华南地区核电厂冷源安全保障能力现状和建议

王 进，马成辉，邹 青

（生态环境部华南核与辐射安全监督站，深圳 518034）

海生物或异物在滨海核电厂循环冷却水取水口附近爆发会对取水安全构成一定的威胁。2004年至2015年期间，世界核电运营者协会（The World Association of Nuclear Operators，简称WANO）［1］通告了国外核电厂104起有关冷却水取水口堵塞导致反应堆降功率、手动停堆和自动停堆等运行事件，其中约20%的事件对安全相关系统造成直接影响，超过80%的事件对机组发电造成影响。我国现有核电厂均分布在滨海地区，也发生过多起因海生物或异物堵塞取水口影响取水安全的事件。2016年4月，国家核安全局发布了《国家核安全局关于近期海洋生物或异物影响核电厂取水安全事件的通报》［2］（国核安发〔2016〕91号）。国内外的经验反馈促使各核电厂营运单位重视冷源安全问题，不同的核电厂采取了一些防范措施，但2020年3月24日和25日，阳江核电厂接连发生因海生物（毛虾群）入侵取水口导致海水旋转滤网堵塞触发汽轮机跳闸和反应堆紧急停堆的事件（跳机跳堆事件），对核安全控制和电网安全均造成一定的不利影响。该类事件暴露出各核电厂在冷源安全保障能力方面还存在薄弱环节。本文对华南地区各核电基地的冷源安全保障设施进行了调研，并就目前存在的短板提出了相应的建议。

1 核电厂冷源需求和安全措施

核电厂循环水过滤系统（CFI）的设备为保证常规岛循环水系统（CRF）、重要厂用水系统（SEC）、辅助冷却水系统（SEN）和最终冷却水系统（SRU）的水源提供过滤功能，经过滤处理后的海水作为电厂冷源向凝结水抽取系统（CEX）、设备冷却水系统（RRI）、常规岛闭路冷却水系统（SRI）、循环水处理系统（CTE）和安全壳余热排出系统（EVU）提供满足流量和压力要求的冷却水。在机组正常运行（包括停堆）或事故工况下，核安全相关的余热排出系统和安全壳喷淋系统的热量均由RRI导出，而SEC导出RRI传输的热量，最终被输送回海水中［3,4］。因此，确保SEC的冷却水取水安全，也就保证了核电厂的最终热阱安全，对保障机组安全稳定运行具有重要意义。

海洋环境中的大量海生物或异物有可能在短时间内爆发聚集，并在近岸洋流、浪涌和恶劣气候风向叠加等因素的作用下入侵循环冷却水取水系统，造成CFI的旋转滤网堵塞，若不能及时消除或减轻堵塞，旋转滤网的压差上涨，触发CRF循环水泵跳泵，致使机组自动停机停堆。为保证冷却水的取水安全，电厂根据设计要求，在核电厂最终热阱和安全用水泵入口之间设置安全级滤网，并对滤网进行定期清洗，对滤网装置和换热器进行定期清洗或反冲洗，并对换热器和滤网的堵塞进行监控。不断改进完善取水区域设施设备的布置、流道设计、冷源风险监测与预警、海生物的驱除、拦截与捕捞以及制定冷源应急预案等，均以强化冷源的纵深防御体系为目的［5-7］。

为满足冷源的安全用水需求，在取水过程中通常设置有粗格栅、细格栅和旋转滤网等固定过滤装置，保证进入电厂系统的冷却水以阶梯方式得到充分过滤。近年来，根据国内外经验反馈，为加强冷源的安全性和可靠性，在取水前端新增了多道拦截网，这些新增的拦截网中，有些是强度较高、孔径较大的合金网，有些则是强度较低、孔径较小的尼龙网。各核电厂因地制宜，在拦截网的布置和数量上也存在差异。但其目的都是一致的，即拦截海生物和异物，将海生物等阻隔在前端，防止其大量涌入泵站前池，减轻旋转滤网的过滤压力，保障冷源安全。此外，核电厂都设置有加药系统，该系统的目的是向流入系统的海水加入次氯酸钠，起到消杀水中海生物孢子的作用，抑制海生物在系统内的生长［8,9］。

