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20年磨一剑 中广核打造先进“中国芯”_5

未知 2019-11-14 15:05

  受访专家:肖岷,博士、研究员级高级工程师,中广核集团中科华核电技术研究院副总工程师(反应堆工程设计与燃料管理研究中心首任主任),宁德核电站首循环一体化含钆燃料18个月换料项目的开拓者、组织者和创始人,新世纪百千万人才工程国家级专家,从事反应堆堆芯设计与燃料管理研究与实践20多年,所取得的一系列得到实际应用的重大创新成果和创造的价值得到了核电行业和国家的认可,是我国在该领域作出了重要实际成绩的优秀代表人物之一。著有《压水堆核电站燃料管理燃料制造与燃料运行》等书籍。

  核电站的心脏是什么?从事核事业的人都会告诉你:是反应堆堆芯。

  因为要实现核电站的长期高效发电和节能减排,先进堆芯设计和燃料管理是关键环节之一。

  为了打造核电的先进中国芯,中广核20年磨一剑。

  经过20多年的引进、消化、吸收和再创新,我国在百万千瓦级压水堆核电站的堆芯设计和燃料管理创新与实践中取得了一系列令国内外瞩目的成绩:低中子泄漏高富集度堆芯设计、延伸运行、18个月换料、高燃耗1/4换料、首炉一体化含钆燃料18个月换、从AFA-3G到全M5 AFA-3G等。这些创新项目均实现了从概念、理论到工程应用的跨越,持续引领中国百万千瓦级压水堆核电站堆芯设计与燃料管理创新和实践的潮流,步伐与水平国内领先,有的甚至世界第一,且已经在宁德核电站等得到应用,产生了巨大经济效益和社会效益。

  2012年12月,中国百万千瓦级压水堆核电站堆芯设计与燃料管理技术的又一个重大创新成果宁德核电站首炉一体化含钆燃料18个月换料项目启动物理试验取得圆满成功。这成功的背后,有中广核人洒下的无数汗水和艰辛足迹。

  回首过去20多年的创新历程,中广核集团中科华核电技术研究院副总工程师、国家级专家肖岷博士作为中国百万千瓦级压水堆核电站堆芯设计与燃料管理技术创新与实践的开拓者与实践者,体会自有不同,过去的攻艰克难,历历浮现眼前。

打造核电先进中国芯,体味创新艰难

  反应堆堆芯是核电站的心脏。先进的反应堆堆芯设计、堆芯燃料管理及燃料技术的应用是核电站最核心的技术,也是核电站实现可持续发展的关键环节,是我国实现核电技术自主化创新必须要解决的首要难题。

  核电站堆芯设计及其创新无论在新技术上、核安全上还是政治上都极为敏感复杂,那么中广核为什么能够在百万千瓦级压水堆核电站堆芯设计与燃料管理领域的研究与实践中不断取得重大成果?

  这绝非偶然的。在这条中国百万千瓦级压水堆核电站创新与实践之路中,肖岷是其中的典型代表和开拓者。30多年核工业战线的工作经历,20多年在中广核集团坚守堆芯设计与燃料管理岗位,风雨不移。这条创新与实践之路,仿佛正应证着中国核电在核心技术领域不平凡的发展变迁,那是一条既艰难又卓有成效的创新之路,肖岷曾表示:这是改革开放与核电事业发展带来的机遇,能够参与其中,自己生逢其时,庆哉幸哉。

  从20多年前被派往美国西屋公司系统学习压水堆堆芯设计、安全分析与燃料管理技术开始,肖岷就清楚地知道,打造核电先进的中国芯,是他以及如他一般肩负核电责任之核电人的历史使命。

  在大亚湾核电站于2001年成功实施18个月换料及岭澳核电站于2007年成功实施先进燃料管理(高燃耗1/4换料)等一系列创新改进项目以后,中国百万千瓦级压水堆核电站的堆芯设计与燃料管理改进开始转向新建的改进型压水堆核电站。

  据了解,在宁德核电站之前,我国的商用百万千瓦压水堆核电站首炉堆芯设计几乎都是翻版设计,采用分离式硼玻璃可燃毒物组件,产生大量的高放废物,且是12个月换料。

  为了节能减排和高效发电,能否按照三代核电的要求在新建的百万千瓦级压水堆核电站首炉就实施18个月换料?

