积极应对核电厂应用冷源丧失的措施及改进研究

素，要素之一的堆芯冷却与冷源的可靠性密切相关。近年来，国内核电厂多次出现海水取水口堵塞情况，福清核电也发生了一起鼓网反冲洗排水槽堵塞事件。事件表明，日益增加的海生物和垃圾已严重威胁核电机组的安全运行，冷源安全必须得到核电厂运营者的足够重视。

1福清核电厂冷源设计综述

福清核电设计1条取水明渠，1-6号机组通过泵房取水口取水供机组冷却，其中1-4号机组为M310堆型，5-6号机组为华龙一号堆型。

以M310机组为例，每台机组冷源设计为A/B2列，均从取水明渠取水，每列包括：2套带加氯装置的粗格栅、2套细格栅及格栅除污机、1台配有三速电机和反冲洗装置的鼓网。循环水系统（CRF）、重要厂用水系统（SEC）和循坏水处理系统（CTE）均通过鼓网吸水，分别用于常规岛冷却、核岛设备冷却和电解海水制氯，其中SEC为核安全相关系统，其列间存在连通阀，紧急情况下可由另一列鼓网取水。

SEC作为安全系统，本身出现故障几率较小；而取水口相关系统和设备由于运行环境恶劣，从而成为了机组冷源的薄弱环节。降低取水口堵塞几率和应对取水口堵塞，便成了避免冷源丧失的重中之重。

2福清核电厂冷源丧失的影响

对于单机组，发生单列冷源问题时，故障列循泵运行流量将不足以维持机组满功率运行且对循泵和鼓网本身产生巨大影响，机组将面临降功率并停运对应列循泵，优先保证机组安全运行和该列用于核岛冷却的SEC运行；若无法保证，必须通过连通管线将SEC切换至另1列取水口吸水。发生2列冷源问题时，2列循泵将无法正常运行，二回路冷却无法保证，机组必须快速降功率10%以下，停机及停2列循泵，从而保证反应堆正常运行以及核安全相关的SEC运行。如果SEC流量无法保证，机组将进入事故状态，此时务必保证一回路主泵轴封冷却，避免出现一回路破口事故。

对于多机组，如果发生诸如取水明渠堵塞或冷源系统同时发生共模故障，其后果将更加严重。

3福清核电厂应对取水口冷源丧失的措施

福清核电厂为应对冷源丧失专门成立了冷源专项组和取水口堵塞处理专项组，成员涵盖诸多职能部门，各部门分工明确，共同处理冷源丧失问题。总体来说，应对取水口堵塞的冷源丧失主要通过提升设备可靠性和加强管理来实现。提升设备可靠性通过的是技术改造；加强管理则是通过编制应急预案，确保故障时的快速响应。

3.1取水口设施技术改造

（1）增加拦污设施。取水明渠涉及电厂多机组冷源可靠性，电厂根据调研决定增设1道拦油网，2道拦污网，从而将每台机组仅有的1道拦污网增为4道。

（2）格栅除污机改造。格栅除污机作为取水设施，设备露天且长期遭受大雾和海风侵袭，导致故障频发，使得细格栅上的杂物无法及时清理。鉴于此，电厂对其电机进行整体换型，使其更加防潮和耐腐蚀。

（3）鼓网设备改造。鼓网包括3个液位差计，用于测量鼓网前后液位差。设计上液位差达到高1、高2时，只产生逻辑动作不产生报警，操纵员无法第1时间发现异常。为使操纵员能够及时发现异常和运行状态变化，在主控上实施了增加上述报警的改造。此外，鼓网压差计设计上采用超声波，但是由于大雾干扰问题，液位计经常会出现大幅波动，使得鼓网中高速电机频繁启停，对鼓网设备寿命造成很大影响。鉴于此，电厂将其更换为可靠性更高的导波雷达液位计，改造的设备再无定值漂移现象出现。

鼓网轴承密封型式改进。电厂曾发生鼓网轴承严重损坏事件，驱动轴轴承锈蚀严重、轴承保持架破裂，经分析认为是驱动轴轴承润滑不足，原因是轴承座采用毛毡密封，经浸海水后不能满足密封要求，海水进入轴承室使得润滑油脂失效，导致轴承干磨损坏。换型后的轴轴承座采用新型密封形式，避免了该现象的发生。

增加鼓网高压冲洗泵。鼓网清洗能力zui重要的是反冲洗能力，电厂通过大量研究发现，当前鼓网反冲洗水泵压力在鼓网大量杂质时反冲洗效果不佳。更换为大功率反冲洗泵后，可增强鼓网的反冲洗效果，极大地提高鼓网应对入侵物的能力，该工作已列入规划，不久将实施。

鼓网电机间的变更。为避免鼓网电机间滤网由于杂质过多堵塞，导致鼓网电机间被淹，电厂将电机间拦污滤网固定并远离排污口，并考虑在电机间增设液位开关以提醒操纵员。（4）CTE的改造。CTE系统是用于向冷源添加次氯酸钠，利用氯的毒性，抑制或杀死海生物的幼虫和孢子，防止冷源各系统受海生物污染。设计中CTE采用电解海水方式，结构复杂且存在诸多问题，如系统受海水高低潮位影响跳闸频发、PVC塑料管材质易脱落以及电解槽保养工作量大等。当前1/2号机组已实施改造，通过采购次氯酸钠加药替代电解海水加药，增加了系统的稳定性；此外，对于材质的改造，一直在研究中。

3.2应急预案编制和完善

针对取水口堵塞冷源丧失问题，电厂制定了取水口堵塞和冷源丧失预案并在以下方面进行了完善。

（1）建立应急管理体系。电厂建立了取水口堵塞处理的应急防御体系，根据取水口堵塞严重程度分为4级，Ⅳ至Ⅰ级为逐级升高。电厂根据报警级别制定了不同的防御行动指南，指南包括报警级别分类、预警信息、启动条件、组织指挥体系和预警防御行动/处置行动等。

