基于滨海核电厂棕囊藻入侵应对实践的标准体系构建研究

摘要：棕囊藻频发已成为威胁沿海核电厂冷源安全的核心风险，其粘性囊体易堵塞取水设备，可能导致机组降功率或停机。本文以滨海某核电厂棕囊藻入侵处置实践数据为基础，系统梳理棕囊藻入侵规律与应对技术路径：通过分析“监测预警-物理拦截-设备调控-试验验证”全流程措施的有效性，提炼出原位成像仪预警、分级拦截网布设、鼓网“转速-冲洗”联动等核心实践经验；针对当前行业内应对标准模糊、措施碎片化等问题，从响应分级、技术规范维度构建标准化体系，明确各级响应的启动条件、操作流程要求。该标准体系可实现滨海核电厂棕囊藻应对的“分级精准化、操作规范化、资源最优化”，为沿海核电厂冷源安全保障提供可推广的技术范式。

关键词：核电厂；冷源安全；棕囊藻；应对实践；标准体系

引言

沿海核电厂依赖海水冷却，冷却水的通畅性直接决定机组运行安全性与经济性。近年来，受近岸海域富营养化、气候变化等因素影响，棕囊藻（Phaeocystis）赤潮在我国南海、东海海域爆发频率显著上升[1]。棕囊藻可形成直径110μm~3cm的粘性囊体，其囊壁含有的多糖类物质易附着于鼓网、贝类捕集器等设备网孔，导致取水压差上升——2019年珠江口棕囊藻赤潮曾导致多座沿海电厂冷源系统故障，滨海某核电厂亦因棕囊藻入侵启动应急响应[2]，凸显棕囊藻已成为沿海核电厂冷源保障的关键威胁。

当前国内核电厂棕囊藻应对缺乏统一标准：部分电厂响应分级阈值模糊，存在“过度响应”或“响应不足”问题；部分电厂技术选型依赖经验，物理拦截网孔径、鼓网转速调控等参数无规范依据；资源配置也存在短缺现象，影响应对效率与成本控制[3]。为此，本文基于滨海某核电厂棕囊藻应对实践，提炼可复制的实践经验，构建系统化、可操作的应对标准体系，为同类型沿海核电厂提供贴合实际工况的冷源风险管控方案，推动核电厂棕囊藻应对从“经验驱动”向“标准驱动”转型。

1 滨海某核电厂棕囊藻入侵应对实践与经验提炼

1.1 实践基础：核心技术路径

以滨海某核电厂棕囊藻入侵处置为核心案例（响应过程中囊体尺寸涵盖1~30mm，鼓网压差最大上涨量达0.06mWC），形成“监测预警-物理拦截-设备调控-试验验证”的全流程应对技术路径，各环节实践要点如下：

1.1.1 监测预警实践：构建“立体监测+专家联动”机制

监测预警是应对棕囊藻入侵的首要环节，需实现“早发现、早研判”：

立体监测网络：外海采用“船只巡航+无人艇”模式，在口门外10公里范围内开展取样监测检查，每日监测水温、盐度及棕囊藻密度；在电厂内部取水流道上布设3台原位成像仪（覆盖100μm~50mm生物），24h值守，预警时间裕度0.7~3.1h；设备端实时跟踪鼓网压差，设定0.06mWC为干预阈值；

专家联动研判：建立“4+N”专家团队（4名海洋生态驻厂人员+N个科研机构专家），结合洋流模型预测棕囊藻漂移轨迹，通过该机制提前2天预判海域入侵风险。

图1 外海取样监测图              图2 原位成像仪识别棕囊藻图

1.1.2 物理拦截实践：分级布设“三级防线”

物理拦截是降低入侵强度的核心手段，需根据棕囊藻密度与尺寸分级配置：

外海打散防线：口门外安排20m以上作业船（4mm网孔拖网），破碎棕囊藻，减少大尺寸囊体进入港池；

港池拦截防线：在原有4道固定兜网基础上（网孔2-4mm），增设6道2mm快速布防兜网，第一道机械化拦截网/最后一道安全网网前加密目网（孔径＜1mm）；再配合抽吸装置，实现棕囊藻的破碎与拦截，可拦截绝大部分棕囊藻；

