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【月度聚焦】非能动的完美演绎
文章来源:中国核工业杂志 日期:2016年10月21日


——记ACP100非能动安全系统综合模拟验证试验

  见证完美

  2013年11月7日,中国核动力研究设计院实验大厅内,年轻的课题研究负责人张妍淡定沉稳地发出一道道指令。在场的中国工程院叶奇蓁院士以及国家核安全局等相关部门和单位的专家和技术负责人都全神贯注地紧盯着控制室内的显示屏上试验数据的跳动。

  随着试验的进行,在被称为“迷你型ACP100反应堆”的先进反应堆非能动安全综合试验装置上,专家们见证了非能动安全系统设计完美演示:核电厂反应堆大破口失水事故发生了,堆芯补水箱安注系统和中压安注系统“自动地”开始往堆芯注入冷却水,带走了事故初期堆芯的衰变余热;快速卸压系统“自发地”开启,反应堆系统的压力有效地降低;同时,内置换料水箱大量冷却水依靠重力“自然地”进行安注;低压安注结束后,“堆芯-安全壳-堆坑-堆芯”之间的自然循环过程完美地得以建立,长期循环的堆芯冷却实现了!

  一个多月后的12月27日,专家们经审查后认为,试验结果反映了原型反应堆失水事故的主要过程和物理现象,表明依靠现行设计的非能动应急堆芯冷却系统能够带走反应堆失水事故短期的衰变余热,并可建立起稳定的长期自然循环,能够保证事故发生后相当长时间内堆芯的安全。

  听到这一消息后,张妍和她带领的ACP100非能动安全系统综合模拟验证试验团队欢呼雀跃,两年的劳碌和困顿烟消云散。谁能想到,就是这样一支年轻的攻坚团队,两年前面临的还是一片杂草丛生的空地。

  严细创新

  ACP100先进模块式小型堆采用非能动安全系统设计,通过非能动自然循环带走堆芯衰变热量,保障在设计基准事故条件下,有效冷却堆芯,保护反应堆的安全,大大提高了反应堆固有安全性能和运行的经济性,对澳门英皇在线手机版三代核电技术的后续发展具有重要意义。要想更好地实现和控制影响非能动自然循环的诸多因素,就必须进行整体效应试验来验证设计。这一重任落在了核动力院人的肩上,落在了张妍和她的年轻攻坚团队的肩上。

  时间回溯至2012年初。那时,现在的实验大厅和试验装置所在地还是一片废墟。张妍、周慧辉、彭传新、荚川、朱小丽等组成了一支平均年龄不到30岁的攻坚团队,一头扎进浩如烟海的文献资料调研之中,如饥似渴地消化吸取国际上先进的非能动模拟设计技术,拉开了ACP100非能动安全综合模拟试验装置建设的序幕。在他们身后,是中核核反应堆热工水力技术重点实验室几十年来积累和沉淀的技术底蕴。

  技术创新绝不是一朝一夕的事,除了技术积累与沉淀之外,群策群力与严细严谨求真的科学精神无处不在,一刻也不可或缺。在进行稳压器、堆芯补水箱、安注箱等高温高压设备和分离箱等低压设备的设计时,科研团队就遇到了前所未有的困难。模拟装置怎样才能保证如实地反映原型反应堆事故过程和主要物理现象?

  一个周六的晚上,项目团队进行压力容器设计方案的关键技术研讨。当火热的讨论接近尾声时,低头沉思的张妍铿锵有力地冒了一句:“反应堆压力容器内置流量计与压力容器中段法兰的安装尺寸有2mm的偏差,必须重新设计,否则漏流造成试验结果的失真无法估计。”全场一片哗然。如果她的判断没错,一切都将推倒重来。大家心里都明白:科学试验中没有侥幸。经过反复讨论和复查,证明了张妍的判断是准确的。大家很快各归各位,重新开始。从此,张妍的“中国好视力”绰号也流传开来。

  团队里大概 “最不安闲的人”非彭传新莫属。每一轮设计完成后,他都要将试验装置设备的容积、流动阻力、系统热工参数与原型参数进行比较,分析失真度出现的原因进而调整设备设计参数,而任何一个设备参数的调整都牵一发动全身,所有的设备设计都随之需要更改。因此,只要彭传新有些认真地看向某个人,那个人都会有高歌“不想看到你”的冲动。

  就是在这种于严细处精益求精的创新态度之下,经过60多个昼夜的连续奋战,研究团队成功解决了模拟准则确定、试验装置系统和设备的设计、破口模拟和流量测量、失真度分析等一系列技术难题,并产生了多项技术专利。

  刷新纪录

  寒来暑往。在日月星辰的陪伴、深夜灯火的映照、厂房和装置同时交叉施工的情况之下,2013年5月份,课题试验所需的文件的编制,非标设备和标准设备的采购,以及试验装置的设备、管道、测控、仪表和电气系统安装工作全部完成。又是一个月紧张调试,国内首个功能齐全的非能动安全系统综合模拟试验装置在核动力院建成。

  这是一个被称为“迷你型ACP100反应堆”的非能动安全系统综合模拟试验装置,它以ACP100模块化小型堆为模拟对象,可进行ACP100模块化小型反应堆DVI管破口失水事故、波动管破口失水事故和全厂断电事故试验研究,涉及了堆芯、反应堆冷却剂系统、非能动安注系统、非能动余热排出系统、自动卸压系统等多个系统及设备,同时也涉及了降压/升压、非能动安注和自然循环等多个物理现象及过程,能够模拟反应堆发生失水事故后破口临界喷放、堆芯补水箱自然循环、IRWST安注长期冷却等全过程,是国内首个可以开展第三代先进反应堆非能动安全综合试验的装置,也是目前国内外功能最强大的非能动安全系统综合模拟试验装置。

  这样一个大规模的复杂、综合、高水平的试验装置,仅用了一年半的时间就建成,并在半年内又完成了验证试验,也创下了核动力院技术研发创新史上的新纪录。

  目前,试验研究结果已为海南昌江示范工程模块化小堆的核安全审查提供了技术支撑。(编辑系中国核动力研究设计院三江)

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