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摘  要

      文章提出了對壓水堆核電站核用水下燈的基本要求：必須既要保證固有安全、又能提供足夠的照度；闡明了以上兩大基本要求提出的理由以及違背后的對核電系統及設備安全造成的嚴重后果；介紹了核行業強制性標準《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998）制定的背景及貫徹標準后的良好效果；闡述了核用水下燈與普通水下燈不同處的原因；提出了在核電大發展的今天更需牢固樹立核電設備安全質量第一的理念。

      關鍵詞：水下燈 外來異物 核設施安全 行業標準#page#

1. 前言

      核用水下燈，是壓水堆核電站反應堆裝卸料和檢修等水下作業以及乏燃料后處理廠乏燃料儲存水池進行水下操作觀察等必備的照明裝置。

      因使用場所的重要性及環境特殊性，該裝置必須滿足兩大基本要求：

      安全可靠性高：不得因水下照明裝置本身的不可靠、不安全因素影響到核設施的安全；

      必須照得亮：必須能提供水下操作所要求的足夠的照度，以避免因照度不足所致的不當操作。

2. 對核用水下燈安全性和光照效果的要求

2.1 核用水下燈的安全性要求

      在壓水堆核電站堆腔水池、卸料轉運水池（前述兩池間有水閘門隔離）、水道以及乏燃料貯存水池中，對核用水下燈的安全性要求主要有如下幾點：

      不得有任何物料或零件從核用水下燈及其相關附屬部件脫落而掉入水池或操作環境中；

      在任何情況下不得發生爆炸、燃燒、熔融事故（包括電纜、電氣元件等易燃物）；

      核用水下燈及與之相關的部件，如提升機構、電纜、電子元器件等，均應具有一定的耐輻照、耐壓、耐溫、耐沖擊能力；

      核用水下燈及與之相關的所有部件均不得對其使用環境有負面影響，如污染水體、散發有霧氣體、產生明火等負面效應；

      核安全法規明確規定，壓水堆核電站的冷卻水中絕對不允許有外來異物或雜質混入，如有像光源玻璃破損碎片或燈具的緊固件等異物掉入一回路冷卻劑系統中，其后果將十分嚴重。尤其是堆芯中有燃料組件時，若其上方的光槍或裝卸料機專用水下燈發生炸裂，則其危害對核電機組而言將是致命性的。

 即便是小米粒般大小的玻璃碎片如落入燃料組件的棒束間，都將會產生“搭橋”效應，阻塞流道，影響元件冷卻，或隨高速流動的冷卻劑沖刷燃料元件包殼管，造成包殼熔破，繼而導致大量裂變產物污染一回路水。

      同時，如此微小的玻璃碎片還會影響到控制棒在導向管中的提升和下落操作（控制棒與導向管間有少量動水冷卻控制棒），燈具上的其余金屬零部件碎片也可能進入主系統中的主泵等重要設備中的某些微小間隙等導致運動設備磨損或破壞。這種涉及反應堆運行控制的重大安全問題在核電站運行中是絕不允許的！

      微小玻璃碎片還會通過高溫（≈300℃）、高速流動的一回路水（壓力≈15MPa）進入蒸汽發生器，繼而高速沖刷壁厚大約僅為1mm的有數千根之多的列管內壁，一旦管壁蝕穿，必將污染二回路系統，造成放射性污染擴散，甚至釀成嚴重的核安全事故。

      如裝卸料機專用水下燈或光槍爆裂，玻璃屑則有可能進入裝卸料機的鉤形爪內，將對抓取燃料組件產生極大的麻煩。

      如燈具的緊固件等尺寸較大的不銹鋼部件一旦落入高溫、高速循環流動的水中，則會嚴重沖蝕堆內構件，甚至可能會導致堆內構件的松動或破損。

      此外，如微小玻質碎粒掉入一回路中，隨著一回路循環水的流動，亦有可能被帶入壓力容器法蘭有開孔的內O形密封環內，成為安全隱患。

      上述現象都是核電站安全運行絕不允許發生的。因此，核用水下燈雖非核安全級設備，但卻是與核安全有著緊密聯系的重要設備。#page#

2.2核用水下燈光照效果要求

      在壓水堆核電站中，核用水下燈主要用于停堆換料時堆芯燃料組件的卸料和裝料過程。該作業過程是在水下近10米遠距離處進行，如果沒有足夠的照明，將影響卸料和裝料的操作速度，甚至會發生燃料損傷事故，不僅對電廠大修工期造成嚴重影響，還可能導致核安全事故。因此充足的水下照明是壓水堆核電站大修關鍵路徑——卸料和裝料順利完成的重要保證。