为保障冷源系统安全，核电厂都设置有旋转滤网压差高跳CRF泵信号，优先保障事故工况下SEC的用水安全需求。

《与核电厂设计有关的外部人为事件》［10］（HAD102-05）中相关的设计要求可归纳为：监测、冗余、拦截、可替换、抑制生物/可清洁和运维程序。《核电厂最终热阱及其有关的输热系统》［11］（HAD102-09）中的相关措施归纳为：适当的评价生物现象、抑制生长/可清洁、拦截、多样性和监测。

2 华南地区核电厂冷源安全保障现状

2.1 广东大亚湾核电基地

大亚湾核电基地共有6台运行机组，其中大亚湾核电厂1、2号机组共用一个取水明渠；岭澳核电厂1、2、3、4号机组共用一个取水明渠，如图1所示。

图1 大亚湾核电基地冷却水取水口示意图Fig.1 Diagram of cooling water intake of Daya Bay NPS

从取水明渠来的冷却水（海水）经由粗格栅、水闸门、固定式拦截格栅过滤后进入旋转滤网并对海水进一步过滤后作为SEC、CRF、CTE和SEN等系统提供满足净化要求的海水。

大亚湾核电厂和岭澳核电厂取水明渠设置了海洋生物监测和拦截设施，如表1所示。

表1 大亚湾核电基地海洋生物监控和拦截设施Table 1 Marine biological monitoring and interception facilities of Daya Bay NPS

大亚湾核电厂和岭澳核电厂制定了冷源安全风险应急预案，在核电厂进入冷源应急状态后，密切监视海生物和冷源状况，根据CFI旋转滤网压差来采取降功率、解列、停堆等相应后撤措施。

2016年1月9日，岭澳核电厂2号机组因毛虾群入侵引发旋转滤网压差高跳泵导致机组跳堆，其他机组旋转滤网压差也有升高现象。事件发生后的整改措施主要采取增加水下声呐、视频监控等海生物监测设备，增设拦截网等来提高冷源安全保障能力。

改进措施实施后，大亚湾核电基地未遭受过大规模的海生物入侵。但从阳江“3.24”“3.25”冷源事件结果看，改进效果还有待检验。

2.2 广东台山核电基地

台山核电厂设计上是采用隧道远端取水方式，同时配备紧急情况下的纳潮取水方式，取水通道长达8公里，如图2所示。台山核电厂CFI从位于海水库的前池吸水，每个旋转滤网分别通过2个安装有闸门和细隔栅的流道进水。CFI旋转滤网冲洗系统从旋转滤网后吸水对其进行连续冲洗，冲洗水通过排水槽排至虹吸井（进虹吸井前，通过垃圾收集筐将固体污物过滤），然后经由排水暗涵管和排水明渠进入大海。在冷源安全遇到风险时，CRF的跳泵逻辑与旋转滤网上下游液位差、海水库液位和旋转滤网下游液位相关，优先保障SEC取水安全。

图2 台山核电基地冷却水取水口示意图Fig.2 Diagram of cooling water intake of Taishan NPS

台山核电厂制定了冷源安全风险应急预案，在核电厂进入冷源应急状态后，采取提前降功率、停机停堆等更保守的策略控制机组。因取水的独特设计以及机组投运时间短，截至目前台山核电厂未发生威胁冷源安全的事件。

表2 台山核电基地海洋生物监控和拦截设施Table 2 Marine biological monitoring and interception facilities of Taishan NPS

2.3 广东阳江核电基地

阳江核电厂6台机组共用一个取水明渠，如图3所示。冷却水取排水工程采用西取东排布置，海水经取水明渠流入泵房前池。前池中的海水通过水闸门、粗格网、细格栅的流道到达旋转滤网。CFI系统配置有冲洗装置，对旋转滤网进行连续冲洗，旋转滤网排出的固体污物进入2台机组公用的冲洗水槽，靠重力将冲洗水排向泵站东面的大海。在冷源安全遇到风险时，CRF的跳泵逻辑与旋转滤网上下游液位差、CFI旋转滤网后的绝对水位值相关，优先保证SEC系统的取水安全。

图3 阳江核电基地冷却水取水口示意图Fig.3 Diagram of cooling water intake of Yangjiang NPS

阳江核电厂在进水明渠处布置的监测设施和拦截设施如表3所示。此外阳江核电厂配备了1艘多功能捕捞船和2艘小型捕捞船用于海生物打捞和拦截网日常维护。根据“3.24”“3.25”冷源事件的经验反馈，阳江核电厂现有的海洋生物监测预警系统对毛虾等部分海生物预警识别能力较弱，处置响应能力存在不足。这次冷源事件发生后，阳江核电厂增设了多道临时拦截网，但尚处于试验验证阶段，需要积累经验后制定最终方案并予以固化。