（2）增加取水口监测手段。①电厂加强了与福建省海洋预报台和气象中心的合作，由其向电厂发送暴潮、海浪、台风等信息短信通知并以邮件形式向电厂提供海洋、气象信息。②增加取水明渠的监视手段，如摄像头，由值班人员通过巡视或摄像头时时监视取水明渠，发现异常可及时预警。zui后，增加对海生物动态跟踪和预警，通过广播、邮件和应急通讯系统向相关部门提供预警信息。

（3）完善冷源丧失的机组控制措施。①制定冷源故障处理原则。任何情况，优先保证核安全，即保证SEC流量。当SEC故障时，停运与运行SEC同列的CRF泵并降功率；如不能缓解，则将SEC切至另一列。在海生物或垃圾大量来袭时，停运1台CRF泵，将SEC和CRF分别配置于2个鼓网上，以便于其向CRF泵运转鼓网汇集，减轻SEC运行列鼓网的压力。②明确冷源异常的参数监视。冷源异常时，主控室连续监视以下参数，包括SEC流量、压力、电流和板换压差趋势、CRF电流、振动和温度，鼓网电机和反冲洗泵运行情况、凝汽器真空变化等。③完善冷源丧失启动和处理流程，具体如下：发现泵房构筑物或取水口异常可能影响冷源取水时，按以下6条标准判断，只要满足条件之一，即执行冷源失去应急响应流程。标准包括：a.格栅除污机3次打捞海生物数量均大于耙斗面积的1/10或压差≥0.25m水柱；b.鼓网压差增加速率大于0.01mWC/min或中速电机运行超过8min；c.鼓反冲洗槽5min收集量超过1kg，观察15min，3次均超过1kg；d.循泵电流、压力低于正常值且鼓网压差异常或循泵出现汽蚀现象；e.收到外部门预警信号；f.当班值长根据情况认为需要启动冷源预警。

冷源失去应急响应流程是对冷源故障处理过程的细化，处理过程中出现以下征兆时，必须立即采取保守操作。征兆包括：SEC流量连续瞬时波动超过10%、SEC入口压力低、SEC板换压差高、SEC流量降低超出热容要求值。保守操作则是执行由冷源故障处理原则细化的具体步骤，以稳定机组状态。当SEC流量持续降低，出现DEC报警，则优先执行事故诊断规程并引导进入热阱全部丧失规程，稳定机组并进入核应急状态。

（4）制定有效的培训和演习计划。取水口堵塞和冷源丧失预案要求各专业定期组织培训，定期进行实战演练并由专人评估。

4改进建议

尽管在冷源方面电厂已经做出很大的改进和完善，但根据运行经验和对比同行电厂，仍有一些不足之处和待改进项。

（1）格栅除污机有改进空间。细格栅采用静压液位计，引压管存在被海生物堵塞情况，导致虚假液位，可能使除污机存在长时间运行损坏风险，所以，更为可靠的压差测量手段需继续探索；格栅除污机为室外设备，受侵蚀严重，秦二厂采用室内布置方式，避免了设备腐蚀；1列的2台格栅除污机的手/自动逻辑设置不合理，任一除污机置手动将导致同1列2台格栅除污机同为手动状态，不利于设备检修时的防堵塞控制；此外，除污机吊绳偶有断线、卡涩情况，在材料方面可考虑改进。

（2）冷源加药管线布置有不合理之处，尤其单机组CTE向双机组冷源加药时，距离远的管线存在供药不足的情况，所以，在管线布置方面存在优化空间。

（3）拦污网设置存在优化之处。同行电厂在拦网布置上一般按照“永临结合、梯次设置、纵深防御”的原则，布置方为2～3道永久拦网加1～2道临时拦网。由于拦截对象包括漂浮类、浮游类和底栖类，部分电厂拦网上下部网目尺寸不同，因此，这方面可继续研究优化。

（4）冷源处理小组分工有待精细化。电厂当前只有冷源和防堵塞专项组，相对同行电厂略显不足，如广核电厂一般包括冷源专项组、冷源技维组、冷源应急组等，故仍可在摸索中合理改进。

（5）冷源堵塞启动预案可完善。广核电厂对于冷源I级响应条件还包括风速、天气预报项目等，如24h内会发生海浪高于2m、风速大于7级或未来48h有台风影响核电附近海域或实测风速达到7级等，故电厂预案仍有完善空间。

（6）加强高科技设备应用。如阳江核电厂采用水下机器人技术，通过相机进行海底海生物观测，其团队在2016年成功处理一起毛虾聚集堵塞取水口事件。再如海事卫星辅助监视的使用，可对大规模海生物迁徙和漂浮垃圾提前响应。

（7）加强与研究机构合作，探索海生物迁徙规律。对电厂取水口海生物进行定期取样和观测，研究出海生物随季节和气候的变化规律，制定海生物随季节变化所需采取的防范措施。

（8）演习方案可继续完善。由计划性演习逐步向无事先通知、无演习脚本过度。

（9）用于冷源处理的设备只有定期检查机制，缺少定期试验管理方法，后续可继续改进，确保事故时设备可靠。

5小结

海生物及垃圾的增多，对核电机组的安全运行构成严重威胁。尽管福清核电针对冷源丧失问题，采取了多项预防措施并制定了缓解预案，但仍存在待改进之处。只有不断改进，提升设备的可靠性，在长期的实践中，不断提升人员的技能，才能在真正发生取水口堵塞事故时，降低冷源丧失风险和降低事故后果。

 

 

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