前池清理防线：前池用6艘小船（1mm细目网）拖网，对残余碎片二次清理。

图3 滨海某核电厂棕囊藻拦截示意图

1.1.3 设备调控实践：建立“压差-转速-冲洗”联动策略

针对鼓网压差上涨，形成分级调控方案：

一级干预：压差达0.06mWC时切中速（10m/min），利用转速提升自清洁，压差回落0.01~0.02mWC；

二级干预：压差继续上升则切高速（20m/min），投运消防冲洗（0.8~1.0MPa）；

三级干预：压差继续上升则启动高压冲洗（2.5~3.0MPa）+消防喷淋，通过该策略将鼓网压差从0.08mWC降至安全值。

图4 鼓网转速及冲洗水投用与压差变化趋势图

1.1.4 试验验证实践：筛选高效技术

通过多项室内外试验（包括高岭土、纳米纤维素消杀试验，通过船只拖网、增设快速布防兜网与密目网、围油栏加安全密目网、抽吸装置破碎过滤，及24h倒班清理网体附着物等试验。），验证技术适用性：

物理技术中，1~2mm密目网吸附、抽吸装置破碎、超声波破碎，吸附及破碎率高且无二次污染，优先推广；

化学技术中，纳米纤维素仅在静止水域有效，高岭土需6g/L高浓度（远超现场能力），仅作辅助；

次氯酸钠高浓度有效但环保风险高，排除应用可能。

表1 棕囊藻试验内容及效果评估表

1.2 经验提炼：核心应对原则与关键参数

从滨海某核电厂实践中提炼出3项核心原则与6项关键参数，为标准构建提供依据：

核心原则：

技术优先性：物理措施（监测、拦截、冲洗）为核心，化学措施仅辅助；

响应分级性：根据棕囊藻密度、尺寸及设备状态分级启动应对，避免资源浪费；

维护及时性：提高网具动态清理频率，同步配置在线清理设备，减少囊体附着堆积；

关键参数：

预警密度：原位成像仪监测密度≥1.6×10ind/m³（持续2h）需警惕，≥10×10ind/m³需干预；

网具孔径：兜网2-4mm、快速布防兜网2mm、细目平面网1~2mm、密目网＜1mm、拖网1~4mm；

鼓网转速：中速10m/min、高速20m/min；

冲洗压力：消防冲洗0.8~1.0MPa、高压冲洗2.5~3.0MPa；

压差阈值：干预阈值0.06mWC、降功率预警阈值0.10mWC；

清理频次：高风险时段（压差≥0.05mWC）每4h清理网具1次，低风险时段（压差＜0.05mWC）每24h清理1次。

2 基于滨海某核电厂实践的棕囊藻应对标准体系构建

基于滨海某核电厂实践经验，从响应分级、技术规范、资源配置三个维度构建标准体系，实现“有标可依、依规应对”。

2.1 响应分级标准：基于“监测指标+设备状态”的三级划分

参考GB/T 39574-2020《核电厂冷源系统安全要求》，结合滨海某核电厂实践数据，明确三级响应的启动条件与核心行动（表1），解决“何时启动、启动何种应对”问题，确保响应强度与风险等级精准匹配：

表** 核电厂棕囊藻冷源应急响应分级标准

2.2 技术规范标准：明确关键环节操作要求

技术规范是保障应对效果的核心，针对监测、拦截、设备调控三大关键环节，结合滨海某核电厂实践制定可落地的操作标准，确保各环节技术动作统一、高效、可控：

2.2.1 监测技术规范

设备配置与校准

外海采用“船只巡航+无人艇”模式，结合外海浮标在线监测（取水口外5km范围内连续在线），每日监测水温、盐度及棕囊藻密度；原位成像仪、水下声呐每月校准1次，确保生物识别准确率，避免数据偏差；

