從核設(shè)備設(shè)計(jì)提升核電安全性的基本思考

姜文博

摘要：對(duì)于核電的發(fā)展來(lái)說(shuō)，日本福島核事故產(chǎn)生的影響是比較深遠(yuǎn)的，并且引發(fā)人們高度的重視核安全。各國(guó)對(duì)于發(fā)展核電的態(tài)度不盡相同，無(wú)論是停止繼續(xù)發(fā)展核電的理念，還是繼續(xù)堅(jiān)持發(fā)展核電的國(guó)家戰(zhàn)略，都涉及到公眾對(duì)于本國(guó)核監(jiān)管部門(mén)的信任狀態(tài)。我國(guó)屬于高速發(fā)展核電的國(guó)家之一，怎樣保障基于安全的狀態(tài)中將核電高效的發(fā)展，屬于我國(guó)核電從業(yè)者重點(diǎn)探究的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：核設(shè)備設(shè)計(jì);核電;安全性;基本思考

福島核事故的產(chǎn)生給各個(gè)國(guó)家敲響警鐘，世界各國(guó)予以核安全發(fā)展更高的關(guān)注度。我國(guó)處于核電高速發(fā)展的狀態(tài)中，應(yīng)該確保核電安全發(fā)展的情況下提升發(fā)展效率。本文主要是進(jìn)行回顧日本福島核事故，以此提出在核設(shè)備設(shè)計(jì)方面提升核電設(shè)計(jì)安全性的策略，介紹構(gòu)建先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系、運(yùn)用科學(xué)的設(shè)計(jì)分析方法、構(gòu)建完整試驗(yàn)驗(yàn)證體系等等，促進(jìn)核安全提升，提供給核電設(shè)計(jì)人員指導(dǎo)。

一、建立先進(jìn)的核電標(biāo)準(zhǔn)體系

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)屬于維護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)可靠的重要基礎(chǔ)，并且在核安全中處于源頭的地位，所以必須要充分的保障核電標(biāo)準(zhǔn)體系具備先進(jìn)性。目前，在核電廠的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)融入國(guó)際最新的核安全規(guī)范，高標(biāo)準(zhǔn)要求在設(shè)計(jì)、材料、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)維等等環(huán)節(jié)都有所涉及，在將驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)方面，將核設(shè)備設(shè)計(jì)安全裕度增強(qiáng)，屬于積極構(gòu)建科學(xué)完善的中國(guó)核設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系的關(guān)鍵途徑。回顧分析福島核事故能夠發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的主要因素之一就是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并不高，并未更新先進(jìn)的規(guī)范要求。因?yàn)槭鹿手埃袑＜医ㄗh采取最新的核安全標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行安全工作的改進(jìn)，例如對(duì)于反應(yīng)堆安全殼加固、實(shí)現(xiàn)電源和水源多元化、安裝氫氧復(fù)合器等，但福島方面未能及時(shí)按照革新后的規(guī)范進(jìn)行。

我國(guó)的核電發(fā)展，要牢牢吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，促進(jìn)核電國(guó)產(chǎn)化的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系提升，在設(shè)計(jì)分析標(biāo)準(zhǔn)中納入進(jìn)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故綜合考慮。我國(guó)核設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)事業(yè)還有待加強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)體系有待健全完善。為做好此項(xiàng)工作，對(duì)三代核電技術(shù)尤其非能動(dòng)核電技術(shù)更好的適應(yīng)，我國(guó)前期已經(jīng)構(gòu)建中國(guó)先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)項(xiàng)目、ASME中國(guó)國(guó)際工作組，融入大批核電專家，通過(guò)三代核電的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行分析中國(guó)核電標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)，促進(jìn)核電設(shè)備設(shè)計(jì)能力增強(qiáng)。

二、采用先進(jìn)設(shè)計(jì)分析方法

為將核電廠安全水平提升，需要采取最優(yōu)設(shè)計(jì)方法。在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的情況下，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不能達(dá)到核電安全性的高要求標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前普遍的運(yùn)用精確的數(shù)值模擬分析方法。堆型概念設(shè)計(jì)時(shí)，采取CAD-CAE分析技術(shù)形成協(xié)同仿真設(shè)計(jì)分析平臺(tái)，提供給圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作有價(jià)值的參考，保障概念設(shè)計(jì)完善、合理，提高設(shè)計(jì)的安全性。計(jì)算機(jī)仿真虛擬設(shè)計(jì)主要目標(biāo)即為，在計(jì)算機(jī)中仿真虛擬設(shè)計(jì)投入生產(chǎn)之前的產(chǎn)品，以虛擬設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化、修正的方式，得到仿真虛擬產(chǎn)品，也可展開(kāi)相應(yīng)的試驗(yàn)。經(jīng)反應(yīng)堆下腔室流場(chǎng)CFD虛擬仿真分析，能夠觀察到各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下下腔室流場(chǎng)分布、堆芯人口流量分配不均勻系數(shù)，得到優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。再展開(kāi)CFD數(shù)值模擬，了解到蒸汽發(fā)生器汽水分離器中的流場(chǎng)、汽水流動(dòng)情況，改進(jìn)分離效率，增強(qiáng)研發(fā)效率。另外，采取大型結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析軟件，三維應(yīng)力分析核島主設(shè)備，能夠?qū)⒃O(shè)備安全裕量可靠度進(jìn)行提升。