表3 阳江核电基地海洋生物监控和拦截设施Table 3 Marine biological monitoring and interception facilities of Yangjiang NPS

2.4 广西防城港核电厂

防城港核电厂1、2号机组循环冷却水从厂址东侧海域通过取水明渠取水，在厂址南侧通过排水明渠排水。取水明渠长约1450米，如图4所示。

图4 防城港核电厂冷却水取水口示意图Fig.4 Diagram of cooling water intake of Fangchenggang NPS

取水口监测拦截设施如表4所示。

表4 防城港核电基地海洋生物监控和拦截设施Table 4 Marine biological monitoring and interception facilities of Fangchenggang NPS

防城港核电厂成立了冷源专项小组，统筹电厂冷源相关技术问题的处理，技术改进项目的落实，以及电厂冷源应急响应措施的管理，制定了《广西防城港核电厂冷源总体应急预案》，确保电厂冷源异常事件处置行动安全和有效运作。

2.5 海南昌江核电厂

昌江核电厂1、2号机组取水设施分为：取水明渠和拦截网、取水闸门井、取水隧洞和联合泵房内的CFI，如图5所示。

图5 昌江核电厂冷却水取水口示意图Fig.5 Diagram of cooling water intake of Changjiang NPS

昌江核电厂1、2号机组共用一个取水明渠，后续3、4号机组及小堆也将共用该取水明渠。取水明渠原设计为直堤，为了提高取水海堤消浪和拦截功能，降低冷源安全风险，2019年开始对取水明渠进行改进优化，取水明渠改造为弧形环抱堤。采用的监测拦截设施如表5所示。

表5 昌江核电厂海洋生物监测拦截设施Table 5 Marine biological monitoring and interception facilities of Changjiang NPS

在冷源保障方面，昌江核电厂还做了进一步优化，如1、2号机组主控室增加格栅除污机和旋转滤网实时液位、液位差以及旋转滤网H1/H2液位差报警信号；旋转滤网反冲洗水流道增加回转式除污机；1、2号机组旋转滤网驱动减速机换型改造；联合中船重工719研究所共同研发一套取水口致灾生物监测预警系统；多手段进行监控（海事卫星、海生物预警监测系统、无人机、无人潜航器和潜水员）。

2.6 广东太平岭核电厂

太平岭核电厂的冷却水取水方式采用明渠取水，排水经暗渠排入3公里外海域，如图6所示。

图6 太平岭核电厂冷却水取水口示意图Fig.6 Diagram of cooling water intake of Taipingling NPS

CFI从前池取水，经ABC 3列通道流向用户，其中C列为SEC系统专用通道，AB列的海生物和异物拦截布置依次为粗格栅、清污机+细格栅、半流道链网和旋转滤网，C列的海生物和异物拦截布置依次为粗格栅、清污机+细格栅和全流道链网。CFI旋转滤网冲洗系统取水方式暂未确定。在冷源安全遇到风险时，CRF系统的跳泵逻辑与旋转滤网压差相关，优先保障SEC的取水安全。

在前端海生物应对方面，设计方案尚未固化，后续将在取水口外设置多种预警装置，在明渠内布置拦截打捞平台并配置网兜等拦截装置。

3 存在问题分析

我国核安全法规标准仅对最终热阱的设计有相关要求，各核电厂的最终安全分析报告只对SEC用水安全做了相关描述，但在冷源安全保障措施方面缺少统一规范要求，对其有效性也缺少评价准则。目前各核电厂营运单位采取的冷源安全保障措施如表6所示。

表6 各核电基地冷源安全保障设施Table 6 Marine biological monitoring and interception facilities of NPS

2014-2016年期间，我国多个核电厂取水口发生海生物入侵事件，如红沿河核电厂的水母入侵、防城港核电厂的棕囊藻入侵、宁德核电厂的海地瓜入侵、岭澳和阳江核电厂的毛虾入侵，造成机组状态后撤或跳机跳堆等事件。