      此外，對核用水下燈光源的色溫也有要求，即光源發出的光照到物體上時，不得使被照物的真實色彩發生“失真”，即要求光源具有高顯色性能。

      核用水下燈在堆芯換料水池、燃料貯存水池以及裝換料操作過程使用時，如果光照效果（照度和顯色性）不好，將直接影響到操作的準確性和安全性。如國內某核電站因核用水下燈照度不足影響操作，導致不止一次將控制棒壓壞。幸好當時庫存有一備件，否則國外緊急采購、專機運送、停堆等相關損失將高達億元計。

      圖1、圖2示出了某核電站因安全問題遭淘汰的核用水下燈及現用核用水下燈的光照效果對比。

3. 核用水下燈安全事故案例

3.1. 兩次事故的情況

      我國核電站所使用的核用水下燈既有國產的也有進口的。無論從法國進口的還是初期的國產核用水下燈，在1996年1月11日和15日都曾相繼發生過嚴重的爆炸或燃燒、熔融事故，見圖3至圖8。

      燈具透光罩部分的保護網罩被炸開；

      固定螺釘被炸飛（見圖4）；

      透光罩玻璃被炸飛，部分落入堆芯，搜集到的較大尺寸易撿拾的玻璃碎片被放入塑料桶（見圖5）

3.2.嚴重后果

      這兩次核用水下燈安全事故均導致核電機組無法正常運行，延長了停堆時間。發生此類事故，往往會造成上億乃至數億元人民幣的經濟損失，且社會影響惡劣。

3.3.處理事故異常艱難

      根據核安全局的要求以及核電機組安全運行的需要，必須把掉落水體中的部件碎片不折不扣全部清理出來。而做到這一點十分困難，代價昂貴。不僅需投入大量成本采購專用工具，且處理異物需花費寶貴的大修關鍵路徑時間，同時還要考慮多種因素：

 打撈時需考慮堆內構件是否要全部吊出，且起吊操作將異常困難；

 需考慮如何進入強放射性區域從負十幾米、乃至近負二十米的水池中打撈出這些碎片，同時需要使用專門設計和加工的設備來進行處置；

 如何保證小米粒般大小碎片均能被全部打撈出來是一件非常困難的工作。
打撈、清理、驗證、見證、論證、評價等一系列程序結束后，國家核安全局才可作出決定頒發可開堆運行的許可證。

#page#3.4.事故的教訓

      這兩次事故的教訓集中到一點，就是必須采用經過長期考驗的符合標準的成熟可靠的產品。對于未經長時間考驗性試用過的不成熟產品，必須持謹慎態度。核電設備國產化所要求的，應該是安全的、通過各種試驗驗證的、符合相關標準要求的高質量的產品，這也是當前核電快速發展所必需的。

4.核用水下燈強制性標準推出的背景

      1996年1月11日和1月15日，國內的兩座核電站（自主研發和進口各一座）的核用水下燈相繼發生了爆炸和燃燒，驚動了核工業界。與此同時，在同樣條件下常熟市輻射技術開發應用研究所（下文簡稱“常熟所”）生產的核用水下燈，在秦山核電站使用過程中安然無恙，鮮明的對比引起了轟動。1996年1月下旬在北京核工業技術情報所舉辦的中核總八五科技成果展上，劉華清等四位中央軍委原副主席在中核總原總經理蔣心雄、原副總經理李定凡、科技局原局長嚴叔衡等的陪同下，參觀并詢問了常熟所產的核用水下燈（見圖9）。

      在此背景下，核領域的專家提出了應盡快制定出我國核用水下燈標準的強烈要求，并指出該標準必須是強制性的。同時，國產化的、安全高效的、經過充分使用驗證的核用水下燈受到了核領域專家的關注。

      1998年，筆者受托執筆起草了標準《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998），并于當年11月在核工業標準化研究所通過了這一強制性標準。該標準于1999年1月1日正式實施，同年5月7日至9日在常熟市召開了貫徹該標準的宣貫會。

5.《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998）發布后的情況說明

      《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998）作為行業標準發布以后，受到各方面的重視，但也有部分單位不以為然。實踐證明，對該標準的認識不同，也導致了不同的結果。

      凡認真貫徹核用水下燈標準的生產、設計和使用單位，從1999年以來再未發生過核用水下燈在核電站水池中爆炸、燃燒、燈具損毀部件落入水池的事故。反之，則仍然出現了核用水下燈爆炸損壞事故，具體案例如下：

      我國某援外核電站在調試過程中，已安裝在燃料廠房和堆廠房水池中的核用水下燈大批發生爆裂，無法使用，導致已安裝好的核用水下燈全部退用。應急更換國內合格供應商的核用水下燈后，從2001年開始選用至今，符合《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998）標準生產的核用水下燈已在該援建核電站中使用了近十年，再未發生產品安全事故。援建的第二臺機組亦采用了該供應商的產品。
因采購中沿用以往程序，一時未考慮到需用我國強制性標準《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998）考核的某型號核用水下燈，近年發生事故，幸而碎裂物掉入堆腔導向柱旁的平臺處，工作人員不得不冒著強輻照小心翼翼地將掉落的部件揀拾出來。