三、形成完整試驗(yàn)驗(yàn)證體系

為保障所設(shè)計(jì)核電設(shè)備具備較高的科學(xué)合理性，就需要運(yùn)用相應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，讓設(shè)計(jì)分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠，并形成科學(xué)的工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。例如，盡管秦山300MW核電廠的建立之初工業(yè)環(huán)境比較滯后，但是運(yùn)行多年以后，得到廣泛的認(rèn)可，這跟前期階段設(shè)計(jì)研發(fā)者進(jìn)行大量的驗(yàn)證試驗(yàn)具有直接的關(guān)聯(lián)性。在技術(shù)高速發(fā)展的情況下，目前研發(fā)核電設(shè)備主要是運(yùn)用仿真軟件聯(lián)合起試驗(yàn)手段展開(kāi)，計(jì)算機(jī)仿真可以帶給最終試驗(yàn)最佳策略，將試驗(yàn)成本減少的同時(shí)將試驗(yàn)針對(duì)性提升。例如，研發(fā)堆內(nèi)構(gòu)件過(guò)程中，為可以讓堆內(nèi)構(gòu)件具備較優(yōu)堆芯流量分配狀態(tài)，將流致振動(dòng)的隱患降低，設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)為了優(yōu)化設(shè)計(jì)采取CFD數(shù)值模擬仿真計(jì)算模式仿真虛擬產(chǎn)品，把優(yōu)化產(chǎn)品模型縮比處理，再展開(kāi)驗(yàn)證操作，通常會(huì)運(yùn)用到兩種試驗(yàn)，一種是縮比模型的水力模擬，另一種就是流致振動(dòng)試驗(yàn)，讓設(shè)計(jì)產(chǎn)品符合規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)。

四、重視超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件

為提升核電設(shè)計(jì)安全性，應(yīng)該對(duì)于超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件做出科學(xué)的分析評(píng)估核設(shè)備的方法。在發(fā)生了福島核事故以后，美國(guó)NRC及時(shí)提出評(píng)估日本福島核事故的建議，結(jié)果顯示，認(rèn)為此次事故問(wèn)題的引發(fā)因素主要就是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件的自然災(zāi)害。相關(guān)報(bào)告內(nèi)對(duì)于假想設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件、假想超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件概念進(jìn)行闡述，并且針對(duì)事件發(fā)展過(guò)程詳盡介紹，做出分析評(píng)估流程。對(duì)于假想設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件，在確保核電廠構(gòu)筑物、系統(tǒng)、設(shè)備和部件完整的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)要求明確規(guī)定，全面的納入安全導(dǎo)則。例如，在電廠事故工況中，予以SSE疊加LOCA充分的考慮，遵循ASME規(guī)范核部件的D級(jí)限制展開(kāi)科學(xué)的評(píng)價(jià)。針對(duì)假想超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件，還有待健全完善導(dǎo)則、規(guī)范以及評(píng)估要求等。所以，面對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件，應(yīng)該積極的探索出更先進(jìn)的分析評(píng)估模式。

五、強(qiáng)化核安全文化理念

注重建設(shè)較高的核安全理念、核安全文化，讓每一位從事設(shè)計(jì)的人員增強(qiáng)和安全意識(shí)至關(guān)重要。在報(bào)告INSAG-4《安全文化（Safety Culture）》（IAEA國(guó)際核安全咨詢組提出）中，提出安全文化的內(nèi)容，核設(shè)施設(shè)計(jì)者應(yīng)該嚴(yán)格的履行。所有核設(shè)施的質(zhì)量，密切的關(guān)聯(lián)于核設(shè)施的設(shè)計(jì)工作，直接的影響到核電廠的安全可靠性，保障設(shè)計(jì)無(wú)缺陷的情況下，才能避免后期頻繁的維修，防范核事故問(wèn)題。因此，核設(shè)備設(shè)計(jì)者應(yīng)該始終把“安全第一”作為工作的原則，樹(shù)立設(shè)計(jì)安全的責(zé)任意識(shí)，明確認(rèn)知自身設(shè)計(jì)工作中的系統(tǒng)、設(shè)備、部件等，對(duì)于全部核電廠安全可以產(chǎn)生重要的影響，避免任何一個(gè)環(huán)節(jié)工作的失誤。另外，設(shè)計(jì)人員要積極的融入到核安全文化中，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，精益求精，提升自身的業(yè)務(wù)技能，時(shí)刻保持高度警惕性，擁有獨(dú)到的專業(yè)見(jiàn)解，促進(jìn)設(shè)計(jì)水平有效的提升。

結(jié)語(yǔ)：

人們對(duì)于核安全的關(guān)注度在不斷的提升，每次出現(xiàn)的核事故問(wèn)題，都可以帶給核電設(shè)計(jì)更多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，促進(jìn)核電廠設(shè)計(jì)更加健全完善。核電研發(fā)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該對(duì)于核事故產(chǎn)生的因素進(jìn)行深入剖析，在核電設(shè)計(jì)源頭就進(jìn)行科學(xué)的把控，探究分析重大技術(shù)問(wèn)題，將核電設(shè)備的安全性提升，讓核電事業(yè)在安全的狀態(tài)中得到高質(zhì)高效的發(fā)展。

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