核电厂大型海水冷却塔盐沉积的环境影响预测方法及应用

第39卷第1期核科学与工程Vol.39 No.1 2019年2月Nuclear Science and Engineering Feb.2019

核电厂大型海水冷却塔盐沉积的

环境影响预测方法及应用

焦计水，李 超

（中核华电河北核电有限公司，河北沧州 061000）

摘要：随着国内核电厂规模不断扩大和集中，为保护海洋生态环境，滨海核电厂将以大型海水冷却塔二次循环作为主要冷却方式。研究盐沉积的计算方法对海水冷却塔环境影响评价工作具有重要意义。本文采用SACTI程序，建立冷却塔数学模型，以河北海兴核电厂大型海水冷却塔为例，模拟计算飘滴和沉降影响，进而根据循环冷却水含盐量，评价盐沉积的范围和影响。结果显示海水冷却塔的盐沉积不会对该厂址周边植物产生危害。

关键字：核电厂；海水冷却塔；盐沉积

中图分类号：TL48文章标志码：A文章编号：0258-0918（2019）01-0006-05

Environmental Impact Prediction Method and Application for

Salt Precipitation of Large Scale Seawater Cooling Tower in

Nuclear Power Plant

JIAO Jishui，LI Chao

（CNNP CHD Hebei Nuclear Power Co.，Ltd，Cangzhou of Hebei Prov.061000，China）

Abstract：With the increasing scale and concentration of nuclear power plants in China，in order to protect the marine ecological environment，Nuclear power plant will use two cycles of large seawater cooling towers as the main cooling mode. It is of great significance to study the calculation method of salt deposition in the environmental impact assessment of seawater cooling towers. In this paper，the mathematical model of cooling tower is established by using SACTI procedure，taking the large seawater cooling tower of Hebei Haixing nuclear power plant as an example to simulate the influence of droplet and sedimentation，and then to evaluate the range and influence of salt deposition according to the salt content of circulating cooling water. The results show that salt deposition in seawater cooling towers does not harm the plants around the site.

Key words：Nuclear power plant；Seawater cooling tower；Salt deposit

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收稿日期：2018-06-21

作者简介：焦计水（1962—），男，河北石家庄人，高级工程师，本科，现从事核电项目设计管理方面研究

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根据《“十三五”核工业发展规划》，国内运行和在建核电厂规模将不断扩大、场地日趋集中，造成海洋环境保护工作日趋严峻。为避免对海洋生态环境的影响，滨海核电厂将以大型海水冷却塔二次循环作为主要冷却方式，从而减少核电厂温排水的环境影响[1]。目前，国内核电厂尚无已建成的海水冷却塔，海水冷却塔的环境影响评价方法也缺乏实践经验。

海水冷却塔与淡水冷却塔的重要区别之一就是海水冷却塔会造成盐沉积，可能会对厂址周边植物生长造成影响。因此，研究讨论大型海水冷却塔盐沉积的预测方法对环境影响评价工作具有重要意义。

本文根据美国核管会推荐的SACTI 程序[2−3]，以河北海兴核电厂为例，建立海水冷却塔飘滴计算模型，模拟计算冷却塔的飘滴沉降范围，然后根据该电厂的循环冷却水含盐量，评价计算盐沉积的范围和影响。

1 建立模型

1.1 SACTI 程序功能

SACTI 程序既能计算单塔造成的环境影响，也能计算多塔呈一定走向排开时的环境影响，计算结果包括冷却塔周边16个方位、各距离段所构成的子区内雾羽长度频率分布及全年太阳辐射累积损失量分布、水沉积量分布和盐沉积量分布。 1.2 飘滴计算模型

核电厂循环冷却水在冷却塔内溅落过程中，产生大量的细小水滴，被上升气流顶托带出塔外，形成飘滴。相对湿度小于100%时，由于蒸发作用飘滴缩小，在到达地面前可能全部蒸发，因此需考虑由于蒸发而造成飘滴粒径与质量的变化，单位时间内飘滴粒径与质量可由式（1）～式（4）计算：

d π()d d

e a m

q q D Sh t

δρ=−− （1） 1/21/320.553Re /(/)Sh δν=+

（2）

[]2

1

021/()/(s s s d e e e g t M i m m m RH

M q q q RH L MSh q R T K Nu δρ−⎧⎫⎛⎫⎪⎪+−−⎨⎬ ⎪−⎪⎪⎝⎭⎩⎭=+）

（3） 52

1.1770.746

0.2243.0210(0.0093cm)

6816(0.0093cm 0.068cm)2155(0.068cm 0.26cm)1077(0.26cm )

t D D D D V D D D D ⎧×⎪×⎪=⎨×⎪⎪×⎩＜＜＜＜＜＜

（4）

式（1）～式（4）中：m 为飘滴质量，g ；δ为飘滴扩散系数，0.24 cm 2/s ；q d 为飘滴表面比湿，

g/g ；q e 为环境大气比湿，g/g ；Sh 为舍伍德数；ρ为雾羽中飘滴的密度，g/cm 3；Re 为飘滴雷诺数；ν为空气动力学黏度，cm 2/s ；Rg 为常数，

8.32 × 107 erg/mol ·K ；m s 为溶液的质量，g ；M s 为溶液的分子量，g/mol ；M 0为水的分子量，g/mol ；M 为飘滴的分子量，g/mol ；L 为凝结潜热，J/g ；RH 为相对湿度，

（0～1）；i 为范特霍夫因子，（1～2）

；Nu = 2 + 0.552 Re 1/2（ν/k t ）1/3；k t 为空气的热扩散率，在300 K 时取0.24 cm 2/s ；V t 为某一粒径粒子沉降末速度，cm/s ；D 为粒子粒径，飘滴粒径在0.000 1～0.007 cm ，

cm 。

某一距离范围内（x a ～x b ），图1为飘滴沉积区示意图，飘滴小时沉积通量可由式（5）和式（6）计算：

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()j i

b a

M f x x ωφ=− （5）

(/)2t i i V x U f R

Δ=

（6）

式（5）和式（6）中：x a 、x b 分别为飘滴沉积区内、外边界到冷却塔的距离，km ；ω为飘滴沉积通量，表示飘滴每小时在每平方公里的假想平面沉积的质量，kg/km 2·h ；M j 为在间隔（∆x i = x b − x a ）里离开雾羽飘滴的质量，kg ；φ 为雾羽水平方向扩散的角度，一般取10°

～20°，（°）；f i 为飘滴沉积量占飘滴总量的十分之几；U 为周围空气速度，m/s ；R 为可见雾羽半径，m 。

图1 飘滴沉积区示意图

Fig.1 Gone with the wind drops of sedimentary

zone diagram