來源:科技日報(bào) 發(fā)布日期:2017-01-12
備受關(guān)注的中國從美國引進(jìn)三代核電AP1000全球首堆——三門核電站1號機(jī)組,目前正在熱試中,計(jì)劃今年上半年并網(wǎng)發(fā)電。這比其原工程節(jié)點(diǎn),整整延誤了3年多。
為了一塊銹跡的“小題大做”
針對公眾疑慮的這一延誤,國家電投董事長王炳華透露,反應(yīng)堆冷卻劑屏蔽主泵研制,是“影響工期的最大難題”。
2012年5月,主泵的工程與耐久性試驗(yàn)在美國EMD工廠內(nèi)完成后,有兩臺(tái)發(fā)往三門,用于電站調(diào)試;2013年7月,后續(xù)產(chǎn)品出廠試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一些銹蝕,EMD按規(guī)定第一時(shí)間上報(bào)給中國國家核安全局駐廠站。本來,這點(diǎn)小問題對主泵的穩(wěn)態(tài)工況毫無影響,完全可支持電站調(diào)試(畢竟只是調(diào)試);時(shí)任國家核電技術(shù)公司董事長王炳華卻表示,“小問題也不能容忍”,果斷要求作根本原因分析,并再做一次整機(jī)的工程與耐久性試驗(yàn)。
這意味著主泵在核電站各種運(yùn)行工況下成功運(yùn)行1600多個(gè)小時(shí),包括600多個(gè)啟停循環(huán),均需推倒重來,工期、成本以及來自社會(huì)各界的壓力巨大。但為了一個(gè)“完美的主泵”,這樣的“小題大做”是必須、必行和必然。
這不是一個(gè)特例。
現(xiàn)實(shí)中,在核電設(shè)備制造環(huán)節(jié),除了這些數(shù)不清的測試、試驗(yàn)、驗(yàn)證,還有一套被稱為“合格性文件”的全過程制造記錄:大到反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、主泵,小到一個(gè)封頭、一支螺栓、一顆螺絲釘,在它們成為產(chǎn)品的每一節(jié)點(diǎn),都有詳盡的記錄,以保證其制造全過程都可追溯。常常是,廠家發(fā)出的貨本身只裝了一小箱,而跟隨它的“合格性文件”卻得用汽車才能運(yùn)走。
核安全為什么被稱為工業(yè)領(lǐng)域最高級別的安全?這,是答案的一部分。
“從頭到尾暴露在陽光下”
事實(shí)上,如此高級別的安全,是由一個(gè)事無巨細(xì)、無所不包的完整體系保證,它包括:“蠻不講理”的監(jiān)管、“不惜代價(jià)”的安全設(shè)計(jì)|無孔不入的核安全文化、“無條件順從”的安全程序、“嚴(yán)格到苛刻、細(xì)化到極致”的安全質(zhì)量管控,等等。這些,業(yè)界天天在做,習(xí)以為常;常人知之甚少,甚至一無所知。公眾“疑核”,根亦在此。
“核能從頭腦里的一個(gè)想法變成現(xiàn)實(shí)”,其間要經(jīng)過多少道安全審查,每一道審查都意味著什么,“這么多年都是被審查對象”的清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院院長張作義“深知它的厲害”。
用他的話來講:“搞核能的特別辛苦,因?yàn)楸仨殢念^到尾暴露在陽光之下。”“陽光”指的就是核安全局監(jiān)管。
“對核安全局而言,我不管你反應(yīng)堆建成建不成,什么時(shí)候建成,我的責(zé)任是保護(hù)公眾。”所以在業(yè)界看來,“跟核安全局沒有道理可講,因?yàn)樗鍪潞芎唵危龅拿恳患拢加幸槐竞窈竦姆ㄒ?guī)作依據(jù),而這些法規(guī)是從美國、從全世界吸納過來的”。我們國家在管理上完全跟國際接軌,最早是核安全監(jiān)管。整個(gè)系統(tǒng),從法規(guī),到標(biāo)準(zhǔn)、審查步驟,全部向美國核管會(huì)(NRC)看齊。
張作義舉例說,高溫堆安全許可證審查時(shí),核安全局一共提了2000多個(gè)問題。而且,“問題沒有任何邊界,他可以隨便亂問,但你回答就不能隨便亂說了”——必須書面作答,而且得有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。“回答他一個(gè)問題,比我們寫篇論文發(fā)表在國際刊物上還要費(fèi)勁。”備受關(guān)注的中國從美國引進(jìn)三代核電AP1000全球首堆——三門核電站1號機(jī)組,目前正在熱試中,計(jì)劃今年上半年并網(wǎng)發(fā)電。這比其原工程節(jié)點(diǎn),整整延誤了3年多。
為了一塊銹跡的“小題大做”
針對公眾疑慮的這一延誤,國家電投董事長王炳華透露,反應(yīng)堆冷卻劑屏蔽主泵研制,是“影響工期的最大難題”。
2012年5月,主泵的工程與耐久性試驗(yàn)在美國EMD工廠內(nèi)完成后,有兩臺(tái)發(fā)往三門,用于電站調(diào)試;2013年7月,后續(xù)產(chǎn)品出廠試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一些銹蝕,EMD按規(guī)定第一時(shí)間上報(bào)給中國國家核安全局駐廠站。本來,這點(diǎn)小問題對主泵的穩(wěn)態(tài)工況毫無影響,完全可支持電站調(diào)試(畢竟只是調(diào)試);時(shí)任國家核電技術(shù)公司董事長王炳華卻表示,“小問題也不能容忍”,果斷要求作根本原因分析,并再做一次整機(jī)的工程與耐久性試驗(yàn)。
