積極應對核電廠應用冷源喪失的措施及改進研究

素，要素之一的堆芯冷卻與冷源的可靠性密切相關。近年來，國內核電廠多次出現海水取水口堵塞情況，福清核電也發生了一起鼓網反沖洗排水槽堵塞事件。事件表明，日益增加的海生物和垃圾已嚴重威脅核電機組的安全運行，冷源安全必須得到核電廠運營者的足夠重視。

1福清核電廠冷源設計綜述

福清核電設計1條取水明渠，1-6號機組通過泵房取水口取水供機組冷卻，其中1-4號機組為M310堆型，5-6號機組為華龍一號堆型。

以M310機組為例，每臺機組冷源設計為A/B2列，均從取水明渠取水，每列包括：2套帶加氯裝置的粗格柵、2套細格柵及格柵除污機、1臺配有三速電機和反沖洗裝置的鼓網。循環水系統（CRF）、重要廠用水系統（SEC）和循壞水處理系統（CTE）均通過鼓網吸水，分別用于常規島冷卻、核島設備冷卻和電解海水制氯，其中SEC為核安全相關系統，其列間存在連通閥，緊急情況下可由另一列鼓網取水。

SEC作為安全系統，本身出現故障幾率較小；而取水口相關系統和設備由于運行環境惡劣，從而成為了機組冷源的薄弱環節。降低取水口堵塞幾率和應對取水口堵塞，便成了避免冷源喪失的重中之重。

2福清核電廠冷源喪失的影響

對于單機組，發生單列冷源問題時，故障列循泵運行流量將不足以維持機組滿功率運行且對循泵和鼓網本身產生巨大影響，機組將面臨降功率并停運對應列循泵，優先保證機組安全運行和該列用于核島冷卻的SEC運行；若無法保證，必須通過連通管線將SEC切換至另1列取水口吸水。發生2列冷源問題時，2列循泵將無法正常運行，二回路冷卻無法保證，機組必須快速降功率10%以下，停機及停2列循泵，從而保證反應堆正常運行以及核安全相關的SEC運行。如果SEC流量無法保證，機組將進入事故狀態，此時務必保證一回路主泵軸封冷卻，避免出現一回路破口事故。

對于多機組，如果發生諸如取水明渠堵塞或冷源系統同時發生共模故障，其后果將更加嚴重。

3福清核電廠應對取水口冷源喪失的措施

福清核電廠為應對冷源喪失專門成立了冷源專項組和取水口堵塞處理專項組，成員涵蓋諸多職能部門，各部門分工明確，共同處理冷源喪失問題。總體來說，應對取水口堵塞的冷源喪失主要通過提升設備可靠性和加強管理來實現。提升設備可靠性通過的是技術改造；加強管理則是通過編制應急預案，確保故障時的快速響應。

3.1取水口設施技術改造

（1）增加攔污設施。取水明渠涉及電廠多機組冷源可靠性，電廠根據調研決定增設1道攔油網，2道攔污網，從而將每臺機組僅有的1道攔污網增為4道。

（2）格柵除污機改造。格柵除污機作為取水設施，設備露天且長期遭受大霧和海風侵襲，導致故障頻發，使得細格柵上的雜物無法及時清理。鑒于此，電廠對其電機進行整體換型，使其更加防潮和耐腐蝕。

（3）鼓網設備改造。鼓網包括3個液位差計，用于測量鼓網前后液位差。設計上液位差達到高1、高2時，只產生邏輯動作不產生報警，操縱員無法第1時間發現異常。為使操縱員能夠及時發現異常和運行狀態變化，在主控上實施了增加上述報警的改造。此外，鼓網壓差計設計上采用超聲波，但是由于大霧干擾問題，液位計經常會出現大幅波動，使得鼓網中高速電機頻繁啟停，對鼓網設備壽命造成很大影響。鑒于此，電廠將其更換為可靠性更高的導波雷達液位計，改造的設備再無定值漂移現象出現。

