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            有“感”的“核電”不可怕

            放大字體  縮小字體 發布日期:2020-07-16  瀏覽次數:237
            核心提示:科普專欄:有感的核電不可怕 重慶功能材料學會、中國儀學儀表功能材料學會 秘書長 聶尊譽核電可怕不可怕?自從日本核泄漏事故發生

            科普專欄:

             有“感”的“核電”不可怕

             

                  重慶功能材料學會、中國儀學儀表功能材料學會 秘書長  聶尊譽

             

            核電可怕不可怕?自從日本核泄漏事故發生以來,人們開始談“核”色變,核泄漏事故發生給人們留下陰影。然而全球許多國家不斷掀起興建核電的浪潮。為什么大家對核電發展趨之若鶩?

             “不怕不知道,不怕全知道,唯怕一知半解。”重慶材料研究院有限公司的王東哲總經理談起核電津津樂道。“”舉個例子:中國第一座核電站秦山核電站——浙江海鹽縣,是空氣環境最好的地方之一,那里的民眾,根本沒有一點核污染的擔心,因為許多核電專家、核電工作人員的家屬,退休后都留在海鹽居住。”

            從秦山一期、大亞灣核電站建成至今,我國核電已有30年的發展歷史,目前在役和在建的核電機組規模已有4000萬千瓦。解決了我國能源短缺的問題,核電給人們生活帶來更多“光明”。

             

            核電的優劣勢

             

            任何一種能源的使用都有優勢和劣勢,核電同樣,我們做一個比較:

            優勢:1、減少依賴石化燃料;2、能量巨大;3、原料需求小量;4、鈾礦蘊藏量豐富;5、成本較低(約為火力發電三分之一);6、清潔。

            劣勢:1、產生高低階放射性;2、廢燃料雖體積不大,但具有放射線。3、核能發電熱效率較低,比一般化石燃料電廠排放更多廢熱,故熱污染較嚴重。

            其實作為清潔能源的核電與石化能源相比較,具有很大的優勢,唯一讓大家“可怕”的是核污染。保障核電安全,不發生核污染,是趨利避害的關鍵所在。

             

                  揭開核電的面紗——認識核電和核電工業

             

            核反應堆是核電工業的“心臟”,它的安全是所有安全措施的重中之重。核反應堆擁有三道安全屏障,分別是燃料包殼、一回路壓力邊界和安全殼。這三道屏障必須像三個“金鐘罩”,讓他們牢牢控制著“核反應堆”。但怎樣才能做到讓“核反應堆”只做好事,不做壞事,不發生“核泄漏”?“金鐘罩”要發揮作用,就靠密密麻麻的傳感器及系統。提前替代人類“感知”放射,控制核泄漏等核污染。傳感器就是人類感官最好的延伸。

             

            防止核泄漏,“傳感器”的秘密

             

            傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。人們為了從外界獲取信息,必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官,在研究自然現象和規律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況,就需要傳感器。

            智能時代到來,世界已然進入信息時代。在利用信息的過程中,首先要解決獲取準確可靠的信息的問題,而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。

            特別是針對核電力設施如電纜、變壓器等設備的安全運行監控。以電信號為工作基礎的傳統溫度傳感器,如熱電偶,熱敏電阻,熱釋電探測器等溫度傳感器的發展已非常成熟,它們以其結構簡單、測量精度高、成本低等特點而廣泛應用在國民經濟、科研、國防等領域。而重材院分布式光纖測溫系統,其在強電磁干擾或易燃易爆的場合下,是一種實時、在線、多點溫度測量系統,成為了工業過程控制中一種新的檢測手段。

            在核電工業中,要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數,使設備工作在正常狀態或最佳狀態。因此可以說,沒有數以千計的傳感器,控制核輻射和“核泄露”的系統將會變成“睜眼瞎”——看不到控制系統中出現的問題,“聾子”——聽不到系統內發出的警報,“腦殘”——發不出系統控制信息。