這意味著主泵在核電站各種運(yùn)行工況下成功運(yùn)行1600多個(gè)小時(shí),包括600多個(gè)啟停循環(huán),均需推倒重來,工期、成本以及來自社會(huì)各界的壓力巨大。但為了一個(gè)“完美的主泵”,這樣的“小題大做”是必須、必行和必然。
這不是一個(gè)特例。
現(xiàn)實(shí)中,在核電設(shè)備制造環(huán)節(jié),除了這些數(shù)不清的測試、試驗(yàn)、驗(yàn)證,還有一套被稱為“合格性文件”的全過程制造記錄:大到反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、主泵,小到一個(gè)封頭、一支螺栓、一顆螺絲釘,在它們成為產(chǎn)品的每一節(jié)點(diǎn),都有詳盡的記錄,以保證其制造全過程都可追溯。常常是,廠家發(fā)出的貨本身只裝了一小箱,而跟隨它的“合格性文件”卻得用汽車才能運(yùn)走。
核安全為什么被稱為工業(yè)領(lǐng)域最高級別的安全?這,是答案的一部分。
“從頭到尾暴露在陽光下”
事實(shí)上,如此高級別的安全,是由一個(gè)事無巨細(xì)、無所不包的完整體系保證,它包括:“蠻不講理”的監(jiān)管、“不惜代價(jià)”的安全設(shè)計(jì)|無孔不入的核安全文化、“無條件順從”的安全程序、“嚴(yán)格到苛刻、細(xì)化到極致”的安全質(zhì)量管控,等等。這些,業(yè)界天天在做,習(xí)以為常;常人知之甚少,甚至一無所知。公眾“疑核”,根亦在此。
“核能從頭腦里的一個(gè)想法變成現(xiàn)實(shí)”,其間要經(jīng)過多少道安全審查,每一道審查都意味著什么,“這么多年都是被審查對象”的清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院院長張作義“深知它的厲害”。
用他的話來講:“搞核能的特別辛苦,因?yàn)楸仨殢念^到尾暴露在陽光之下。”“陽光”指的就是核安全局監(jiān)管。
“對核安全局而言,我不管你反應(yīng)堆建成建不成,什么時(shí)候建成,我的責(zé)任是保護(hù)公眾。”所以在業(yè)界看來,“跟核安全局沒有道理可講,因?yàn)樗鍪潞芎唵危龅拿恳患拢加幸槐竞窈竦姆ㄒ?guī)作依據(jù),而這些法規(guī)是從美國、從全世界吸納過來的”。我們國家在管理上完全跟國際接軌,最早是核安全監(jiān)管。整個(gè)系統(tǒng),從法規(guī),到標(biāo)準(zhǔn)、審查步驟,全部向美國核管會(huì)(NRC)看齊。
張作義舉例說,高溫堆安全許可證審查時(shí),核安全局一共提了2000多個(gè)問題。而且,“問題沒有任何邊界,他可以隨便亂問,但你回答就不能隨便亂說了”——必須書面作答,而且得有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。“回答他一個(gè)問題,比我們寫篇論文發(fā)表在國際刊物上還要費(fèi)勁。”
“沒有最安全,只有更安全”
國核技專家委員會(huì)委員林誠格談到,業(yè)界面對“反核”人士時(shí),對方說得最多的就是“萬一”,反映出一種對極端事故及其后果的擔(dān)憂。
其實(shí),業(yè)界考慮的極端狀況,是常人所說“萬一”的“萬一”。
對應(yīng)美國核管會(huì)要求,概言之,二代核電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為,反應(yīng)堆堆芯熔化事故概率小于10的負(fù)4次方/堆˙年,大規(guī)模放射性釋放概率小于10的負(fù)5次方/堆˙年,意味著前者10萬年一遇,后者100萬年一遇;三代核電,則在此基礎(chǔ)上各提高一個(gè)數(shù)量級,意味著大規(guī)模放射性釋放概率小于千萬年一遇,“跟隕石砸中腦袋差不多”。
體現(xiàn)的設(shè)計(jì)理念是,既然100%的安全是不存在的,那么,剩下能做的只有一件事——盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)。從被稱為原型堆的第一代核電,到具有系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、批量化的第二代或二代+(即二代改進(jìn)型)核電,再到在二代基礎(chǔ)上總結(jié)提高的第三代核電,實(shí)質(zhì)就是在做這件事:“沒有最安全,只有更安全”。
核電站安全控制千頭萬緒,張作義歸結(jié)為“三大關(guān)鍵問題”:防止功率失控增長、載出剩余發(fā)熱、放射性物質(zhì)的包容。說白了就是,盡可能防止極端事故堆芯熔化的發(fā)生(溫度控制是關(guān)鍵);即使發(fā)生,也不讓放射性外泄。
國家電投中央研究院副院長、國家科技重大專項(xiàng)大型先進(jìn)壓水堆“核電關(guān)鍵設(shè)計(jì)軟件自主化技術(shù)研究”首席科學(xué)家楊燕華則簡化為兩點(diǎn):廠房內(nèi),事故條件下反應(yīng)堆堆芯熔化的可能性;廠房外,大規(guī)模放射性釋放的可能性。
能不能根本不讓事故發(fā)生?