6.國產達標核用水下燈的技術含量

      上世紀九十年代初，在我國上海集中了一批燈具專家和核電專家，集中力量做了大量艱苦的工作，甚至租用了一座游泳池，專門為我國首座自主研發的核電站（浙江海鹽秦山核電站）研發核用水下燈。但因是首次研發，一時未能達到理想效果。在這種情況下，國外核用水下燈的進口價格竟成天價。

      2001年4月25日，全國研制燈具實力最強、專家云集的某甲單位，因接受的某項國防用水下燈研制任務遭遇到技術瓶頸，受困達二年，后向某乙單位求助。該乙單位經過技術攻關，最終解決了問題，并安全供貨至今。甲單位這種嚴謹、客觀、求真務實、對用戶負責的態度值得稱道。

      1994年初，剛成立的常熟所參與了核用水下燈的研發。常熟所首次研發的產品經秦山核電站（秦山一期）試用合格后，在中核總主持下，通過了以核科學家王淦昌院士為首組成的專家組的部級鑒定，并于1994年12月20日首次滿足了核電站裝卸料的應急要求。在此基礎上，常熟所不斷研發，完善產品功能和質量，產品自1994年供應核行業至今，保持了連續十七年未發生過任何不安全事故的記錄，被核領域專家譽為“核電設備國產化成功的典范”。大亞灣核電站維修處、技術支持處領導評價：比法國燈更安全、更亮、更輕巧。美國西屋公司對多家核用水下燈做了一系列細致客觀的考察后，自1998年開始，在中國核電站做服務性工作或工程設備承包中均采用常熟所產核用水下燈。

      有時，人們往往錯誤地認為核用水下燈和普通游泳池燈或水池噴泉照明燈的技術要求差不多。實則兩者大相徑庭，無論是技術指標，還是使用環境，以及對安全性能的要求兩者均截然不同。縱觀我國近十年來核用水下燈的使用經驗表明：核用水下燈長期工作在核輻射環境下、溫度高達50～70℃、含硼量在1200～2500ppm的水體中，高強度輻射會加速核用水下燈部件的老化，技術未成熟的核用水下燈在核電站水池中經3～5年使用后隱患才會逐步暴露，并導致核用水下燈事故的發生。因此，未在核電站中經3～5年考驗性使用的核用水下燈，如大批量使用具有較大風險，須慎重對待。

7.結束語：在核電大發展的背景下更須始終堅持安全質量第一的理念

      2010年9月20日嶺澳二期工程1號機組成功投入商業運行的慶祝會后，國家能源局舉辦了“合作、共贏、實現可持續發展”為主題的核電發展高層論壇會。

      會上國家能源局局長張國寶指出：嶺澳二期1號機組投產、秦山二期3號機組并網發電（以上兩臺機組的核用水下燈均由常熟所供貨），這標志著我國核電發展春天的到來。

      在我國核電發展的春天到來之際，國家主席胡錦濤9月5日在考察中廣核大亞灣核電基地時指出：要把安全放在最主要的位置。

      中核、中廣核集團歷來把核電站安全放在首位,不僅高度重視核設施的安全,而且十分關注涉及核安全的每一個細節，正如中核集團黨組指出的——“安全是核電的生命線”。

      國家核電技術公司董事長王炳華提出，全行業都要處理好規模、速度、安全和效益間的關系。“一旦發生事故，不但當前核電發展的大好形勢不復存在，而且也將危及國家改革發展的穩定……”。

      核用水下燈雖非核級設備，但與核安全關系密切，因此在其研發、制造、采購的各個環節均要慎之又慎。相關制造企業須建立一套完整的質量保證體系，嚴格按照國家相關標準和要求進行產品的設計、采購、加工、試驗。

      在研發過程中，如不吃透核用水下燈的技術要求、使用環境的特殊性，或按普通民品的思路開發，往往會事倍功半。當然更不允許僅僅為了應付鑒定，該做的試驗不做，做違背科學的事情，那將是十分危險的。

      在生產制造過程中，必須嚴格按照《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998）強制性標準執行，以“四個凡事”、“三個零”的準則進行嚴格質量管理。

      在招投標采購過程中，由于目前我國三大核電工程公司均采取設備總承包的方式，因此建議將《核用水下照明裝置》（EJ1088-1998）強制性標準作為核用水下燈招標文件中的“實質性要求”提出，著重考慮產品的安全性能及長期使用業績。

      筆者愿以環境保護部副部長、國家核安全局局長李干杰同志在論壇會上的講話作為本文的結束語，與大家共勉共鑒：“目前核電發展的勢頭良好，但隱患不少，務必保持清醒頭腦”。