水口，03：32主控發現H2CFI031/032TF壓差異常上漲，00：37跳泵，導致汽輪機跳機，冷凝器真空惡化，反應堆自動停堆（C8+P10+冷凝器不可用）。4：02，H1號機因同樣原因跳堆。后經專業人員打撈，海面水母數量呈減少趨勢。

上述事件中提到的CFI系統為海水粗過濾系統，該系統的運行情況直接影響下游CRF等系統的可用性。遼寧紅沿河核電廠地處渤海遼東灣東海岸地處廠址近岸海域為三類海域功能區，執行三類海水水質標準。在對海水水質的監測中，發現因受到沿岸生活污水、農業污水和養殖污水排放的影響，海水中的活性磷酸鹽和無機氮的部份監測值均高于三類海水水質標準的相關要求，海水存在富營養化的趨向。

2.1.2 結合秦二廠1、2號機組情況分析 與上述海域不同，秦二廠所處的杭州灣海域潮流急，潮差大，懸沙含量高，大部分海水水質指標遠超三類。取水口附近海域底層有機質含量極低，海水透明度小，真光層薄，鹽度低，營養鹽含量高，溶解氧充分，使得浮游植物種類雖多，總量不多，且個體偏小。因極不穩定的底質環境使絕大部分底內、底上和附著生物無法棲息、居留，浮游動物存量一般。以致取水口附近資源貧瘠，種類組成簡單。

秦二廠相關系統受到海洋動、植物無征兆大量涌入的可能性不高。秦二廠海域瀕臨錢塘江口，為河?；旌系乃颦h境，半咸水、淡水和少數的外海廣布種以及隨潮流泛起的底棲性單細胞藻類構成浮游植物種群結構的多樣性，其中微小型以及個體偏小的浮游植物占很大比重，從而更能適應取水口附近海域潮流劇烈運動的物理特性。隨著近年來沿岸工業和生活污水的大量排放，秦二廠附近海域富營養化程度的不斷提高，取水口附近可能會因赤潮生物的繁殖積聚而形成一定規模的“水華”。所以在特定季節，運行應密切關注主控相關報警，加強對PX泵房設備的巡檢。建議有關處室定期加強海洋環境水質的監測。

2.2 大量水草涌入導致秦二廠3號機降功率事件分析

2.2.1 事件概述 2011 年6 月20 日因錢塘江上游水庫放水導致大量雜物垃圾堆積并進入取水口，同時由于3號機組CRF 格柵除污機運行效果不佳，3CRF 循環水鼓網附著大量水草雜物，鼓網內外水位差過大，以及疲勞損傷的累積，導致鼓網銷子斷裂停止轉動，海水流量下降；因常規島生水系統3SEN進氣（由3CRF 泵出口取水），常規島閉式循環冷卻水3SRI 溫度快速上漲，3 號機組被迫從660MWe 降功率到350MWe，停運循環水B 泵進行檢修處理。到6 月24 日海水雜物影響已經較小，3 號機組逐漸恢復滿功率運行。

秦二廠取水口相距并不遠，3號機組發生該事件時，1、2號機組取水口附近海面上也漂浮了大量水草、垃圾。由于大量雜物的涌入，SEC和CRF系統的格柵除污機、鼓網相繼出現高水位差報警，格柵除污機能持續鈀出較多垃圾。主控派現操在PX泵房值守，保證報警對應列的格柵除污機及時手動運行。同時密切關注格柵除污機、鼓網、反沖洗泵等泵房各設備的運行情況，發現故障及時通知維修進行處理。

2.2.2 3、4號機取水口介紹及與1、2號機取水口差異 3、4號機組的取水口頭部正好處于一個海水回流區，見圖1，暗渠伸入海水的距離為30m， 離岸邊較近，容易導致漂浮物的匯集。1、2 號機組伸入海水的距離為80m，由于3、4號機組的取水口設計原因，易形成漩渦而導致漂浮物被吸入格柵。

2.2.3 結合秦二廠1、2號機組情況分析 雖然取水口布置和海面渦流等原因，1、2號機組取水附近外來生物比3、4號機少，除污壓力小，在此次3號機降功率事件中未發生類似的情況。但并不意味著無相關風險，以1、2號機SEC系統為例，僅在2003年，就發生6起鼓網銷子斷裂故障。2003年后維修對1、2號機SEC系統各鼓網靠背輪上的兩根銷子，陸續進行了加粗更換，對固定鼓網地腳螺栓的鋼片增大了面積和厚度，增加了鋼片上地腳螺栓的數量，但是鼓網或格柵除污機相關故障偶有發生。

SEC系統相關設備因腐蝕或疲勞故障，均在秦二廠運行、維修的可控范圍內。但如遇到大量海洋生物的入侵，將使故障處理十分被動。如1、2號機取水口附近海面生物過多，長時間逗留，來不及清理等，將有可能持續損害運行設備，延長對故障的處理時間，損害經濟效益。

3 降低海洋生物入侵風險的措施

1）建立防止海洋生物入侵的應急響應預案；

2）雨量充沛的季節加強監視，及時發現異常和設備缺陷。如有必要請專人在現場待命；

3）及時檢修或改造有隱患的設備、零部件等；

4）定期對附近海域進行水質監測，分析監測結果；

5）與在附近海域進行泄洪的河道管理部門建立聯系，要求其在泄洪前根據河道動、植、雜物情況，酌情向秦山核電基地匯報；

6）如發現取水口附近海面上動、植、雜物較多，有可能影響機組安全穩定運行時，及早對海面漂浮的水藻、雜物等進行收集、處理。

4 小結

SEC系統為核安全相關系統，本系統的長期正常穩定運行，對于整個機組的安全性，經濟性有著重要的意義。系統內設備工作環境惡劣，故障率高，存在海洋生物入侵的風險，可能會影響機組的可用性。對該系統應加強關注，對于已經存在和可能發生的故障，應從內因及外因等方面進行分析，防患于未然。

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[責任編輯：田吉捷]