自动清污系统破解苦草堵塞

核电站提高维护效率的机会有时会意外出现。

在亚拉巴马州（Ala.）雅典（Athens）的Browns Ferry，一次机会源于田纳西河（Tennessee River）中外来苦草数量意外激增，堵塞了冷却水取水口，导致两台反应堆停堆，第三台反应堆降功率至约78%。电站工程师表示，据报告，仅这一次激增事件就造成田纳西河流管理局约1500万至2000万美元的收入损失。国际原子能机构2026年的一份报告称，同一事件导致约0.5太瓦时的发电量损失。

在此事件发生前，Browns Ferry依靠抓斗式挖掘机沿取水系统的拦污栅运行，以捞取杂物。但正如系统工程师Antonio Diaz-Lucier所指出的，这种做法有时会撕碎收集到的苦草，将其推过拦污栅并甩到回转式滤网上，造成系统堵塞。

为解决这一问题，Browns Ferry推进了配备自动清污耙的拦污栅系统升级。按照国际原子能机构的描述，新拦污栅“采用更小的栅条间距设计，以截留更多生物污堵物，从而加强对下游系统的保护”。定制清污耙能够更好地截留并清除取水口中的物料。此外，该清污耙现在施力将杂物推离回转式滤网系统，而不是将其推向滤网系统。

Browns Ferry通过惨痛教训认识到，植被和野生动物可能意外成为取水系统的麻烦。遇到此类问题的远不止这座电站——就在今年夏天，水母群涌入法国Gravelines nuclear power plant，导致其六台反应堆中的三台停堆。

Diaz-Lucier与Browns Ferry运行支持工程团队的另外两名成员——高级经理Ryan Grimme和轮班经理John Ridinger——接受了Nuclear News副编辑Rafael Guerrero的采访，介绍了升级后的系统、苦草，以及二者对田纳西河流管理局最大核电站的影响。

为什么苦草对运行的威胁尤其大？它与其他入侵物种相比有何突出之处？

Ridinger：我们制定了应对生物污堵的程序。Browns Ferry遇到的大多数来袭杂物，是他们所谓的“鲱鱼群洄游”：小鱼会在一年中的特定时段和特定天气形势下游入并聚集成群。

我们配备了回转式滤网，基本上就是带有网斗的垂直输送装置。它们会捞起各种杂物或鱼类，然后将其倾倒到冲洗沟中。拦污栅就在滤网的另一侧。

过去，我们遇到过聚藻［一种来自欧亚大陆的入侵植物］，它通常漂浮在水面上。我们一般能够将其拦截下来。

但苦草的一个特性使其特别难以处理，那就是它具有中性浮力。它既不会真正漂浮在水面上，也不会真正沉入水底。因此，在它到达滤网之前很难将其截获。

你们还处理过哪些其他入侵物种？

Diaz-Lucier：据我所知，只有苦草。我们仍会遇到少量聚藻和其他水生植物，但主要是苦草。

我不知道原因，但苦草的生命周期在2019年和2020年加快了。到了2021年，数量似乎已经减少。过去一两年，情况并不严重。以前有一段时间，每个轮班要有一两次把拖车拉走卸空，然后再装满。现在有时可以连续三四天只清耙一两次。因此，目前数量比较少。但有了新系统，我们处于有利位置，我预计不会出现任何严重影响。

新系统能够做什么？与此前采用的流程有何不同？

Diaz-Lucier：我们的系统实际上在几个方面都属于同类首创。拦污栅是垂直布置的。这让承包商WTR Engineering颇为头疼；自安装以来，我们不得不进行一些小幅调整。由于我们的爪式清污耙在捞取杂物时可能摆动到安保保护区之外，潜水员可能会试图潜入，因此只有安保人员监视系统时，我们才能运行它。

过去需要一个由三名机械工组成的团队，一人操作起重机，另外两人操作抓斗，才能清理拦污栅。整个过程需要四至六个小时，而且清除杂物的效果也并不是特别好。使用这套系统后，一名操作员大约一个半小时就能清理整套滤网。实际清耙和清洁滤网所需时间的效率有所提高，效果也更好，这意味着我们不必如此频繁地进行清理。

清污耙如何工作？

Diaz-Lucier：清污耙本身与拦污栅完全对齐，因此在放下清污耙时，它会落入大型漏斗状导向装置之间。滚轮和导向滑块进入该漏斗状装置，然后沿导轨一直下降到底部。在此过程中，清污耙的耙齿会向后伸到拦污栅栅条的后方。