鼓網軸承密封型式改進。電廠曾發生鼓網軸承嚴重損壞事件，驅動軸軸承銹蝕嚴重、軸承保持架破裂，經分析認為是驅動軸軸承潤滑不足，原因是軸承座采用毛氈密封，經浸海水后不能滿足密封要求，海水進入軸承室使得潤滑油脂失效，導致軸承干磨損壞。換型后的軸軸承座采用新型密封形式，避免了該現象的發生。

增加鼓網高壓沖洗泵。鼓網清洗能力zui重要的是反沖洗能力，電廠通過大量研究發現，當前鼓網反沖洗水泵壓力在鼓網大量雜質時反沖洗效果不佳。更換為大功率反沖洗泵后，可增強鼓網的反沖洗效果，極大地提高鼓網應對入侵物的能力，該工作已列入規劃，不久將實施。

鼓網電機間的變更。為避免鼓網電機間濾網由于雜質過多堵塞，導致鼓網電機間被淹，電廠將電機間攔污濾網固定并遠離排污口，并考慮在電機間增設液位開關以提醒操縱員。（4）CTE的改造。CTE系統是用于向冷源添加次氯酸鈉，利用氯的毒性，抑制或殺死海生物的幼蟲和孢子，防止冷源各系統受海生物污染。設計中CTE采用電解海水方式，結構復雜且存在諸多問題，如系統受海水高低潮位影響跳閘頻發、PVC塑料管材質易脫落以及電解槽保養工作量大等。當前1/2號機組已實施改造，通過采購次氯酸鈉加藥替代電解海水加藥，增加了系統的穩定性；此外，對于材質的改造，一直在研究中。

3.2應急預案編制和完善

針對取水口堵塞冷源喪失問題，電廠制定了取水口堵塞和冷源喪失預案并在以下方面進行了完善。

（1）建立應急管理體系。電廠建立了取水口堵塞處理的應急防御體系，根據取水口堵塞嚴重程度分為4級，Ⅳ至Ⅰ級為逐級升高。電廠根據報警級別制定了不同的防御行動指南，指南包括報警級別分類、預警信息、啟動條件、組織指揮體系和預警防御行動/處置行動等。

（2）增加取水口監測手段。①電廠加強了與福建省海洋預報臺和氣象中心的合作，由其向電廠發送暴潮、海浪、臺風等信息短信通知并以郵件形式向電廠提供海洋、氣象信息。②增加取水明渠的監視手段，如攝像頭，由值班人員通過巡視或攝像頭時時監視取水明渠，發現異常可及時預警。zui后，增加對海生物動態跟蹤和預警，通過廣播、郵件和應急通訊系統向相關部門提供預警信息。

（3）完善冷源喪失的機組控制措施。①制定冷源故障處理原則。任何情況，優先保證核安全，即保證SEC流量。當SEC故障時，停運與運行SEC同列的CRF泵并降功率；如不能緩解，則將SEC切至另一列。在海生物或垃圾大量來襲時，停運1臺CRF泵，將SEC和CRF分別配置于2個鼓網上，以便于其向CRF泵運轉鼓網匯集，減輕SEC運行列鼓網的壓力。②明確冷源異常的參數監視。冷源異常時，主控室連續監視以下參數，包括SEC流量、壓力、電流和板換壓差趨勢、CRF電流、振動和溫度，鼓網電機和反沖洗泵運行情況、凝汽器真空變化等。③完善冷源喪失啟動和處理流程，具體如下：發現泵房構筑物或取水口異常可能影響冷源取水時，按以下6條標準判斷，只要滿足條件之一，即執行冷源失去應急響應流程。標準包括：a.格柵除污機3次打撈海生物數量均大于耙斗面積的1/10或壓差≥0.25m水柱；b.鼓網壓差增加速率大于0.01mWC/min或中速電機運行超過8min；c.鼓反沖洗槽5min收集量超過1kg，觀察15min，3次均超過1kg；d.循泵電流、壓力低于正常值且鼓網壓差異常或循泵出現汽蝕現象；e.收到外部門預警信號；f.當班值長根據情況認為需要啟動冷源預警。

