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中物院研发非能动氢复合器达到国际先进水平

       10月9日,受国家能源局委托,中国机械工业联合会在四川江油市主持召开了由中国工程物理研究院材料研究所和中广核工程有限联合研制的安全壳非能动氢复合器产品鉴定会。来自11家单位的核电专家听取了非能动氢复合器产品研发方案和研制工作的总结汇报,察看了工程样机实物、试验装置及样机综合鉴定试验系统,经鉴定,认为该产品满足日本福岛核事故后我国更高的核安全要求,达到了国际先进水平,具有广泛的应用前景。

  “非能动氢复合器是核电厂安全壳内重要的安全设备,可以消除严重事故下安全壳内的高浓度氢气,防止由于氢爆引发的核事故。”中物院材料研究所所长赖新春介绍说。“该产品技术水平总体上与国外产品相当,其中部分性能指标要高于国外产品。”产品鉴定组长叶奇蓁院士表示。

  当晚,中物院材料所项目具体负责人张志在工作日志中写道:“鉴定会的成功让项目组成员欣喜不已,紧绷两年的心弦终于放松下来。专家的肯定不仅仅是对产品的认可,也是对项目团队协同作战开拓进取的认可,对每一个研发人员夜以继日、克服困难、忘我工作的认可。”

  缘起:“碰撞出的火花”

  日本福岛核事故的发生曾给世界核电发展带来阴霾,如今也成为人们提升核电站安全等级,进一步推进核电发展的经验教科书。

  福岛核事故后,业界对于核电站氢爆风险有了更深入的认识,在安全壳内设置氢复合器成为必须的措施之一。为确保核电安全高效发展,2012年,我国出台了《核安全法规》,对核电厂安全运行及相关设备提出了新的要求。另外,出台的《中国能源中长期发展战略研究》指出,到2050年,我国核电总装机容量将达到4亿千瓦,约占全国总发电量的24%。这意味着,未来我国对于安全性能更高的消氢装置有着极大的需求。

  如果说核电发展的大背景为中物院材料所研发非能动氢复合器提供了机遇,那么真正促成其研发的机缘正是源于该所与中广核工程的一次商务交流。

  坐落于四川省江油市的中物院材料研究所建所四十多年,长期从事氢同位素技术研究,并积极参与国际热核聚变方面的研究,拥有一支高水平的专业研究队伍。2008年,该所研发的便携式氢氧复合器成功实现产业化,并在北京奥运巴士上得以应用。在福岛核事故后进行的一次商务交流会上,中物院材料所的技术实力和中广核的需求让双方当即 “碰撞出了火花”。“材料所拥有氢复合器技术,而中广核对具有更高安全标准的消氢设备有需求,这促使很快达成合作共识。”中广核工程核岛设计所所长王鑫表示。

  2011年9月,中物院材料所与中广核工程签署了《非能动氢复合装置联合研发协议》,并成立联合研发团队。

  其实,氢复合器技术国内企业早已掌握,并已投入市场。 不过,“与他们有所不同的是,新研制的非能动氢复合器是按照福岛核事故后我国更高的核安全要求进行设计的,并且首次进行了模拟真实核电站事故状态的综合考验,更加安全可靠。”赖新春说。

  据了解,福岛核事故中,由于发生极端叠加事故致使核电站外力失效,才引发氢爆。因此,保证消氢设备在极端事故中高效稳定工作,至关重要。

  为此,新研发的非能动氢复合器引入了“非能动”概念,以增强自身固有的安全性,同时该产品核心部件采用催化板,创新工艺,提高了产品性能,延长了使用寿命。

  更值得一提的是,中物院材料所与中广核还联合搭建了国内唯一模拟核电站严重事故综合环境的试验平台。在国外核电设备的研发中,为确保设备的可靠性,知名厂家往往会对其进行大量严酷环境下的试验考核,以进一步保证产品质量,进而占领市场,引领市场。同样希望致力于此的中物院材料所,模拟了核岛实际工况,再现了极端恶劣的环境,并开展了大量试验。“实际上,有很多基础试验已经超越了产品本身的需求。”王鑫表示。