具有第四代特征的“球床模塊式高溫氣冷堆”技術(shù),在張作義看來,其設(shè)計(jì)圓滿解決了核安全的三大關(guān)鍵問題。采用低的功率密度,不需要輔助的安全系統(tǒng);這種系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)依賴物理過程,可以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,是一種固有的安全特性,不會(huì)發(fā)生堆芯融化事故或大量放射性釋放事故。楊燕華把它總結(jié)為“以往核電站安全設(shè)計(jì)是盡可能降低事故發(fā)生的概率,而高溫氣冷堆做到了根本不讓它發(fā)生”。這已經(jīng)無限接近絕對安全的幻想了。
驗(yàn)證這樣一套安全理念和標(biāo)準(zhǔn)是否真能成立,需要專門的安全分析軟件。楊燕華介紹,國家電投去年發(fā)布首個(gè)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核電軟件COSINE,即核反應(yīng)堆堆芯物理、熱工和系統(tǒng)安全分析一體化軟件包,它最終指向一點(diǎn):核電站所有部件在多大的功率、壓力、溫度下是能承受住的。
現(xiàn)實(shí)中,核電站不可能真的嘗試功率、壓力、溫度達(dá)到極值下的承受力,只能通過工具(模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架數(shù)據(jù))來驗(yàn)證。以概率安全分析(PSA)程序?yàn)槔核押穗娬舅邢到y(tǒng)分成最小部件,按“3C黃金守則”(即功率可控、熱量可降、放射性可包容)計(jì)算它們每一個(gè)的失效概率,最后得出“頂層結(jié)論”:反應(yīng)堆會(huì)否熔穿,放射性會(huì)否跑出壓力容器,等等,以及建立在此基礎(chǔ)上的60年壽期預(yù)期。
無所不用其極的安全細(xì)節(jié)
在建造施工環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)以上安全理念、標(biāo)準(zhǔn)的手段,可謂無所不用其極。
以具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華龍一號全球首堆福清核電站5號機(jī)組為例。記者曾在現(xiàn)場看到,跟毗鄰的采用二代改進(jìn)堆型(M310)的1至4號機(jī)組相比,5號機(jī)組的核島廠房明顯大了一號,這緣于成倍數(shù)高出的工料、工時(shí)投入,主要用在了“多重冗余的安全系統(tǒng)”,目的只有一個(gè):讓華龍一號更安全。
記者還注意到5號機(jī)組這樣一個(gè)細(xì)節(jié):燃料廠房最外層防護(hù)結(jié)構(gòu)每一根鋼筋的接頭處,都多出一圈普通鋼筋所沒有的套筒。施工方解釋,這一小小的進(jìn)口套筒,使得采用APC売的防護(hù)結(jié)構(gòu),能承受商用大飛機(jī)加載應(yīng)變率1.0/秒的瞬間沖擊,在受損后還可修復(fù)完善;電氣廠房、反應(yīng)堆廠房也采用相同配置。
而高溫氣冷堆對包覆顆粒燃料的絕妙設(shè)計(jì),是其“本質(zhì)安全”的另一基石。張作義表示,這種“無論如何不會(huì)被燒壞”的燃料顆粒,決定了高溫氣冷堆“在任何情況下”都不會(huì)有放射性泄漏的可能。
2012年,中國完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料元件由國際權(quán)威的荷蘭核研究咨詢機(jī)構(gòu)PETTEN進(jìn)行輻照檢測試驗(yàn),結(jié)果裂變氣體釋放率維持在10的負(fù)9次方水平,遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),也明顯優(yōu)于其他國家同類元件。據(jù)悉,該燃料元件即將應(yīng)用于石島灣200兆瓦高溫氣冷堆示范電站。
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