             

             看“傳感器”執行任務

             

            重慶材料研究院有限公司(簡稱:重材院)的核電工程用關鍵溫度傳感器工程樣機。

            1、堆芯出口溫度測量核級鎧裝熱電偶(1E級)、

            2、主管道直接測溫核級鎧裝鉑電阻組件(1E級)、

            3、反應堆壓力容器水位監測組件(1E級)、

            4、嚴重事故堆腔熔融物測溫鎧裝熱電偶、

            5、嚴重事故安全殼內氫濃度測量用鎧裝熱電偶

             其中,3個核安全級(1E級)產品在國家核安全局見證下,通過了老化、輻照、地震、LOCA等核環境條件下質量鑒定系列試驗驗證。于2018年9月30日獲得了國家核安全局頒發的鎧裝熱電偶、鎧裝鉑電阻、水位探測器等3個產品的“民用核安全電氣設備設計、制造許可證”(國核安發【2018】270號),是國內首個也是目前唯一獲得三代核電技術該類產品設計制造許可證的單位。 

             

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            重慶材料研究院有限公司生產的傳感器,曾執行了許多次防“核泄露”,監控核電工業安全運行的任務。

            任務一:堆芯出口溫度測量核級鎧裝熱電偶

            堆芯出口溫度測量鎧裝熱電偶安裝在反應堆燃料組件出口處,連讀記錄堆芯出口溫度,給出堆芯溫度分布圖,評估反應堆堆芯熱量導出狀況。

            核安全(1E)級、質保等級Q1。

             

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            重慶材料研究院有限公司產品圖1

            長期運行在高壓、高輻照環境,使用工況最為苛刻。要求測溫精度高、電勢不因輻照而漂移。

            任務二:高性能測溫鎧裝熱電偶——用于嚴重事故堆腔熔融物

            嚴重事故堆腔熔融物測溫鎧裝熱電偶,用于堆芯融化后監測堆腔底部溫度變化,以判斷壓力容器是否熔穿,評估采取的應對措施是否有效。該組件是針對核電機組嚴重事故預防和緩解措施之一。

            NC*級,高性能傳感器組件——“嚴重事故環境用”

            堆腔注水系統在保溫層外壁安裝特殊鎧裝熱電偶,斜插至壓力容器底部,測量堆腔底部所接觸的介質(空氣、水或水蒸汽)溫度,監視堆芯是否熔化。

            該組件在發生嚴重事故時,仍能保障測高溫至1200℃。抗地震、抗機械振動大沖擊,避免嚴重事故后LOCA環境對鎧裝熱電偶精度、密封性的破壞性。

            任務三:高性能鎧裝熱電偶 --嚴重事故安全殼內氫濃度測量用

            嚴重事故安全殼內氫濃度測量用鎧裝熱電偶,是非能動消氫裝臵的主要配套設備之一,用于檢測氫氣與觸酶化學反應釋放的熱量所產生的溫度變化,評估安全殼內氫氣濃度,是福島事故后的一個重要改進措施。

            NC*級,需滿足嚴重事故環境條件。

            中廣核核電站已啟動安裝非能動消氫裝置,國內其他二代及二代+機組也將增設該系統。所用的溫差熱電偶組,從監測點至電氣貫穿件采用整體結構。保障溫差測量精度,要求電勢變化高度一致。

            嚴重事故安全殼內氫濃度測量用鎧裝熱電偶,由于其技術難度大,需要進行系統研發,并通過嚴重事故后的質量鑒定試驗,是目前核電領域急需發展的一種新型核級鎧裝熱電偶組件。該任務將根據我國核電安全技術發展的急需,研制具有我國自主知識產權的工程樣機,通過完整的嚴重事故后質量鑒定試驗,實現在國內核電機組的批量應用。