冷源失去應急響應流程是對冷源故障處理過程的細化，處理過程中出現以下征兆時，必須立即采取保守操作。征兆包括：SEC流量連續瞬時波動超過10%、SEC入口壓力低、SEC板換壓差高、SEC流量降低超出熱容要求值。保守操作則是執行由冷源故障處理原則細化的具體步驟，以穩定機組狀態。當SEC流量持續降低，出現DEC報警，則優先執行事故診斷規程并引導進入熱阱全部喪失規程，穩定機組并進入核應急狀態。

（4）制定有效的培訓和演習計劃。取水口堵塞和冷源喪失預案要求各專業定期組織培訓，定期進行實戰演練并由專人評估。

4改進建議

盡管在冷源方面電廠已經做出很大的改進和完善，但根據運行經驗和對比同行電廠，仍有一些不足之處和待改進項。

（1）格柵除污機有改進空間。細格柵采用靜壓液位計，引壓管存在被海生物堵塞情況，導致虛假液位，可能使除污機存在長時間運行損壞風險，所以，更為可靠的壓差測量手段需繼續探索；格柵除污機為室外設備，受侵蝕嚴重，秦二廠采用室內布置方式，避免了設備腐蝕；1列的2臺格柵除污機的手/自動邏輯設置不合理，任一除污機置手動將導致同1列2臺格柵除污機同為手動狀態，不利于設備檢修時的防堵塞控制；此外，除污機吊繩偶有斷線、卡澀情況，在材料方面可考慮改進。

（2）冷源加藥管線布置有不合理之處，尤其單機組CTE向雙機組冷源加藥時，距離遠的管線存在供藥不足的情況，所以，在管線布置方面存在優化空間。

（3）攔污網設置存在優化之處。同行電廠在攔網布置上一般按照“永臨結合、梯次設置、縱深防御”的原則，布置方為2～3道永久攔網加1～2道臨時攔網。由于攔截對象包括漂浮類、浮游類和底棲類，部分電廠攔網上下部網目尺寸不同，因此，這方面可繼續研究優化。

（4）冷源處理小組分工有待精細化。電廠當前只有冷源和防堵塞專項組，相對同行電廠略顯不足，如廣核電廠一般包括冷源專項組、冷源技維組、冷源應急組等，故仍可在摸索中合理改進。

（5）冷源堵塞啟動預案可完善。廣核電廠對于冷源I級響應條件還包括風速、天氣預報項目等，如24h內會發生海浪高于2m、風速大于7級或未來48h有臺風影響核電附近海域或實測風速達到7級等，故電廠預案仍有完善空間。

（6）加強高科技設備應用。如陽江核電廠采用水下機器人技術，通過相機進行海底海生物觀測，其團隊在2016年成功處理一起毛蝦聚集堵塞取水口事件。再如海事衛星輔助監視的使用，可對大規模海生物遷徙和漂浮垃圾提前響應。

（7）加強與研究機構合作，探索海生物遷徙規律。對電廠取水口海生物進行定期取樣和觀測，研究出海生物隨季節和氣候的變化規律，制定海生物隨季節變化所需采取的防范措施。

（8）演習方案可繼續完善。由計劃性演習逐步向無事先通知、無演習腳本過度。

（9）用于冷源處理的設備只有定期檢查機制，缺少定期試驗管理方法，后續可繼續改進，確保事故時設備可靠。

5小結

海生物及垃圾的增多，對核電機組的安全運行構成嚴重威脅。盡管福清核電針對冷源喪失問題，采取了多項預防措施并制定了緩解預案，但仍存在待改進之處。只有不斷改進，提升設備的可靠性，在長期的實踐中，不斷提升人員的技能，才能在真正發生取水口堵塞事故時，降低冷源喪失風險和降低事故后果。

 

 

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