2017-2018年期间，昌江核电厂发生2起取水口异物入侵，造成跳机跳堆事件。

华南地区各核电基地根据相关经验反馈，陆续开展了多项冷源安全保障措施改进行动。主要有增加海生物和异物监控设备，如水下摄像头、声呐、远程红外监测、水质监测等；增设拦截设施，如细目兜网、气幕装置等；增加捕捞装置，如专用捕捞船、兼职打捞渔船等。核电厂在采取这些改进措施后，一定程度上提高了冷源安全保障能力。2017-2019年间，华南地区未发生因海生物入侵导致的机组紧急停堆或者后撤事件。但随着阳江2020年3月24日、25日连续发生海生物入侵导致机组紧急停堆事件的发生，特别是3月25日，4台机组紧急停堆，2台机组后撤至停堆，阳江核电基地6台机组全部处于停堆状态。6月13日，岭澳3号机组因海洋生物“笔帽螺”突破CFI鼓网和贝类补集器滤网拦截，进入SEC热交换器导致SEC压差升高，最终机组降功率解列后紧急清理进入热交换器的海洋生物。这些事件的发生表明核电厂的冷源安全保障措施仍存在薄弱环节。结合华南地区核电基地冷源安全保障设施现状和阳江紧急停堆事件，归纳分析相关问题如下：

（1）工程设计阶段未充分考虑冷源安全保障要求。从实践看，部分核电基地的取水明渠流道过短过直，缺少对海生物入侵的自然缓冲；滤网进出水方式多为“内进外出”，容易造成海洋生物堆积堵塞滤网。

（2）拦截设施缺少规范设计。各核电基地的拦截设施各不相同，拦截网在大量海生物入侵时的阻拦作用考虑不足、可靠性较差，普遍存在可维护性差等问题。

（3）海生物探测预警装备存在盲区。华南地区大部分核电基地均配备了水下摄像头、声呐、水质监测浮标等，这些设备对部分体型较大的海生物等起到一定的探测作用，但对体型较小的海生物探测能力不足，探测系统通过人工观察识别，缺少自动预警功能。台山核电基地尚未配备探测预警装备。打捞能力保障不足，部分核电基地自配专业捕捞船只，但由于使用频次低，船只的维护保养难度大。外协合作的兼职打捞渔船，打捞能力较弱，响应速度慢。

（4）冷源安全面临风险时的机组控制策略不明确。冷源安全面临风险时，机组需要迅速采取合适的控制策略，降功率甚至后撤至停堆状态，并考虑多机组联动。华南地区部分核电基地未制定冷源安全风险时的机组控制策略，现有的控制策略未考虑多机组联动问题。

（5）针对取水口附近海域的海洋生物的调查研究及其生长繁殖规律的认知不足。

4 建议

本文根据华南地区核电厂冷源保障设施设备的现状和问题，结合阳江核电厂海生物入侵事件的经验反馈，提出如下建议。

（1）在循环冷却水取水口工程设计和施工阶段，取水明渠应充分考虑足够的防御深度，优化流道设计，避免海生物快速从海洋到达前池；所采取的各项工程措施要经充分论证，并在施工阶段完成安装，避免推延到运行阶段再进行现场改造；合理改进循环水过滤系统旋转滤网的进出水方式，提高海生物清理能力，减少海生物在滤网内的堆积，避免堵塞滤网。

（2）格栅、拦截网、电脉冲拦网、水下声波、空气气泡幕墙和打捞工具等冷源保障设施设备应纳入核电厂设备管理体系，编制定期巡检、清理和更换准则，确保其可用性和可靠性；同时要能防止大量海生物被拦截时对网体结构造成损伤、脱落甚至流道堵塞，避免次生灾害的发生。

（3）进一步有针对性地改进海生物监测设施设备，提高监测预警能力。未配备海生物监测设施设备的核电基地，应结合实际配备相应的设施设备，提高冷源按保障能力；建立可靠稳定的海生物应急捕捞清理能力，核电集团可统筹考虑建立区域捕捞队伍。

（4）加强对泵房前池和旋转滤网后的液位监视，保证安全用水量满足限值要求，确保SEC系统的取水需求；结合机制实际制定合理可行的冷源安全应急预案并严格执行，加强运行人员的培训和演练。

（5）进一步加强取水口附近海洋生物的生长繁殖规律研究，改进完善海水水质和海生物监控设施设备，提高监测预警能力。

核电厂冷源安全事件接连发生，一方面核电厂营运单位应加强冷源安全保障设施建设，提高冷源安全保障能力，另一方面营运单位应坚持底线思维，采取保守决策的策略控制机组运行，在冷源安全遇到挑战时，及时将机组控制在安全状态。