  由于世界上没有先例,能否实现这个设想是摆在中国核电人面前前所未有的挑战。肖岷是宁德核电站首炉18个月换料项目的策划者、发起人和组织者。早在宁德核电站工程策划阶段的2005年,肖岷就认真、急迫思考这一问题并策划设计论证和工程解决方案,宁德核电站首炉含钆一体化含钆燃料18个月换料的构想由此开始。

  但是,2006年的时候,宁德核电站项目已经按翻版设计(12个月换料)与某单位签订了合同并安排了工程设计,首炉一体化含钆燃料18个月换料自主创新与实践本来已经失去了机会。这也就意味着中广核乃至中国,将失去在新建的自主设计的改进型百万千瓦级压水堆核电站中实施先进堆芯设计和燃料管理自主创新的良机,而当时中科华核电技术研究院还未成立

  想在这种情况下扭转局面,其技术难度与组织难度可想而知。要么根本不可能扭转局面,要么即使扭转局面也存在很大困难和风险。由于国内外没有现成的参考设计,若处理不好,有可能危及设计进度,影响项目的安全审评进度甚至造成工程进度延误。然而机不可失、时不我待,基于对首炉18个月换料对于节能减排重大意义的深刻理解,基于大亚湾、岭澳等核电站实施先进燃料管理的成功实践经验和工程判断,经过充分的可行性分析,宁德核电站是自主设计并实施首炉一体化含钆燃料18个月换料千载良机的信念和使命感在肖岷心中始终没有动摇。

  然而,来自各方面的压力甚至阻力使得这一想法的实现异常艰难。由于12个月换料的翻版设计合同已经存在,相关设计已经开展,若要实施宁德首炉18个月换料还要变更已有的核岛设计合同并另外花大价钱重新设计。在核电工程的中途改变核岛堆芯设计的设计基础和工程方案,这在中国的核电工程设计和建设史上绝无仅有。

  功夫不负有心人,在集团公司大力支持下,工程公司、宁德业主公司及刚刚成立的中科华核电技术研究院通力协调配合,经过肖岷及其所带领的反应堆设计与燃料管理团队的不懈努力,攻艰克难,成功实现了宁德核电站首炉堆芯设计工程方案的大逆转。最终在宁德核电站工程建设进展的关键时刻由中广核自主设计的首炉一体化含钆燃料18个月换料项目取代了原签约项目,并得到各方面认可。

洒下汗水,实果终于结出来

  2008年,宁德首炉18个月换料项目正式启动。作为反应堆工程设计与燃料管理研究中心首任主任的肖岷带领团队在时间紧迫的情况下克服了难以想象的困难,完成了所有的分析论证和新文件体系的建立。

  2012年,我国百万千瓦级核电站堆芯设计核心领域的又一重大科技创新成果得到国家批准并投入工程应用:宁德核电站首炉一体化含钆燃料18个月换料项目在2012年3月获得国家核安全局批准之后, 2012年10月初宁德1号机组首炉装料成功,当年11月24日成功临界,当年12月启动物理试验取得圆满成功,宁德首炉18个月换料堆芯设计得到了全面检验。中国百万千万级压水堆核电站的首炉堆芯设计与燃料管理创新与工程实践的历史由此翻开了新的一页。

  据介绍,中国压水堆核电站百万千瓦机组首循环堆芯装载方法中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方法等获得国家知识产权局发明专利授权。这些创新成果与发明的意义在于首次将一体化含钆可燃毒物燃料用于百万千瓦级核电机组的首循环18个月换料堆芯装载,将大大增强核反应堆的反应性控制能力,提高机组安全性能和发电能力,低中子泄漏装料设计提高核燃料效率并延长反应堆寿命,减少高放射性废物,有利于环境保护,是节能减排和增效的重大举措。该发明专利是百万千瓦压水堆核电站首炉堆芯设计的重大创新的又一个突出标志。

