冷試并不“冷” 核電站“體檢”第一關
欄目:行業新聞 發布時間:2019-05-11
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近日,“華龍一號”全球首堆示范工程福清5號機組冷態功能試驗一次成功。作為我國具有完全自主知識產權的三代核電,“華龍一號”頂住“高壓”,通過了檢驗機組性能的一次“大考”。這標志著該機組打破首堆必拖“魔咒”,提前轉入調試階段取得第一步勝利...

       近日,“華龍一號”全球首堆示范工程福清5號機組冷態功能試驗一次成功。作為我國具有完全自主知識產權的三代核電,“華龍一號”頂住“高壓”,通過了檢驗機組性能的一次“大考”。這標志著該機組打破首堆必拖“魔咒”,提前轉入調試階段取得第一步勝利。


    什么是冷試?“華龍一號”為什么要冷試呢?科技日報記者就此采訪了相關人士。

  頂住“高壓”,反應堆性能經受“大考”

  如果將發電站比作一個巨大充電寶,那么“華龍一號”就是一座巨大的核燃料充電寶——“核電寶”。

  考量一座核電站,最重要指標之一是安全可靠。

  冷試,是冷態功能試驗的簡稱,是核電廠大型綜合專項調試試驗,主要目的是驗證一回路系統和設備及其輔助管道在高壓下的各項性能,并在各個壓力平臺下進行主系統和輔助系統的相關試驗,是對整個反應堆性能的第一次全面“體檢”。

  它也被認為是檢驗這座“核電寶”的第一步,可驗證各系統完整性,驗證超設計基準狀態下能否正常保壓,并要超過設計基準來檢驗它的性能抗壓能力。

  而首堆能否如期推進,“體檢”報告十分關鍵。

  壓力,是冷試首先要考核的指標之一。我們日常接觸的大氣壓為0.1兆帕,而核電站一回路工作壓力為15.5兆帕。根據設計方案,一回路設計壓力約為17兆帕。但這次冷試的峰值是22.3兆帕,相當于手掌大的面積上得承載10輛滿載小轎車的重量。

  中核集團福清核電有限公司(簡稱福清核電)相關人士以我們平時接觸的駕車為例解釋說,所謂峰值壓力,可以理解為有些小汽車儀表盤顯示的每小時200公里數值。設計壓力,好比我們平時駕駛的汽車,最高時速可以開到每小時160公里,一回路工作壓力15.5兆帕,好比平時駕車的慣常時速,比如每小時120公里。

  值得一提的是,冷試時的壓力并非一步升至22.3兆帕。從上午10點到次日凌晨2點,經過16小時的逐級升壓,“華龍一號”福清5號機組主系統壓力抵達22.3兆帕,穩壓十分鐘,才算通過了考驗。

  冷試過后將是漫長的熱試

  從字面理解,有人會覺得冷試是冷的。其實,冷試中一回路的溫度為35—70攝氏度。

  在沒有核燃料的情況下,水是如何被加熱的?相關人士介紹,通過葉片攪動,主泵在密閉空間中旋轉,動能轉換為熱能,帶動一回路升溫。

  一座核電站的建設要歷經前期籌備—土建施工—設備安裝—調試幾個階段。冷試后,“華龍一號”后續還有熱試、臨界試驗、各功率平臺試驗、性能試驗等過程。

  所謂冷試,是相對熱態性能試驗(簡稱熱試)而言的,它也被認為是熱試的熱身。冷試結束后,核電站即將開展的是熱試。

  與35—70攝氏度的冷試溫度相比,熱試溫度高達300攝氏度。

  與冷試不同,熱試期間,工作人員會盡可能模擬核電站實際運行工況,以驗證系統性能是否與設計要求相一致,對核電站的可靠性進行進一步驗證,包括確保設備常溫下不能漏,高溫下更不能漏。此外,還要驗證儀表及設備在高溫下的可靠性,校核溫度、壓力、流量、振動、間隙等測量參數是否符合設計值要求。

  簡而言之,凡是有可能受到溫度影響的,都要檢查一遍,常溫要測,高溫也要測。此外,還要對核電廠很多功能和安全性進行驗證,包括驗證非能動堆芯冷卻系統的自然循環能力、非能動預熱排出熱交換器的換熱能力等

  正因如此,與冷試相比,后續的熱試將是一個比較漫長的過程,它并不是某一個試驗,而是一系列試驗的總和。

  據了解,根據機組不同,熱試少則幾十天,多則幾個月。熱試過程中,核電站的運行規程將被全方位驗證,核電站的功能將得到充分檢查,核電站里從事操作的人員隊伍也得到了鍛煉。

  熱試后就要裝料,按照計劃,“華龍一號”全球首堆福清核電5號機組今年年底將進行首次裝料。如果按照62個月的建造工期,5號機組計劃于明年7月正式并網發電。

  大數據、沙盤推演實現事前風險管控

  當全球在建三代核電機組陷入拖期“泥潭”,自2015年5月7日開工以來,“華龍一號”全球首堆示范工程進展順利,按照計劃進度開展建設成為重要標簽。

  “‘華龍一號’是個復雜的系統工程,是從無到有的創新過程。”中核集團“華龍一號”總設計師邢繼特別介紹說,示范工程的攻堅課題之一,是按期完成首堆工程施工圖設計。

  通過持續推進“互聯網+”,中核集團將核電的設計、應用軟件集成與互聯網等技術相結合,建立了異地綜合協同設計平臺,全國多個設計單位通過網絡連接,利用各種終端設備,在同一個平臺上開展異地協同設計工作。協同設計平臺終端數量達到500個,并可根據需要進行擴充。

  在這個平臺上,近千名“華龍一號”現場工程和設計人員,實現了信息及時溝通共享,加快了設計數據傳遞,減少了設計交換過程反復,有效提升了設計效率。

  在開展設計工作的同時,中核集團充分利用設計信息平臺高效便捷的特點,將示范工程建設中遇到的技術問題及時匯總形成設計領域的大數據,不僅向設備制造方和工程建設方反饋,還傳遞給了后續的核電項目。

  “這為‘華龍一號’核電項目標準化設計、批量化建設奠定了技術基礎,提升了建設與運行的經濟性。”邢繼說。

  從30萬千瓦起步,“華龍一號”是中國核電研發從引進、吸收和再創新的產物。“華龍一號”設計壽命為60年,反應堆采用177堆芯設計,堆芯采用18個月換料,電廠可利用率高達90%以上。其中自主知識產權覆蓋了設計、燃料、設備、建造、運行、維護等領域,并已自主開發了核電專用軟件,形成了完整的知識產權體系,是目前國內唯一能獨立出口的三代機型。作為全球首堆示范工程,福清核電5號機組建設設備國產化率不低于85%,采購、安裝的“三新”設備超過百臺套。

  福清核電總經理陳國才告訴記者,不斷優化的項目管理模式、創新工程管理方式保障了示范工程建設穩步推進,也為后續“華龍一號”批量建設提供了寶貴的實踐經驗和參考依據。

  首堆建設中,建設團隊在國內首次運用沙盤進行模擬推演。比如,設計領域選取了電廠DCS提資策劃等6類典型設計組織與管理任務,進行沙盤推演。

  陳國才表示,通過總結歸納基礎事實,測試管理團隊管理知識、經驗和解決問題的能力,分析預測項目階段性的發展趨勢,可達到事前管理、風險管控的目標。


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