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中国的核电技术为啥安全?原因全在这儿

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思考人生 发表于 2018-5-10 16:29:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
核电之家讯:导语
华龙一号为代表的第三代核电,由三层钢甲组成安全屏障,发生核泄漏的概率相当于将硬币连续抛24次后正面朝上的情况,概率极低,这都是核电用钢的功劳。核电钢的生产可不简单,要经历重重检查,生产过程中产生的安全文件跟钢板一般厚。
(来源:网易新闻学院 出品|网易新闻)
今年1月28日,“华龙一号”全球首堆、福清核电5号机组反应堆压力容器顺利吊装入堆,这是中国首个具有完全自主知识产权的三代核电工程压力容器。
作为火电、水电之后的世界第三大发电方法,核电因具有清洁环保、经济性高等优势而得到人们的青睐,但与此同时,也带来了诸多隐患。其所产生的放射性污染如果没有“严加看管”的话,将会给人类带来毁灭性的灾难。
而安全级别达到在9级地震和波音747等大型飞机的撞击下也不会发生泄露的“华龙一号”核电是继高铁之后,又一张代表中国高端制造业走向世界的“国家名片”。
那么,它为什么可以这么牛?这要归功于核电站的压力容器、安全壳等一层又一层的安全屏障,它们就像“金钟罩”一样,对反应堆形成了密闭保护。
由于核能的特殊性,尤其是日本福岛核泄漏事故发生以来,核电站的安全性和可靠性引起人们的高度关注。为了守住安全这条生命线,经过验证性的第一代和标准化系列化的第二代,核电技术已经发展到安全性更高、防范措施更完善的第三代。
为防止核反应堆中的放射性物质外泄,包括“华龙一号”在内的第三代核电站反应堆一般都设置了三道防护钢甲:核燃料棒包壳、一回路承压边界、安全壳,每一道防护都有自己的职责,又与其他防护相互补充,三道防护环环相扣、交叉防御,对反应堆形成严密保护。

(核反应堆剖面图)
最内层是核燃料棒包壳,它由可以承受1200℃高温的特殊合金——锆合金制成,主要用来防止核燃料棒跟反应堆的冷却水接触,避免放射性物质随着冷却水泄露到外界。
中间是以压力容器为核心的一回路承压边界,它们是燃料棒包壳破损时的第二道保险,确保放射性物质不会大规模泄露,同时要承受核反应堆运行时的巨大压力。
反应堆压力容器在高温、高压、流体冲刷、腐蚀、中子辐照等恶劣条件下运行,使用寿命要求在40年以上且中途不能更换。因此,一般由高强度合金钢制成,钢材具极高的纯净度、致密度和均匀度,适当的强度和良好的韧塑性,优良的抗辐照脆化和耐时效老化性能,优良的焊接性、冷热加工性能以及优良的抗腐蚀性能。

(福清核电5号机组反应堆压力容器)
最外层是最厚可以达到1.8米的安全壳,它是核反应堆安全设施最重要的一部分,也是防止发生核泄漏的最后一道防线。这道厚重的钢甲,一方面要防止压力容器爆炸或损坏后,放射性物质及废水由内部泄露到外部,另一方面要保护核反应堆,避免外力和冲击进入到内部。
安全壳的材料一般是高强度、耐低温、大厚度的高强度调质钢板,用钢量较大,占核电站钢板总用量的近80%。

在层层防护下,第三代核电站发生泄漏事故的概率已经降至微乎其微。以“华龙一号”福清核电5、6号机组为例,在功率工况下,每个反应堆每年堆芯损坏的概率只有百万分之一,大量释放的概率则只有一千五百万分之一,这个概率相当于一个硬币连续抛24次,每次都是正面或每次都是反面的概率。
在核反应堆三层防护中,除燃料包壳是锆合金材质以外,其他均由钢铁材料制成。在核电站的其他部分,更是广泛应用了多种类、多规格的钢材。不过,由于核电钢应用领域的特殊性,钢材的性能、技术质量指标、生产流程要求非常苛刻,因而生产难度大、准入门槛高。

(核电站用钢情况)
首先,由于核电钢长期工作在高温、高压、辐射等环境中,因此必须具有适宜的强度、较高的韧性及较低的脆性转变温度,且为了降低中子辐射影响,要控制合金元素含量。
其次,核电钢力学性能要求复杂、化学成分要求严格,核电关键设备用钢要磷含量小于0.01%、硫含量小于0.0005%,性能检测要在不同位置以及高温、常温及低温等不同状态下进行纵横向检验。
第三,钢板单重高、规格大,属超宽、超厚、超重型,生产难度大,如中国改进型百万千瓦级压水堆核电CPR1000蒸汽发生器筒体用钢,一张钢板单重就接近40吨左右。
最后,在投入使用前,专业人员还要对钢板进行严格的无损检测,包括100%超声波检验和钢板表面磁粉探伤。

(超声波检验和磁粉探伤)
为保证质量,核电钢生产实施终身追责制,每一道工序都必须有责任人签字确认,一旦因钢板质量问题造成事故,制造厂家和责任人也难逃其咎。
生产前,钢厂要先向用户和业务提供质保大纲、质量计划、技术条件等文件,经对方审核通过方可开始生产;生产中,每一张钢板、每一道工序完成,都需要三方共同到现场取样对质量、性能进行检验,确认无误后在质保书上签字。
不夸张地说,核电钢板出厂的时候,相关的文件差不多跟交付的钢板一样厚。

(核电钢生产的体系文件层次)
人类和平利用核能始于1942年,不过中国的核电却起步较晚,1985年才开工建设第一座秦山核电站。但中国核电发展迅猛,中国目前在建核电总装机容量已占全球总量的40%。
核电钢的国产化路径与中国核电站的发展历史一脉相承。自1973年开始,中国启动研制核电钢,在由中国自行设计、建造和运营管理的秦山核电站建设中,中国钢厂成功研制和生产了特定型号的核电用钢并投入应用,国产核电钢实现了“零”的突破。
但是当时,核电站关键设备和高级别核电钢中国还不能生产建造,大部分需依赖进口。
2008年,中国首个二代改进型压水堆项目——福建福清核电站开工,国产核岛级蒸汽发生器用钢18MND5、16MND5等成功应用于项目建设,结束了中国不能生产高级别核电钢的历史。
并且,核电蒸汽发生器的核心部件690U形管于2010年成功实现国产化,中国成为全球第四个能生产该产品的国家。

(核电蒸汽发生器)

(690U形管)
在第三代核电站建设中,安全性比前两代更加受重视,中国核电团队在反应堆外面增加了钢制安全壳,“华龙一号”更是采用了双层安全壳的设计。
安全壳由SA738Gr.B钢板组成,它采用的是低碳、Ni-Cr-Mo(镍铬钼)成分系列,屈服强度在415兆帕以上,最大厚度106毫米。国内钢厂已经可以自主开发并通过权威机构评审,实现批量生产并应用于相关核电站建设。
目前,中国已经具备了第二代改进型和第三代核电站安全壳、压力容器、蒸汽发生器、主管道、堆内构件等关键用钢的生产制造能力,“华龙一号”综合国产化率超过85%。与此同时,核电钢国家标准正式实施,为中国核电设计单位的选材、采购及钢板的生产提供了标准依据,核电钢国产化有了更加坚强的支撑。

(第三代核电站主管道锻造)
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    原标题:中国的核电技术为啥安全?原因在这儿|了不起的中国制造

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