            任務四:核電控制關鍵部位——主回路直接測溫核級鎧裝鉑電阻及組件

            主回路直接測溫核級鎧裝鉑電阻及組件安裝在主回路上,用于監測流入/流出反應堆壓力容器的冷卻劑溫度,評估反應堆熱量導出狀況,對核電站的安全運行和發電起著至關重要的作用。主回路直接測溫是三代核電如AP1000、EPR等普遍采用的技術,是提高反應堆運行的安全性和可靠性的關鍵儀表之一。

            核安全(1E)級、質保等級Q1。

             

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            重慶材料研究院有限公司產品圖2

            我國已建二代及二代+電站采用旁路引出的方式測量主回路冷卻劑溫度,不僅增加了旁路設備,還大大降低了承壓邊界的可靠性。國外最新開發的壓水堆如法國阿海琺集團(AREVA)的EPR和美國西屋電氣公司(WestinghouseElectric)的AP1000核電機組,都已采用管道直接測溫技術。因此,反應堆主回路直接測溫鉑電阻組件技術要求極高,開發難度大。國內已經運行或在建的核電站均是國外壟斷產品,每臺機組需安裝36套。法國PYROCONTROL公司的價格為1萬美元/支。為滿足我國三代核電技術自主化發展的需要,該技術急需國產化。

            任務五:耐“三高”(高溫、高壓、高輻射)反應堆壓力容器水位監測組件

            反應堆壓力容器水位監測組件是大型核電機組的安全運營的重要監測手段。1982年美國三哩島核電站的失水事故后,一個重要的改進措施是在壓水堆核電機組上設臵堆芯水位測量儀表,以評估事故時堆芯淹沒狀態。此探測器長期工作在壓水堆高溫、高壓、高輻射環境條件。

             

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            重慶材料研究院有限公司生產的壓力容器水位探測器

            (核安全(1E)級、質保等級Q1)

            ……核電工業及各種民生工程中需要無數的傳感器。

            充分發揮核電作為清潔能源優勢,“傳感器”幫助把“核泄露”這只老虎關進“籠子里”。讓傳感器及系統及時發揮預防和控制作用,使“核電不可怕”。簡而言之——“有感(傳感器)的核電不可怕”!!!

            國家能源委員會專家咨詢委員會主任、國家能源局原局長張國寶表示,中國同時面臨環境污染和能源緊缺等問題,需要下大決心調整能源結構。而作為清潔能源之一,核電正受到越來越多的關注和重視。核電在安全運行的情況下其實“不可怕”。

             

            注:此文中傳感器資料由重慶材料研究院有限公司陳潔高工提供。

             

            重慶材料研究院有限公司核電傳感器團隊

             

            核電傳感器團隊成員20人,首席專家王華教授,高級工程師9人,工程師及技術工人9人,其中持證核級焊工3人。領域團隊設三個專業創新團隊——核工程溫度傳感器、核工程物位傳感器、高性能礦物絕緣電纜。

            團隊擁有真空自耗重熔爐、電感耦合等離子體質譜儀等設備儀器28臺套,形成了年產核級儀表用特種合金300噸、鎧裝電纜10萬米、核級儀表及組件5000套的生產能力。完善了金屬及合金的理化檢測、測溫材料及元器件、電阻材料等材料的性能檢測,溫度、長度、質量、力學類等項目的校準以及質量評定、失效分析等分析檢測能力。形成了核級關鍵傳感器及儀表組件的自主研發能力,建成了國內領先的核級關鍵傳感器及儀表組件科研和生產基地。

            主要為核電、軍工提供核安全級(1E級)溫度測量鎧裝熱電偶、鉑電阻溫度計、液位探測器以及核測專用鎧裝信號電纜、泄漏探測器、航空航天加熱器等產品的技術開發與生產;先后承擔了國家科技支撐計劃、國家核電重大科技專項等國家級、省部級、以及民口配套項目等20多項。

             

            聲明:本文中涉及的圖文均為原創,轉載須聯系作者授權。

             

             
             
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