抓斗在坑底闭合，将所有杂物向上拉起，而不是仅仅刮擦杂物，任其在底部随水冲来冲去，或被推入回转式滤网。借助这套新系统，我们能够有效清除拦污栅上的杂物，而不再只是尽量捞取一些，然后听天由命。

新系统是在内部设计的吗？

Diaz-Lucier：我们选定的公司是WTR Engineering。我实际上没有参与对各家供应商进行审查的项目团队，但我们选择WTR，是因为它知名度最高，而且愿意与我们合作。

我们的拦污栅基本上是垂直的，而WTR以及其他所有清污设备公司都不建议采用垂直拦污栅。它们更倾向于采用向河道或前池方向倾斜约75至80度的拦污栅。

尽管我们的前池与河道分开，但仍被视为河道的一部分，因此必须申请变更许可证，而这一流程即使最快也需要三年。我们知道，无法对伸入河道的拦污栅进行实体改造，因此选择了WTR，因为该公司相当有信心，认为即便拦污栅垂直布置，其系统仍然能够工作。安装系统时，我们遇到了一些挑战，但通过与供应商合作，我们相当迅速、高效地解决了这些问题。

系统何时安装？安装用了多长时间？

Diaz-Lucier：我们最早在2019年冬季发现苦草。到2020年夏季，我们意识到它可能会成为一个大问题。2020年7月，两台机组停堆，第三台机组不得不降功率至约78%——那时我们知道麻烦大了。

到2021年4月，我们已经拿到新拦污栅。那年春天，我们完成了安装，并迅速调集资源，使系统投入运行。

2021年7月底，新系统完成全部安装，我们开始进行厂址验收试验。随后，WTR派员在现场驻留了一两周，对所有事项逐一检查。我认为到8月时，系统已经启动并正常运行。

妥善维护Browns Ferry取水口为何如此重要？

Grimme：在我们的流程中，电站运行时，蒸汽通过汽轮机后，必须在凝汽器中凝结。我们使河水流过管道，用其冷却蒸汽并使蒸汽凝结，同时维持真空状态。

基本上，我们设有特定真空度下触发汽轮机跳闸和反应堆紧急停堆的设定值。如果无法从河中获取足够的水来维持冷却效果并凝结蒸汽，就会自动失去反应堆。

我们的两台机组发生了这种情况，同时正在降低第三台机组的功率，以恢复真空。我们在功率约为70%时恢复了真空；在这一功率水平下，进水量足以维持凝汽器真空。这基本上就是整个问题的核心。还有其他系统也依靠河水进行冷却，但最主要的直接影响是，我们无法冷却凝汽器并保持机组在线运行。对于发电而言，保持拦污栅清洁并维持水流通过系统是一件非常重要的事。

Diaz-Lucier：不想过多纠缠细节，但第一台停堆的机组当时存在一个已知问题，因此我们在这方面原本就处于不利状态。对于1号机组，我们将功率降至约45%，当时实际上仍能保持机组在线运行，情况也还不错，直到我们使用旧系统在现场进行清耙。清耙过程中，大量水草被冲到滤网上，两个回转式滤网发生故障。滤网发生故障的情况并不常见，但一旦发生，就必须关闭泵。当我们不得不关闭泵时，凝汽器真空随之丧失，反应堆也不得不紧急停堆。这正是人们所说的“奶酪上的所有孔洞恰好连成一线”的那类事件。

新系统是自动化的吗？

Diaz-Lucier：它实现了一定程度的自动化。操作员让安保人员到达现场后，基本上可以指令系统运行清洁循环，随后系统就会自行运转。或者，他可以使用遥控器进行手动操作，选择某个滤网并按下“清洁”按钮，系统就会清洁该滤网。他也可以独自清洁全部18个滤网，手动逐一发出清洁指令。系统还具有自动功能，操作员基本上只需按下“启动”，随后可以全程坐在那里观察，也可以去喝一个小时咖啡再回来。

目前取得了哪些成效？

Diaz-Lucier：最近，我们没有遇到任何苦草对机组造成实际挑战的问题。正如John［Ridinger］所说，我们遇到过鲱鱼群洄游，但在苦草方面，没有任何特别需要指出的情况。

Guntersville是Browns Ferry上游的一座水坝，有时会进行“泄流”，即不让水流经汽轮机，而是直接泄放，同时冲下大量苦草。在2020年事件发生前，Browns Ferry与Guntersville之间没有沟通，或者沟通非常有限。但在事件发生后，双方加强了沟通，Browns Ferry与其下游的Wheeler Dam之间也是如此。三方都在密切关注苦草情况，并与自然资源部门沟通。遗憾的是，我们是一边应对一边学习，但我们确实建立了这些沟通渠道。直到今天，我记得我们仍会每周发布苦草通知。