2025年11月14日，上海核工程研究设计院股份有限公司土建公用设施所副总工程师张正楼在深圳核博会核电厂冷源安全论坛发表《冷源防控失效指标及装备技术方向研究》主旨报告。
报告围绕核电厂冷源防控失效指标与装备技术方向展开，重点分析海生物入侵导致鼓网堵塞、循环泵跳停和拦截网失效的机理。报告认为，末端过滤设备承载能力、前端拦截网穿过率、海生物入侵量估算以及应急响应指标需要系统匹配，并应推动防控措施规程化、机械化和自动化。
关键点
1. 冷源失效具有明显瞬态特征（01:07）
报告用电功率、循环泵状态和鼓网压差曲线说明，从鼓网正常压差到循环泵跳停的时间很短，冷源堵塞问题常表现为瞬态失效。一旦前端防控失效、海生物进入泵房前区域，如果缺少更多公用拦截设施，仅停一台循环泵通常难以缓解其他循环泵流道的堵塞风险。
2. 鼓网堵塞率是末端防控关键指标（02:21）
末端鼓网或拦截设施被堵塞时，最直观表现是孔口堵塞、水流损失增加和压差上升，因此堵塞面积或堵塞率是关键要素。报告结合理论计算和实际潮位条件指出，压差、堵塞率与水位密切相关，在一定压差范围内曲线变化较陡；某电厂跳机事件可推算当时堵塞率约为百分之六十，并需要进一步评估鼓网清理能力能否匹配大规模水母等海生物负荷。
3. 柔性拦截网存在缝隙和局部突破风险（04:16）
海中柔性拦截网很难从根本上避免结构缝隙，缝隙存在与堵塞情况呈正相关。海生物大规模聚集时，随着堆积增加，拦截网受力显著上升；堵塞率越高，薄弱点或旁侧穿过率也越高。老化、海生物附着、水下作业状态不确定等因素会进一步增加失效或局部突破风险，因此下游设备必须与前端拦截能力匹配。
4. 下游过滤设备承载能力决定预警和风险边界（05:44）
报告将贝类捕集器、自清洗过滤器和鼓形滤网等下游设备视为过滤环节，重点关注其承载能力。计算显示，在鼓网压差约零点八米时，约四十到五十五公斤海生物碎片就可能触发预警；高转速下清理能力约为十六到十七千克每分钟，明显高于低转速。正常海洋调查密度通常远低于十克每立方米，但海生物爆发时会远高于该值，说明鼓网在多数情况下可应对，但极端爆发条件下挑战很大。
5. 变频贡献有限，停循环泵保障重要用水更有效（08:07）
报告比较了循环泵变频和停泵工况。单台循环泵流量降至百分之五十后，最大堵塞率和瞬时承载能力提升有限，海生物密度承受值虽可由约十点五克每立方米提高到二十二点六克每立方米，但绝对值仍远低于设计基准入侵量。若循环泵全停并采用重要厂用水泵运行，计算可达到约四百克每立方米，对应十倍到数十倍提升，说明停循环泵保障重要厂用水或厂用水泵对鼓网侧风险控制贡献较大，但下游小型捕集器和过滤器承载能力仍是薄弱环节。
6. 前端多级拦截需与鼓网数量和海生物入侵量匹配（10:34）
报告提出，上游拦截网的孔径、结构缝隙和分级拦截效果应与下游鼓网承载能力共同计算。不同海生物体长分布不同，网孔过大会导致穿过过多，网孔过小又会带来水损、附着和防控难题。以假定海生物入侵量一百吨每小时为例，若下游两台鼓网运行，前端可能需要四道拦截网承载；若四台鼓网运行，前端可能需要三道拦截网承载。实际工程中还需考虑流道不均匀等因素采取更保守配置。
7. 入侵量可用概率统计方法推算设计基准（13:19）
前端海生物入侵量是拦截和过滤匹配计算的关键输入。报告介绍可利用概率统计方法分析发生规律，并延展推算设计基准情况下的发生频率；基于多个电厂数据的研究显示，不同方法和不同电厂数据之间存在一定相关规律，在缺少更好方法时可用于满足工程需求。
8. 风险响应指标需要从粗放走向规程化（14:27）
报告提出应建立三级或四级响应的入口条件，通过前端监测、流量和密度推算生物量，再结合水文、气象预报及鼓网、拦截网匹配计算，得到风险等级并进入相应应急响应。现有电厂应急措施偏临时性，未来目标是响应更严格监管要求，将防控系统纳入正式系统和运行规程，并形成从条件到动作的严密指标逻辑。