  孕育:三大环节铸就过硬产品

  2013年8月21日,对于中物院材料所非能动氢复合器项目组科研人员而言是一个特殊的日子。在张志的工作日志中有着这样的记录:“8点至17点,完成非能动氢复合器第三次模拟核电站严重事故综合环境鉴定试验。各项参数指标均满足研发技术要求。”这意味着联合研制的非能动氢复合器,在历经两年的孕育、克服了种种困难后,在这一天,终于“呱呱坠地”——完成试验定型。

  长期致力于氢同位素研究的中物院材料所,在该领域有着丰富的技术积累。 “不过具体应用到非能动氢复合器这个产品上,还是有很大的不同。”张志坦言。首次研发核电设备,致力于产品性能更好、质量更高,中物院材料所在此期间经历了多个“第一次”,历经了种种困难。但不管怎样,“成功了,这将成为材料所打开核电市场的起点。”赖新春难掩喜悦之情。

  建立更加严细的质保体系

  在中物院材料所非能动氢复合器项目组办公室的一角,堆立着“一人高”的“文件山”,里面所记录的无一不是关于非能动氢复合器的研发情况。它见证着该产品研制过程中的每一次讨论、每一次试验、每一个细小的设计改进……这就是中物院材料所针对该项目而设立的质量保证安全体系。

  “这在材料所是第一次。”该项目中物院材料所技术指导朱宏志说。以往,中物院材料所每个课题都是使用所里统一的质保体系,从未就某个项目建立体系。因为核电设备的特殊要求,中物院材料所与中广核交流决定,建立非能动氢复合器质保体系。起初,质保人员认为“两个体系有一定的共通性”,但操作起来才发现,“核电要求的质保体系与材料所的体系有很大的差异”。为了让工作更加规范,产品质量更加稳定,“所有的文件资料,所有的试验,所有需要鉴定的地方,项目组都是参照HAF003质保体系重新编制的。”朱宏志介绍说。

  第一次按照核电要求编写质保体系大纲,项目组成员不由地感慨“难度很大”。但事实上,更大的挑战正在研发之路的前方等待着他们。

  搭建“迷你核岛”

  在试验现场,一个高4.5米,内径4米的大容器摆放在试验厂房中,里面有各种各样的探头、气路、喷淋装置,俨然一个“迷你核岛现场”。这就是中物院材料所模拟核岛实际工况而搭建的综合试验平台。“这样的试验平台,是第一次搭建。”张志说:“也因为对核岛不熟悉,起初制作的模拟安全壳出现了模拟偏差——容器上只有两个管道。”

  在随后的试验中,问题逐渐暴露出来。科研人员“边做边发现需要增加这样、那样的东西”。“也曾有过争论,有人觉得就这么做也可以,但经过讨论,最终还是坚持改造。”赖新春回忆道。

  可 “这么大的容器,并非想改就能改的。”需要增加多少试验接口,管道要加多长,多粗?这些问题一股脑儿地涌到科研人员面前。为了成功改造,他们亲自到核岛现场观摩,回到现场后反复计算,常常讨论方案到凌晨两点……最终搭建起了国内唯一较全模拟核岛工况的综合试验平台。

  打造高性能的“CPU”

  可以说,在非能动氢复合器研发中,每前行一步都有着重重障碍。在该产品核心技术——催化板的研发中,项目组同样经历了 “摸索前行”的困难。

  非能动氢复合器的催化板,相当于电脑的CPU,重要性不言而喻。也因为是核心部件,国内外厂家对其结构、置位方法一直保密。虽然中物院材料所有一定的技术积累,不过“具体应用到这个产品上,从环境,技术输入,要求等,都有很大的差别。” 催化单元科研负责人高博说,“没有任何资料可以借鉴,完全要靠自己摸索。”从某种意义上说,项目组成员依旧要“从头开始”。

  前期,他们尝试了很多材料,经过反复的试验、比对,最后优选了制备方法、催化体系。但这仅仅只是研发的开端。为印证其工艺的先进性,科研人员相继开展了大量试验。“只算性能试验等,就用了70多个小样品。而每一个小样品都要做大量工作。” 高博总结着所做过的试验。“催化工艺对于整个产品而言是最大的创新点,它的高性能得到了鉴定会专家的一致肯定。”对此,张志颇有些自豪。