  此外,宁德核电站是世界上首例在首炉采用一体化含钆可燃毒物燃料18个月换料的商用压水堆核电站。因此,宁德核电站从建成时刻起就具备了既高效发电又节能减排的措施和能力。国家核安全局专家委员会的有关专家对此给予了高度评价。该设计已经成为后续百万千瓦级压水堆核电站首炉18个月换料的样板和参考设计。中国百万千瓦级压水堆核电站的先进堆芯设计与燃料管理已早于三代核电站投入应用。法国设计的三代欧洲先进压水堆核电站EPR首炉也采用一体化含钆燃料18个月换料。芬兰、法国和中国台山的EPR都还在建设之中。

  宁德首炉一体化含钆燃料18个月换料项目这一核电核心技术的工程创举不但改写了宁德核电站初始堆芯设计的历史,而且开创了中国百万千瓦级压水堆核电站自主化先进堆芯设计和燃料管理实践的历史和新格局。这一创新之举获得成功,也使肖岷成为百万千万级压水堆核电站首炉一体化含钆燃料18个月换料创新与工程实践的开拓者和创始人。

成功,源于理论与实践的结合

  宁德核电站首炉18个月换料项目艰难的成功故事只是中广核若干重大堆芯设计与燃料管理创新与实践项目的一个缩影。该项目的成功得益于有中广核堆芯设计创新和实践的长期积累、技术创新与实际应用紧密结合的传统以及领导的大力支持和正确决策。

  作为反应堆设计与燃料管理团队代表人物的肖岷,能够长期在如此复杂、具有如此先进水平的技术和项目中游刃有余,这绝非偶然,而是来自于他们数十年如一日的勤奋与坚持,来自于20年多年前把在美国西屋公司系统性学习和掌握的先进压水堆堆芯设计、安全分析和燃料管理等先进技术带回中国,来自于20多年来在堆芯设计与燃料管理创新项目实践经验的积累,以及打造培养了一支优秀的堆芯设计队伍。

  20多年来中广核在百万千万级压水堆核电站堆芯设计与燃料管理方面的创新始终与实践应用紧密结合,有关项目获得了国防科技成果一、二、三等奖,中国核工业科技成果一等奖,中广核科技成果一、二等奖,中国电力科技二等奖等多项(次)奖励,并取得一批堆芯与燃料设计的重要发明专利。

未来,机遇与挑战并存

  尽管取得这么多成果,但肖岷依然感觉未来任重道远。他说,未来相当长的时间内,我国将有几十座在运的百万千瓦级压水堆核电站,确保这些核电站的安全运行并不断改进、提升其性能使之满足新的安全标准,是重要而艰巨的任务和社会责任,也是福岛事故后国内外的关注焦点。中国的百万千瓦级核电站还要运行4060年,甚至更长。要保证这些核电站长期、安全和经济运行并不断提升性能和业绩绝非易事,其中必然充满挑战,但也正是技术创新的用武之地和市场机会之所在。这种理解实实在在,让我们看到了他对中国核电未来的理解和责任感。

  中国百万千瓦级压水堆核电站堆芯设计与燃料管理创新与实践走出了一条独立自主的成功道路,20多年来的艰难创新足迹和成功实践是中国核电事业发展过程中核心科技创新的重要缩影,将载入史册。作为20多年来该领域创新与实践的成功实践者和学科带头人的肖岷,就像一粒原子,一如他20多年来所从事的堆芯设计与燃料管理事业,始终在不断创新与成功实践中高速旋转,迸发着巨大的能量和效益,并将继续为核电的安全运行、高效发电、节能减排和可持续发展作出新的贡献。

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