9. 装备方向强调机械化、可靠性和平台化计算（16:39）
报告面向装备制造企业提出技术探索方向：核心目标是减少人为干预，使冷源防控装备进入正式系统，由运行和巡检人员少量维护。海上拦截或导引仍不可少，但需提升状态维持和可靠性，探索柔性临时网向更可持续材料或金属结构升级，提高有效拦截和自动化操作能力。报告还提到设备分级、波浪和风速等控制参数，并介绍相关计算模型已通过软件平台实现内网运行，未来希望在合适时机面向行业共享试用。
时间线
00:00 - 主持人介绍报告人张正楼及其长期从事水工、给排水和冷源水安全研究设计工作的背景，并引出报告主题。
00:50 - 报告人致谢并说明将分享对冷源防控失效指标和装备技术方向的思考。
01:07 - 报告首先通过电厂运行曲线说明冷源堵塞事件的快速发展过程，并转入鼓网堵塞、循环泵跳停和末端设施承载问题。
04:16 - 报告进一步分析前端柔性拦截网的缝隙、老化、附着和局部突破等失效模式，强调上下游防控能力需要匹配。
05:44 - 报告围绕鼓网等过滤设备建立承载能力和预警指标，比较转速、海生物密度、循环泵变频和停泵工况对风险控制的影响。
10:34 - 报告将前端多道拦截网、网孔选择、鼓网数量和海生物入侵量纳入系统计算，并说明可用概率统计方法推算设计基准入侵量。
14:27 - 报告讨论如何通过监测、计算和风险分级建立应急响应入口条件，并推动冷源防控措施进入正式系统和运行规程。
16:39 - 报告最后面向装备技术方向提出机械化、自动化、材料升级、设备分级和软件平台化计算等设想，并邀请行业交流合作。
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张正楼在深圳核博会报告冷源防控失效指标与装备技术方向
2025年11月14日，上海核工程研究设计院股份有限公司土建公用设施所副总工程师张正楼在深圳核博会核电厂冷源安全论坛发表题为《冷源防控失效指标及装备技术方向研究》的主旨报告，围绕核电厂冷源防控失效指标、薄弱环节识别、风险计算方法及装备技术发展方向进行交流。
张正楼长期从事水工、给排水及冷源区水安全研究与设计工作，参与多项课题研究，发表论文并拥有多项专利。本次报告主要从失效模式分析、控制指标构建、装备技术方向和平台化计算工具四个方面展开。
报告指出，核电厂冷源堵塞风险具有明显瞬态特征。以鼓形滤网堵塞引发跳机为例，鼓网压差从正常状态上升至触发跳机的时间很短。一台循环水泵跳闸后，其他循环水泵往往难以有效缓解堵塞状态；若前端拦截失效，跳机风险较难避免。鼓形滤网堵塞的直观表现为水流损失增加和压差上升，其中堵塞面积是关键控制因素。在设计高潮位与低潮位范围内，鼓网压差与堵塞率密切相关，尤其在0.8米以内曲线变化较陡。某电厂事件反推显示，跳机时鼓网堵塞率约为60%，当堵塞率接近65%时可能触发跳机。
针对海生物大规模聚集带来的挑战，报告提出，在水母等海生物暴发情况下，鼓网自身清理能力可能无法与瞬时入侵负荷匹配，需要评估鼓网在极端海生物负荷下的承载能力和清理能力边界。与此同时，海上柔性拦截网也存在失效风险。柔性拦截网难以完全避免结构缝隙，缝隙与海生物穿过率、堵塞状态存在正相关；海生物堆积会导致拦截网受力快速上升，堵塞率越高，局部薄弱点被突破的风险越大。此外，拦截网还面临老化、海生物附着和水下维护困难等问题，增加局部失效和整体可靠性风险。
在下游过滤设施承载能力与控制指标方面，报告介绍，可在不同水位和压差条件下计算鼓网不考虑清理能力时的瞬时海生物负荷承载能力。当鼓网压差达到约0.8米时，约40至55千克海生物碎片可能触发预警。鼓网在旋转过程中具备清理能力，转速是重要影响因素：高转速下清理能力约为16至17千克/分钟，低转速约为6千克/分钟，二者呈倍数差异。报告同时指出，鼓网在常规调查条件下可应对较低海生物密度，但海生物暴发时密度会远高于其承受范围，约10克/立方米的承受密度在极端暴发情境下明显不足。