  给力:高效的“特混团队”

  2013年8月17日晚10点,非能动氢复合器综合试验平台依旧灯光如昼,透过厂房门的玻璃窗,灯光斜射进黑夜,光束里,蚊虫飞舞着。朱宏志站在试验台架旁,专注地观察着参数的变化,并不时做着记录。

  自今年“五一”开始,非能动氢复合器进入高峰试验阶段,大量试验相继开展,其中有些试验需要进行24小时考核,同时需要科研人员随时监控,为此,项目组成员每天都要加班至深夜。“一共要做30个试验,每一个试验就相当于一个小课题,工作量非常大。”张志说。除此之外,设计、加工、制造、安装、组建、零部件等等都需要项目组协调、购买。“因为时间紧张,所有的假期都已经取消了。”

  “其实,不光要加班,加班的条件还非常恶劣。”对此,高博有些无奈。

  去年8月,正是江油市最热的时候,刚巧赶上试验平台搭建。其中一项工作就是要为模拟安全壳布点,需要工作人员进入容器内作业。炎热的夏季,现场气温40℃,容器里密不透风。“要布70多个点,人进去一呆就是一天,出来的时候就像刚从水里捞出来的一样。”回忆当时的情景,张志面露苦涩。“但是大家谁都没有抱怨过,始终任劳任怨。”朱宏志说。

  此次非能动氢复合器的研发用时两年,这个“超速度”“离不开材料所与中广核的高效沟通,也离不开项目团队给力的拼搏。”言及于此,赖新春有些动情。

  研发期间,项目组不仅关注产品的性能、质量,同时还致力于产品外形更加美观。因为“外观不稳定容易被专家、用户质疑工艺不稳定。”

  以往,中物院材料所研发的产品,由于材料的接口处都是自己焊接、酸洗,且没有完备设施,因此产品边缘处打磨痕迹明显,看上去很不美观。此次研发非能动氢复合器,项目组希望借助外力——专业来为产品进行“美容”,以呈现出更加完美的作品。经了解,深圳有可以做,但需要将氢复合器运过去。“这样做带来的问题是,周期长、运输困难,而且产品万一在途中丢失、损坏怎么办?” 讨论会上有人提出了这样的质疑。经再三谈论,项目组决定自己做一套酸洗设施。决定一敲定,大家就行动起来。 “仅用了半个月就做好了。”中物院材料所军转民发展处副处长佘瑞峰说,“现在,非能动复合器的外观比国外产品的外观好很多。”

  事实上,不仅仅止于此,在产品研发中,只要外面企业无法满足要求的时候,项目组选择的从不是放弃或妥协,而是“自己解决”。“是的,材料所科研人员非常求真务实,从不放过任何一个细节。”王鑫说。

  “可以说,这是一个高效的‘特混团队’。研发中出现任何问题,团队人员都可以顶上去,并且做得很好。”佘瑞峰向记者总结道。

  历经两年,遭遇种种困难,“但无论如何,还是一路坚持下来,从只拥有相关技术到如今终于研制出了产品。”赖新春感慨不已。

  “该项目意义重大,关注日本福岛核事故氢爆,关系我国核电安全;项目组工作科学、严谨,试验方法先进、有效,研究产品具有较高的商用价值。”环境保护部核与辐射安全中心的核电专家袁之伦给出了自己的观点。

  事实上,自我国核电建设恢复以来,确保核电站更加安全便成为我国核电建设、运行中的重中之重,而近期标杆电价政策的出台,又从某一方面推进着我国核电装备自主化的步伐。此次研制的非能动氢复合器,创新工艺,首次模拟叠加严重事故环境开展综合试验,不仅仅是国产化的有力实践,同时也向世人证明,国产化设备同样可以具有更高的性能与可靠性——具有国际先进水平。

  如今,非能动氢复合器已“诞生”,它将敲开中物院材料所迈入核电市场的大门,也必然会吸引人们进一步关注的目光。(胡春玫)








 

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