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【月度聚焦】非能動的完美演繹
文章來源:中國核工業雜志 日期:2016年10月21日


——記ACP100非能動安全系統綜合模擬驗證試驗

  見證完美

  2013年11月7日,中國核動力研究設計院實驗大廳內,年輕的課題研究負責人張妍淡定沉穩地發出一道道指令。在場的中國工程院葉奇蓁院士以及國家核安全局等相關部門和單位的專家和技術負責人都全神貫注地緊盯著控制室內的顯示屏上試驗數據的跳動。

  隨著試驗的進行,在被稱為“迷你型ACP100反應堆”的先進反應堆非能動安全綜合試驗裝置上,專家們見證了非能動安全系統設計完美演示:核電廠反應堆大破口失水事故發生了,堆芯補水箱安注系統和中壓安注系統“自動地”開始往堆芯注入冷卻水,帶走了事故初期堆芯的衰變余熱;快速卸壓系統“自發地”開啟,反應堆系統的壓力有效地降低;同時,內置換料水箱大量冷卻水依靠重力“自然地”進行安注;低壓安注結束后,“堆芯-安全殼-堆坑-堆芯”之間的自然循環過程完美地得以建立,長期循環的堆芯冷卻實現了!

  一個多月后的12月27日,專家們經審查后認為,試驗結果反映了原型反應堆失水事故的主要過程和物理現象,表明依靠現行設計的非能動應急堆芯冷卻系統能夠帶走反應堆失水事故短期的衰變余熱,并可建立起穩定的長期自然循環,能夠保證事故發生后相當長時間內堆芯的安全。

  聽到這一消息后,張妍和她帶領的ACP100非能動安全系統綜合模擬驗證試驗團隊歡呼雀躍,兩年的勞碌和困頓煙消云散。誰能想到,就是這樣一支年輕的攻堅團隊,兩年前面臨的還是一片雜草叢生的空地。

  嚴細創新

  ACP100先進模塊式小型堆采用非能動安全系統設計,通過非能動自然循環帶走堆芯衰變熱量,保障在設計基準事故條件下,有效冷卻堆芯,保護反應堆的安全,大大提高了反應堆固有安全性能和運行的經濟性,對我國三代核電技術的后續發展具有重要意義。要想更好地實現和控制影響非能動自然循環的諸多因素,就必須進行整體效應試驗來驗證設計。這一重任落在了核動力院人的肩上,落在了張妍和她的年輕攻堅團隊的肩上。

  時間回溯至2012年初。那時,現在的實驗大廳和試驗裝置所在地還是一片廢墟。張妍、周慧輝、彭傳新、莢川、朱小麗等組成了一支平均年齡不到30歲的攻堅團隊,一頭扎進浩如煙海的文獻資料調研之中,如饑似渴地消化吸收國際上先進的非能動模擬設計技術,拉開了ACP100非能動安全綜合模擬試驗裝置建設的序幕。在他們身后,是中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室幾十年來積累和沉淀的技術底蘊。

  技術創新絕不是一朝一夕的事,除了技術積累與沉淀之外,群策群力與嚴細嚴謹求真的科學精神無處不在,一刻也不可或缺。在進行穩壓器、堆芯補水箱、安注箱等高溫高壓設備和分離箱等低壓設備的設計時,科研團隊就遇到了前所未有的困難。模擬裝置怎樣才能保證如實地反映原型反應堆事故過程和主要物理現象?

  一個周六的晚上,項目團隊進行壓力容器設計方案的關鍵技術研討。當火熱的討論接近尾聲時,低頭沉思的張妍鏗鏘有力地冒了一句:“反應堆壓力容器內置流量計與壓力容器中段法蘭的安裝尺寸有2mm的偏差,必須重新設計,否則漏流造成試驗結果的失真無法估計。”全場一片嘩然。如果她的判斷沒錯,一切都將推倒重來。大家心里都明白:科學試驗中沒有僥幸。經過反復討論和復查,證明了張妍的判斷是準確的。大家很快各歸各位,重新開始。從此,張妍的“中國好視力”綽號也流傳開來。

  團隊里大概 “最不安逸的人”非彭傳新莫屬。每一輪設計完成后,他都要將試驗裝置設備的容積、流動阻力、系統熱工參數與原型參數進行比較,分析失真度出現的原因進而調整設備設計參數,而任何一個設備參數的調整都牽一發動全身,所有的設備設計都隨之需要更改。因此,只要彭傳新有些認真地看向某個人,那個人都會有高歌“不想看到你”的沖動。

  就是在這種于嚴細處精益求精的創新態度之下,經過60多個晝夜的連續奮戰,研究團隊成功解決了模擬準則確定、試驗裝置系統和設備的設計、破口模擬和流量測量、失真度分析等一系列技術難題,并產生了多項技術專利。

  刷新紀錄

  寒來暑往。在日月星辰的陪伴、深夜燈火的映照、廠房和裝置同時交叉施工的情況之下,2013年5月份,課題試驗所需的文件的編制,非標設備和標準設備的采購,以及試驗裝置的設備、管道、測控、儀表和電氣系統安裝工作全部完成。又是一個月緊張調試,國內首個功能齊全的非能動安全系統綜合模擬試驗裝置在核動力院建成。

  這是一個被稱為“迷你型ACP100反應堆”的非能動安全系統綜合模擬試驗裝置,它以ACP100模塊化小型堆為模擬對象,可進行ACP100模塊化小型反應堆DVI管破口失水事故、波動管破口失水事故和全廠斷電事故試驗研究,涉及了堆芯、反應堆冷卻劑系統、非能動安注系統、非能動余熱排出系統、自動卸壓系統等多個系統及設備,同時也涉及了降壓/升壓、非能動安注和自然循環等多個物理現象及過程,能夠模擬反應堆發生失水事故后破口臨界噴放、堆芯補水箱自然循環、IRWST安注長期冷卻等全過程,是國內首個可以開展第三代先進反應堆非能動安全綜合試驗的裝置,也是目前國內外功能最強大的非能動安全系統綜合模擬試驗裝置。

  這樣一個大規模的復雜、綜合、高水平的試驗裝置,僅用了一年半的時間就建成,并在半年內又完成了驗證試驗,也創下了核動力院技術研發創新史上的新紀錄。

  目前,試驗研究結果已為海南昌江示范工程模塊化小堆的核安全審查提供了技術支撐。(作者系中國核動力研究設計院三江)

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