冷試并不“冷” 核電站“體檢”第一
近日，“華龍一號”全球首堆示范工程福清5號機(jī)組冷態(tài)功能試驗(yàn)一次成功。作為我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電，“華龍一號”頂住“高壓”，通過了檢驗(yàn)機(jī)組性能的一次“大考”。這標(biāo)志著該機(jī)組打破首堆必拖“魔咒”，提前轉(zhuǎn)入調(diào)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(guān)人士。
頂住“高壓”，反應(yīng)堆性能經(jīng)受“大考”
如果將發(fā)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(biāo)之一是安全可靠。
冷試，是冷態(tài)功能試驗(yàn)的簡稱，是核電廠大型綜合專項(xiàng)調(diào)試試驗(yàn)，主要目的是驗(yàn)證一回路系統(tǒng)和設(shè)備及其輔助管道在高壓下的各項(xiàng)性能，并在各個壓力平臺下進(jìn)行主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的相關(guān)試驗(yàn)，是對整個反應(yīng)堆性能的第一次全面“體檢”。
它也被認(rèn)為是檢驗(yàn)這座“核電寶”的第一步，可驗(yàn)證各系統(tǒng)完整性，驗(yàn)證超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)狀態(tài)下能否正常保壓，并要超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)來檢驗(yàn)它的性能抗壓能力。
而首堆能否如期推進(jìn)，“體檢”報告十分關(guān)鍵。
壓力，是冷試首先要考核的指標(biāo)之一。我們?nèi)粘＝佑|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(jù)設(shè)計(jì)方案，一回路設(shè)計(jì)壓力約為17兆帕。但這次冷試的峰值是22.3兆帕，相當(dāng)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(tuán)福清核電有限公司(簡稱福清核電)相關(guān)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(shù)值。設(shè)計(jì)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(diǎn)到次日凌晨2點(diǎn)，經(jīng)過16小時的逐級升壓，“華龍一號”福清5號機(jī)組主系統(tǒng)壓力抵達(dá)22.3兆帕，穩(wěn)壓十分鐘，才算通過了考驗(yàn)。
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(shí)，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(guān)人士介紹，通過葉片攪動，主泵在密閉空間中旋轉(zhuǎn)，動能轉(zhuǎn)換為熱能，帶動一回路升溫。
一座核電站的建設(shè)要?dú)v經(jīng)前期籌備—土建施工—設(shè)備安裝—調(diào)試幾個階段。冷試后，“華龍一號”后續(xù)還有熱試、臨界試驗(yàn)、各功率平臺試驗(yàn)、性能試驗(yàn)等過程。
所謂冷試，是相對熱態(tài)性能試驗(yàn)(簡稱熱試)而言的，它也被認(rèn)為是熱試的熱身。冷試結(jié)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(dá)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(shí)際運(yùn)行工況，以驗(yàn)證系統(tǒng)性能是否與設(shè)計(jì)要求相一致，對核電站的可靠性進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，包括確保設(shè)備常溫下不能漏，高溫下更不能漏。此外，還要驗(yàn)證儀表及設(shè)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(shù)是否符合設(shè)計(jì)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(jìn)行驗(yàn)證，包括驗(yàn)證非能動堆芯冷卻系統(tǒng)的自然循環(huán)能力、非能動預(yù)熱排出熱交換器的換熱能力等
正因如此，與冷試相比，后續(xù)的熱試將是一個比較漫長的過程，它并不是某一個試驗(yàn)，而是一系列試驗(yàn)的總和。
據(jù)了解，根據(jù)機(jī)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(yùn)行規(guī)程將被全方位驗(yàn)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(duì)伍也得到了鍛煉。
熱試后就要裝料，按照計(jì)劃，“華龍一號”全球首堆福清核電5號機(jī)組今年年底將進(jìn)行首次裝料。如果按照62個月的建造工期，5號機(jī)組計(jì)劃于明年7月正式并網(wǎng)發(fā)電。
大數(shù)據(jù)、沙盤推演實(shí)現(xiàn)事前風(fēng)險管控
當(dāng)全球在建三代核電機(jī)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(jìn)展順利，按照計(jì)劃進(jìn)度開展建設(shè)成為重要標(biāo)簽。
“‘華龍一號’是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是從無到有的創(chuàng)新過程�！敝泻思瘓F(tuán)“華龍一號”總設(shè)計(jì)師邢繼特別介紹說，示范工程的攻堅(jiān)課題之一，是按期完成首堆工程施工圖設(shè)計(jì)。
通過持續(xù)推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，中核集團(tuán)將核電的設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件集成與互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合，建立了異地綜合協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，全國多個設(shè)計(jì)單位通過網(wǎng)絡(luò)連接，利用各種終端設(shè)備，在同一個平臺上開展異地協(xié)同設(shè)計(jì)工作。協(xié)同設(shè)計(jì)平臺終端數(shù)量達(dá)到500個，并可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充。
在這個平臺上，近千名“華龍一號”現(xiàn)場工程和設(shè)計(jì)人員，實(shí)現(xiàn)了信息及時溝通共享，加快了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞，減少了設(shè)計(jì)交換過程反復(fù)，有效提升了設(shè)計(jì)效率。
在開展設(shè)計(jì)工作的同時，中核集團(tuán)充分利用設(shè)計(jì)信息平臺高效便捷的特點(diǎn)，將示范工程建設(shè)中遇到的技術(shù)問題及時匯總形成設(shè)計(jì)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)，不僅向設(shè)備制造方和工程建設(shè)方反饋，還傳遞給了后續(xù)的核電項(xiàng)目。
“這為‘華龍一號’核電項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、批量化建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，提升了建設(shè)與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性�！毙侠^說。
從30萬千瓦起步，“華龍一號”是中國核電研發(fā)從引進(jìn)、吸收和再創(chuàng)新的產(chǎn)物�！叭A龍一號”設(shè)計(jì)壽命為60年，反應(yīng)堆采用177堆芯設(shè)計(jì)，堆芯采用18個月?lián)Q料，電廠可利用率高達(dá)90%以上。其中自主知識產(chǎn)權(quán)覆蓋了設(shè)計(jì)、燃料、設(shè)備、建造、運(yùn)行、維護(hù)等領(lǐng)域，并已自主開發(fā)了核電專用軟件，形成了完整的知識產(chǎn)權(quán)體系，是目前國內(nèi)唯一能獨(dú)立出口的三代機(jī)型。作為全球首堆示范工程，福清核電5號機(jī)組建設(shè)設(shè)備國產(chǎn)化率不低于85%，采購、安裝的“三新”設(shè)備超過百臺套。
福清核電總經(jīng)理陳國才告訴記者，不斷優(yōu)化的項(xiàng)目管理模式、創(chuàng)新工程管理方式保障了示范工程建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，也為后續(xù)“華龍一號”批量建設(shè)提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。
首堆建設(shè)中，建設(shè)團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)首次運(yùn)用沙盤進(jìn)行模擬推演。比如，設(shè)計(jì)領(lǐng)域選取了電廠DCS提資策劃等6類典型設(shè)計(jì)組織與管理任務(wù)，進(jìn)行沙盤推演。
陳國才表示，通過總結(jié)歸納基礎(chǔ)事實(shí)，測試管理團(tuán)隊(duì)管理知識、經(jīng)驗(yàn)和解決問題的能力，分析預(yù)測項(xiàng)目階段性的發(fā)展趨勢，可達(dá)到事前管理、風(fēng)險管控的目標(biāo)。
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