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有“感”的“核电”不可怕

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-07-16  浏览次数:257
核心提示:科普专栏:有感的核电不可怕 重庆功能材料学会、中国仪学仪表功能材料学会 秘书长 聂尊誉核电可怕不可怕?自从日本核泄漏事故发生

科普专栏:

 有“感”的“核电”不可怕

 

      重庆功能材料学会、中国仪学仪表功能材料学会 秘书长  聂尊誉

 

核电可怕不可怕?自从日本核泄漏事故发生以来,人们开始谈“核”色变,核泄漏事故发生给人们留下阴影。然而全球许多国家不断掀起兴建核电的浪潮。为什么大家对核电发展趋之若鹜?

 “不怕不知道,不怕全知道,唯怕一知半解。”重庆材料研究院有限公司的王东哲总经理谈起核电津津乐道。“”举个例子:中国第一座核电站秦山核电站——浙江海盐县,是空气环境最好的地方之一,那里的民众,根本没有一点核污染的担心,因为许多核电专家、核电工作人员的家属,退休后都留在海盐居住。”

从秦山一期、大亚湾核电站建成至今,我国核电已有30年的发展历史,目前在役和在建的核电机组规模已有4000万千瓦。解决了我国能源短缺的问题,核电给人们生活带来更多“光明”。

 

核电的优劣势

 

任何一种能源的使用都有优势和劣势,核电同样,我们做一个比较:

优势:1、减少依赖石化燃料;2、能量巨大;3、原料需求小量;4、铀矿蕴藏量丰富;5、成本较低(约为火力发电三分之一);6、清洁。

劣势:1、产生高低阶放射性;2、废燃料虽体积不大,但具有放射线。3、核能发电热效率较低,比一般化石燃料电厂排放更多废热,故热污染较严重。

其实作为清洁能源的核电与石化能源相比较,具有很大的优势,唯一让大家“可怕”的是核污染。保障核电安全,不发生核污染,是趋利避害的关键所在。

 

      揭开核电的面纱——认识核电和核电工业

 

核反应堆是核电工业的“心脏”,它的安全是所有安全措施的重中之重。核反应堆拥有三道安全屏障,分别是燃料包壳、一回路压力边界和安全壳。这三道屏障必须像三个“金钟罩”,让他们牢牢控制着“核反应堆”。但怎样才能做到让“核反应堆”只做好事,不做坏事,不发生“核泄漏”?“金钟罩”要发挥作用,就靠密密麻麻的传感器及系统。提前替代人类“感知”放射,控制核泄漏等核污染。传感器就是人类感官最好的延伸。

 

防止核泄漏,“传感器”的秘密

 

传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。

智能时代到来,世界已然进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决获取准确可靠的信息的问题,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

特别是针对核电力设施如电缆、变压器等设备的安全运行监控。以电信号为工作基础的传统温度传感器,如热电偶,热敏电阻,热释电探测器等温度传感器的发展已非常成熟,它们以其结构简单、测量精度高、成本低等特点而广泛应用在国民经济、科研、国防等领域。而重材院分布式光纤测温系统,其在强电磁干扰或易燃易爆的场合下,是一种实时、在线、多点温度测量系统,成为了工业过程控制中一种新的检测手段。

在核电工业中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态。因此可以说,没有数以千计的传感器,控制核辐射和“核泄露”的系统将会变成“睁眼瞎”——看不到控制系统中出现的问题,“聋子”——听不到系统内发出的警报,“脑残”——发不出系统控制信息。

 

 看“传感器”执行任务

 

重庆材料研究院有限公司(简称:重材院)的核电工程用关键温度传感器工程样机。

1、堆芯出口温度测量核级铠装热电偶(1E级)、

2、主管道直接测温核级铠装铂电阻组件(1E级)、

3、反应堆压力容器水位监测组件(1E级)、

4、严重事故堆腔熔融物测温铠装热电偶、

5、严重事故安全壳内氢浓度测量用铠装热电偶

 其中,3个核安全级(1E级)产品在国家核安全局见证下,通过了老化、辐照、地震、LOCA等核环境条件下质量鉴定系列试验验证。于2018年9月30日获得了国家核安全局颁发的铠装热电偶、铠装铂电阻、水位探测器等3个产品的“民用核安全电气设备设计、制造许可证”(国核安发【2018】270号),是国内首个也是目前唯一获得三代核电技术该类产品设计制造许可证的单位。 

 

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重庆材料研究院有限公司生产的传感器,曾执行了许多次防“核泄露”,监控核电工业安全运行的任务。

任务一:堆芯出口温度测量核级铠装热电偶

堆芯出口温度测量铠装热电偶安装在反应堆燃料组件出口处,连读记录堆芯出口温度,给出堆芯温度分布图,评估反应堆堆芯热量导出状况。

核安全(1E)级、质保等级Q1。

 

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重庆材料研究院有限公司产品图1

长期运行在高压、高辐照环境,使用工况最为苛刻。要求测温精度高、电势不因辐照而漂移。

任务二:高性能测温铠装热电偶——用于严重事故堆腔熔融物

严重事故堆腔熔融物测温铠装热电偶,用于堆芯融化后监测堆腔底部温度变化,以判断压力容器是否熔穿,评估采取的应对措施是否有效。该组件是针对核电机组严重事故预防和缓解措施之一。

