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松脫部件和堆內構件振動監測系統 為核電安全運行發揮重要作用

來源:科技日報 發布日期:2015-09-02

  中國核動力研究設計院自主研發的“核電站堆內構件振動監測系統”,在中國核能行業協會2014年度科學技術獎頒獎大會上,從177個科技創新項目中脫穎而出,捧得一等獎(排名第二)。這是繼“核電站松脫部件監測與診斷系統”獲得國家能源局和中核集團公司科學技術進步二等獎之后,中國核動力研究設計院在保障核電安全運行、替代國外進口設備領域取得的又一重大創新成果。

  反應堆及一回路設備零部件一旦發生松動,結構完整性將受到破壞,零部件脫落后,將隨冷卻劑游動,撞擊結構和器壁,從而損壞結構和壓力邊界,核電站發生松脫部件事件如果未及時發現或未采取恰當措施,會嚴重損傷反應堆及一回路系統內部結構和壓力邊界,造成巨大經濟損失和安全事故;堆內構件在長期輻射、高溫、流致振動作用下,存在結構材料老化和失效的可能性,如果堆芯吊籃的擺動接觸壓力容器,會導致疲勞和磨損,堆芯通量測量管從壓力容器底部插入反應堆堆芯,吊籃小幅運動足以破壞它。因此,核電站必須裝備松脫部件監測系統和堆內構件振動監測系統,以實時監測反應堆及冷卻劑系統內出現的松動件、脫落件和遺留的金屬零件,跟蹤監測堆內構件和燃料組件的振動行為。國際上只有少數幾家單位掌握了該項技術,長期以來,我國一直依賴國外進口。

  自主研發的高技術產品獲廣泛應用。

  松脫部件發生在反應堆及一回路系統內部,通過在外部安裝有限的傳感器,要準確探測到內部松脫部件,并對其進行定位、部件質量和碰撞能量估計,技術難度大;處于高溫、高壓、強輻射環境的反應堆堆內構件和燃料的振動監測,不能在結構上直接安裝振動傳感器,只能通過檢測堆外中子噪聲,間接監測堆內構件振動行為,反應堆噪聲非常復雜,振動引發的中子噪聲往往低于背景噪聲,如何對中子噪聲進行處理、分析和識別堆內構件的振動是另一大技術難題。因此,世界只有少數幾家單位掌握了松脫部件和堆內構件振動監測技術。凝聚核動力院反應堆故障診斷專業人員心血和智慧研發的松脫部件和堆內構件振動監測系統填補了國內空白,在秦山核電二期擴建和嶺澳核電二期松脫部件監測系統和堆內構件振動監測系統招標中,通過與三家國際知名公司的同臺競爭,雙雙中標,自此實現了我國二代核電機組松脫部件和堆內構件振動監測系統的全面國產化。至2014年,核動力院共32套松脫部件和堆內構件振動監測系統供往了浙江秦山和方家山、廣東嶺澳和陽江、遼寧紅沿河、福建寧德和福清、廣西防城港、海南昌江核電站,同時還遠銷巴基斯坦核電站。在保障核電安全、經濟運行中發揮了重要作用。

  多項創新成果提升監測技術水平。

  核動力院研發的松脫部件和堆內構件振動監測系統取得了一系列科技創新成果。歸納為七個方面:第一,松脫部件監測的一個最重要的問題是誤報警問題,采取了多重抗誤報警機制有效消除了機械噪聲、結構噪聲、流體噪聲、電氣干擾、通道異常等產生的誤報警。第二,獨立于應用程序的松脫部件甄別技術解決了松脫部件甄別的實時性和可靠性。第三,設置了完整的系統性能與功能自檢功能,開發了多樣化系統故障在線自動檢測技術,確保系統監測性能與功能完整,方便維護和檢修。第四,觸發信號或報警事件性質分析、松脫部件定位、質量和碰撞能量估計技術,為監測到松脫部件事件時,及時實施診斷、評估其沖擊流道中壓力邊界和關鍵部件的危害性、采取停堆檢修措施提供依據。第五,通過檢測堆外中子噪聲,監測堆內構件振動行為,解決了核反應堆堆內高溫、高壓、強輻射環境不能直接安裝振動傳感器,不能對堆內構件振動進行直接測量的問題。第六,通過對堆內構件中子噪聲幅度與堆內構件振幅間的刻度因子計算,直接給出堆內構件振幅,解決了監測結果難評價問題。第七,全通道同步設計,消除了噪聲信號相位分析中的系統誤差,同時使系統得以簡化,測量時間大大縮短。

  專業化的運行技術支持能力彰顯。

  由于松脫部件和堆內構件振動監測系統基于噪聲分析進行診斷的專業性和復雜性,核電廠往往缺乏診斷專家,核動力院承擔了核電廠松脫部件和堆內構件振動監測系統運行技術支持服務。近年來,核動力院先后對XX核電機組運行中發生的主泵葉輪葉片碰磨和葉片脫落事件做出了成功的診斷,對XX核電機組熱試中發生的主泵冷卻水管碰磨問題進行了有效分析,對XX核電機組熱試期間發生的頻繁的松脫部件報警做出了準確診斷和危害性評價及立即停試檢查的中肯建議。同時對多個核電機組在熱試或運行期間發生的撞擊信號觸發和偶發報警進行了及時診斷,排除了松脫部件的可能性。實現了技術研發、產品制造、診斷分析“一條龍”服務,為確保核電站安全、經濟運行發揮了重要作用。

  三代核電監測系統研發帶動行業科技進步。

  為適應我國新建核電要求符合三代安全標準、發展主線為大型商業壓水堆、主力機型包括AP1000和華龍一號等的形勢,核動力院又獨立自主開發出了具有自主知識產權的AP1000特殊監測系統(包括數字化金屬零件監測系統、堆芯吊籃振動監測系統、主泵和驅動機構風機振動監測系統),并通過了型式試驗驗證,已具備為AP1000核電站提供特殊監測系統的能力。針對華龍一號研發的主管道和波動管LBB泄漏監測系統,已獲得巴基斯坦K2/K3核電項目訂單。通過與兄弟單位聯合,成功研制出國產化的高溫、耐輻射加速度計和聲發射傳感器。解決了華龍一號出口中核心部件和設備出口受限問題,為三代核電站的大規模建設和華龍一號出口海外,提供全面國產化的故障監測系統產品及技術服務。

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