报告还分析了循环水泵运行方式对冷源防控能力的影响。单台循环水泵流量降至50%时，鼓网最大堵塞率和瞬时承载能力有所提升，但总体贡献有限；生物密度承受能力可由约10.5克/立方米提升至约22.6克/立方米，但仍远低于极端设计基准入侵量。循环水泵全停后，重要厂用水泵运行时可显著提高对海生物入侵密度的承受能力，计算显示可达到约400克/立方米量级，较循环水泵运行工况有十倍至数十倍提升。不过，贝类捕集器、自清洗过滤器等下游小体积设备承载能力较弱，仍需重点关注碎片进入下游的风险。
围绕前端拦截体系与入侵量匹配，报告提出，拦截网孔径选择应与目标海生物尺寸匹配。海生物个体尺寸存在区域差异，例如中国毛虾在不同海域体长不同，孔径过大会导致穿过率过高，孔径过小则会加剧堵塞、生物附着和维护难度。可基于80%或90%置信水平下的选择率确定合理孔径，实现分级拦截目标。对于多道拦截网，可根据单道网拦截率、堵塞率和穿过率计算综合拦截效果。示例显示，若单道网在特定条件下拦截率约80%，多道网组合可形成更高综合拦截能力。
报告进一步以海生物入侵量100吨/小时为假定条件，说明可通过计算判断前端拦截网数量与下游鼓网数量是否匹配。若下游两台鼓网运行，前端可能需要约四道拦截网承担防控任务；若下游四台鼓网运行，前端可能需要约三道拦截网承担防控任务。工程设计中还需考虑鼓网流量分配不均、偏流等因素，采取更保守的配置策略。前端海生物入侵量是防控体系计算的关键输入，可采用概率统计方法分析海生物暴发规律，并外推设计基准条件下的发生频率和极值情况。多个电厂数据分析显示，不同方法得到的结果之间存在一定相关性，可作为工程需求下的可行估算方式。
在风险响应指标与运行规程建设方面，报告认为，当前应急响应入口条件相对粗放，需要通过量化指标牵引建立三级或四级响应机制。入口条件应结合前端监测、流量、密度、生物量、水文、气象预报以及防控设施能力综合确定。风险等级计算应通过流量和密度监测推算海生物量，结合水文、气象等预报信息开展趋势判断，并将海生物入侵量与鼓网、拦截网及其他过滤设施能力进行系统匹配，形成冷源风险等级并触发相应应急响应。报告指出，现有电厂冷源应急措施在设计逻辑上仍偏临时性和经验性，未来目标是将相关防控系统纳入正式电厂系统和运行规程，明确从监测、判断、响应到操作的严密逻辑和量化指标。
关于装备技术发展方向，报告提出，装备发展应响应机械化、自动化和系统化要求，减少人工干预和对外部承包商的依赖，使防控装备更多由运行人员、巡检人员等少量人员维护，实现系统化运行。海上拦截或导引仍是冷源防控中不可缺少的环节，重点需解决拦截系统状态保持、可靠性提升和长期可持续运行问题。传统柔性拦截网偏临时性，每年更换不可持续，未来可探索金属网或其他新材料，提高结构稳定性、耐久性和可靠性，并优化网体形状、材料、防附着能力和抗堵塞能力。同时，应提升拦截网布设、状态监测、清理维护等环节的自动化水平，使自动化装备支持更有效拦截、更少人工操作和更可靠运行。
报告还提出，装备分级应结合安全等级要求进行，部分设备需提高质保等级。设计参数需关注潮差、波浪、风速等环境载荷，可考虑波高2.25米、波周期10.4秒、风速50米/秒等包络性控制值。当网体部分结构位于水面以上时，应重点考虑风荷载影响。
在计算模型与平台化应用方面，报告介绍，相关计算理论、模型和指标方法已通过软件手段实现平台化运算。平台可用于输入工程数据、计算风险水平并评估防控体系匹配性。目前平台部署在内部服务器和内网环境，未来在合适时机可向行业开放试用，推动数据输入、模型验证和工程适用性讨论。报告最后表示，希望与装备制造企业、科研机构和电厂共同开展防控装备及指标体系研究，并通过公开文献、工程实践和平台计算持续完善冷源防控理论与技术体系。