NC*级,高性能传感器组件——“严重事故环境用”

堆腔注水系统在保温层外壁安装特殊铠装热电偶,斜插至压力容器底部,测量堆腔底部所接触的介质(空气、水或水蒸汽)温度,监视堆芯是否熔化。

该组件在发生严重事故时,仍能保障测高温至1200℃。抗地震、抗机械振动大冲击,避免严重事故后LOCA环境对铠装热电偶精度、密封性的破坏性。

任务三:高性能铠装热电偶 --严重事故安全壳内氢浓度测量用

严重事故安全壳内氢浓度测量用铠装热电偶,是非能动消氢装臵的主要配套设备之一,用于检测氢气与触酶化学反应释放的热量所产生的温度变化,评估安全壳内氢气浓度,是福岛事故后的一个重要改进措施。

NC*级,需满足严重事故环境条件。

中广核核电站已启动安装非能动消氢装置,国内其他二代及二代+机组也将增设该系统。所用的温差热电偶组,从监测点至电气贯穿件采用整体结构。保障温差测量精度,要求电势变化高度一致。

严重事故安全壳内氢浓度测量用铠装热电偶,由于其技术难度大,需要进行系统研发,并通过严重事故后的质量鉴定试验,是目前核电领域急需发展的一种新型核级铠装热电偶组件。该任务将根据我国核电安全技术发展的急需,研制具有我国自主知识产权的工程样机,通过完整的严重事故后质量鉴定试验,实现在国内核电机组的批量应用。

任务四:核电控制关键部位——主回路直接测温核级铠装铂电阻及组件

主回路直接测温核级铠装铂电阻及组件安装在主回路上,用于监测流入/流出反应堆压力容器的冷却剂温度,评估反应堆热量导出状况,对核电站的安全运行和发电起着至关重要的作用。主回路直接测温是三代核电如AP1000、EPR等普遍采用的技术,是提高反应堆运行的安全性和可靠性的关键仪表之一。

核安全(1E)级、质保等级Q1。

 

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重庆材料研究院有限公司产品图2

我国已建二代及二代+电站采用旁路引出的方式测量主回路冷却剂温度,不仅增加了旁路设备,还大大降低了承压边界的可靠性。国外最新开发的压水堆如法国阿海珐集团(AREVA)的EPR和美国西屋电气公司(WestinghouseElectric)的AP1000核电机组,都已采用管道直接测温技术。因此,反应堆主回路直接测温铂电阻组件技术要求极高,开发难度大。国内已经运行或在建的核电站均是国外垄断产品,每台机组需安装36套。法国PYROCONTROL公司的价格为1万美元/支。为满足我国三代核电技术自主化发展的需要,该技术急需国产化。

任务五:耐“三高”(高温、高压、高辐射)反应堆压力容器水位监测组件

反应堆压力容器水位监测组件是大型核电机组的安全运营的重要监测手段。1982年美国三哩岛核电站的失水事故后,一个重要的改进措施是在压水堆核电机组上设臵堆芯水位测量仪表,以评估事故时堆芯淹没状态。此探测器长期工作在压水堆高温、高压、高辐射环境条件。

 

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重庆材料研究院有限公司生产的压力容器水位探测器

(核安全(1E)级、质保等级Q1)

……核电工业及各种民生工程中需要无数的传感器。

充分发挥核电作为清洁能源优势,“传感器”帮助把“核泄露”这只老虎关进“笼子里”。让传感器及系统及时发挥预防和控制作用,使“核电不可怕”。简而言之——“有感(传感器)的核电不可怕”!!!

国家能源委员会专家咨询委员会主任、国家能源局原局长张国宝表示,中国同时面临环境污染和能源紧缺等问题,需要下大决心调整能源结构。而作为清洁能源之一,核电正受到越来越多的关注和重视。核电在安全运行的情况下其实“不可怕”。

 

注:此文中传感器资料由重庆材料研究院有限公司陈洁高工提供。

 

重庆材料研究院有限公司核电传感器团队

 

核电传感器团队成员20人,首席专家王华教授,高级工程师9人,工程师及技术工人9人,其中持证核级焊工3人。领域团队设三个专业创新团队——核工程温度传感器、核工程物位传感器、高性能矿物绝缘电缆。

团队拥有真空自耗重熔炉、电感耦合等离子体质谱仪等设备仪器28台套,形成了年产核级仪表用特种合金300吨、铠装电缆10万米、核级仪表及组件5000套的生产能力。完善了金属及合金的理化检测、测温材料及元器件、电阻材料等材料的性能检测,温度、长度、质量、力学类等项目的校准以及质量评定、失效分析等分析检测能力。形成了核级关键传感器及仪表组件的自主研发能力,建成了国内领先的核级关键传感器及仪表组件科研和生产基地。

主要为核电、军工提供核安全级(1E级)温度测量铠装热电偶、铂电阻温度计、液位探测器以及核测专用铠装信号电缆、泄漏探测器、航空航天加热器等产品的技术开发与生产;先后承担了国家科技支撑计划、国家核电重大科技专项等国家级、省部级、以及民口配套项目等20多项。

 

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