设备端实时跟踪鼓网压差，设定0.06mWC为干预阈值，同步接入冷源监控平台实现数据实时共享。

采样与监测频次

外海采样每个点位取3层水样（表层0.5m、中层5m、底层10m），冷源保障期每日1次，非保障期每周2次；口门内采样需平行取3份样品，取平均值作为密度结果，Ⅲ级响应时每小时1次，Ⅱ级及以上响应时每30分钟1次。

沿岸巡检每日1次，外海巡航监测在风险月历高风险期每日1次、中风险期每周2次、低风险期每周1次。

数据管理与预警机制

建立“监测-分析-报告”闭环，每日提交前一日监测报告，包含棕囊藻密度、尺寸、洋流方向等关键信息；当原位成像仪监测密度≥1.6×10ind/m³（持续2h）时触发预警，≥10×10ind/m³时启动干预流程。

组建专家团队（海洋生态驻厂人员+科研机构专家），结合洋流模型与渔获调查走访数据，提前预判棕囊藻漂移轨迹。

2.2.2 拦截技术规范

网具选型与布设：细目平面网选用耐腐蚀尼龙材质（孔径1~2mm），布设时需固定底部，避免飘起；快速布防兜网（孔径2mm）需沿港池主流道布设，间距≤50m；

网具清理与维护：高风险时段（压差≥0.05mWC）每日用高压水枪（压力1.0~1.5MPa）清洗网面；网面破损率＞5%时立即更换，避免拦截失效；

拖网操作：外海拖网船速控制在3~5km/h，确保破碎效果；港池拖网需沿取水口周边50m范围作业，避免遗漏关键区域。

2.2.3 设备调控技术规范

鼓网转速调控：中速运行（10m/min）适用于压差初涨阶段，高速运行（20m/min）适用于中速无效场景，避免盲目提升转速增加设备损耗；

冲洗参数调控：消防辅助冲洗（0.8~1.0MPa）与高速运行同步启动；高压冲洗（2.5~3.0MPa）仅在高速+消防冲洗无效时启动；

应急停机触发：当鼓网压差≥0.10mWC且持续15min，或SEC贝类捕集器压差超设计值120%时，立即触发机组降功率准备，降功率速率控制在10%Pn/h以内，确保机组安全。

3 标准体系的应用价值与展望

3.1 应用价值

解决行业痛点：弥补当前核电厂棕囊藻应对中响应分级阈值模糊、技术参数无规范、资源配置标准不清等问题，统一操作准则与配置要求，避免“各自为战”；

提升应对效率：标准化的“监测-拦截-调控”流程与参数，如原位成像仪预警、分级拦截等措施，可将核电厂棕囊藻应对准备时间缩短，快速遏制风险扩散；

优化成本管控：明确各级响应的最小资源配置标准，避免盲目投入，滨海某核电厂按标准配置后，棕囊藻入侵响应成本显著降低，实现“安全与效益”双提升。

3.2 未来展望

技术迭代：进一步研发适用于流动水域的高效化学消杀技术（如改性纳米纤维素等），结合滨海某核电厂后续实践完善技术规范，拓展应对手段；

智能升级：推动无人监测设备（自主航行无人艇、水下机器人）与AI预警模型在滨海某核电厂的应用，将预警准确率提升至90%以上，实现“主动预警、智能应对”；

跨厂协同：以滨海某核电厂实践为基础，建立沿海核电厂棕囊藻应对数据库，实现经验共享与标准动态优化，形成行业统一的冷源安全保障体系，推动核电厂冷源风险管控水平整体提升。

参考文献

[1] 周名江, 朱明远. 中国赤潮的发生趋势与生态影响[J]. 海洋学报, 2001, 23(3): 104-112.

[2] 黄伟建, 李锦蓉. 南海棕囊藻赤潮的生物学特性与防控研究[J]. 海洋环境科学, 2005, 24(2): 76-80.

[3] 中国核能行业协会. 沿海核电厂冷源风险管控技术指南[R]. 2023.