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一台核电机组有多个“心脏”
高规格安全监管的同时,核电厂的设计要求本身就很高。刘华强调,核电厂一直遵循纵深防御原则,“任何安全设备绝不止是一套,一定是冗余的,而且还有多样性,有气动的、有电动的……多种驱动方式。”他举例,核电厂的主泵,是用来驱动冷却水在反应堆冷却系统里循环流动的泵装置,好比空调的压缩机。没有它,管道里的水就无法流动,也就没法利用核能发电。对运行中的反应堆来说,主泵出了毛病会使堆芯失去冷却而不断升温,酿成核事故,是核电厂最重要的设备之一,所以常常被人称为“核电的心脏”。刘华告诉《环境与生活》,这种比喻有它形象的地方,但也存在不准确之处。“不了解核电的人可能会想,心脏对人和动物来说都只有一个,主泵这颗“心脏”要是坏了那整个核电厂肯定就出问题了。但核电厂不止一个‘心脏’。以咱们最新的第三代机组AP1000来说,每台机组都有4个‘心脏’,只要一台主泵满功率运行就能把反应堆的全部热量带出来。”
正在吊装的第三代核电机组AP1000的主泵来源:中核五公司官网
就此,刘华向记者阐明了设计和技术层面的两条基本原则。一是单一设备出问题不能引发核事故,称为单一故障准则,比如以上介绍的主泵问题;二是不能有共同的一个原因,造成核电厂所有设备同时发生故障,称为共因失效准则,比如地震一来,核电厂所有系统都不能用了。“这(两种情况)在设计上就是不允许的。我们审查的时候会一条一条看你满不满足这个原则。”
工艺革新助力可靠性升级
刘华介绍,现阶段国际上商业化应用最新的第三代核电技术,安全性相比第二代有了质的飞跃,它的设计理念就是以安全性为最高目标的,为预防和缓解事故做了非常大的投入和改进。我国目前在建和拟建的商用核电厂,用的都是第三代核电技术。以上提到的AP1000,是美国西屋公司研发的一种先进的“非能动型压水堆核电技术”。据了解,AP1000设计简练,易于操作,加入了很多“非能动”安全设计,事故工况下不需要依赖外部能源就可以正常触发应急安全措施,理论上被称为当前国际最先进的核电技术之一。刘华透露,采用AP1000技术的浙江三门核电厂和山东海阳核电厂,很快就要迎来核燃料装载这一最关键的工程节点,将成为全球第一批投入运行的第三代核电厂。
除了安全设计的革命性提升,第三代核电技术的生产工艺和制造方法也在变。“焊的东西少了,拿螺丝拧的东西少了,卷板、铸造的东西少了,原来有接头的地方现在没了。”刘华举例称,所谓铸造工艺,是把高温的液态金属浇铸到模子中,待其冷却凝固成型的金属热加工工艺。随着技术进步,锻造工艺正在逐步取代铸造工艺。因为浇铸过程中可能会留有孔隙或者气泡,可能成为小小的隐患。而锻造工艺能优化微观组织结构,让材料更加致密,从而避免这种缺陷。没有了焊缝、铸态疏松问题,同样材料的锻造件,强度、疲劳特性(影响使用寿命)等机械性能都明显优于铸造件和焊接件。刘华比喻:“这就像和面似的,反复揉捏摔打,面团就会很紧实。锻造就是干这件事儿的。”他表示,我国在核电上基本是制造强国,在核电设备的制造能力和质量方面,不输于世界任何国家。
首堆创新多施建时间长
《环境与生活》记者了解到,AP1000采用模块化施工建设,很多系统和子系统可以在工厂而不用到核电厂址装配,建设时间据说可缩短至3~4年。然而,我国的三门核电厂开工至今已有八九个年头,为什么会拖期这么久?
刘华解释,AP1000作为创新项目,第一次把图纸变成现实,要通过模拟实际工况的反复试验来进行验证,这符合工程技术界的普遍规律。“比如模块化生产,各个部件拼在一起,插头和接口的位置可能会有偏差,尺寸不合适,可能会出现原来开了洞的堵上,在旁边再开一个(的情况)。”尤其是核电技术的跨代研发,更会遇到意想不到的问题,在建造过程中发现和解决这些问题难免费时费力。他表示,纵观全球各国,凡是使用新技术的第一台机组,建设时间都用了8~10年。“但当第一个项目建成了以后,所有的设计方案就确定了,再往后的项目就是‘复制’的过程了。”
记者查阅资料发现,AP1000主泵功率比以前其他机组的都大,外围尺寸限制要求较高,给轴承设计带来了更大难度。经过5年左右研制和反复调试验证,目前三门和海阳4个机组的16台主泵运行正常,满足了技术规格书的要求。
与AP1000机组配套的汽轮发电机
【环境百科】
国家核安全局
国家核安全局成立于1984年,为独立的法人机构,由当时的国家科委(现为科技部)代管,国家科委副主任兼任国家核安全局局长。1998年,国家核安全局并入原国家环保总局(现环保部),并保留国家核安全局的牌子。2011年福岛核事故后,国家对核安全监管机构进行了改革,将核与辐射安全监管业务司由一个调整为3个,同时加强了核与辐射安全有关政策、规划、法规标准、科研等方面的工作职能。
国家核安全局由局机关、6个地区监督站和技术支持单位组成。局机关业务部门由3个业务司与一个国际合作处组成。其中核设施安全监管司(核一司)主要负责3个业务司的综合协调;开展政策、规划、法规标准与科研、应急管理与辐射监测、人员资质、核安全设备管理等工作。核电安全监管司(核二司)负责核电厂、研究型反应堆、临界装置等核设施的核安全、辐射安全、辐射环境保护的行政许可和监督检查。辐射源安全监管司(核三司)负责核燃料循环设施与核材料运输安全、放射性废物管理、辐射源安全、铀矿冶与电磁辐射的管理。
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