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      練就“獨門絕技” 為國之重器穿上防護衣

      ——記我校為國之重器“華龍一號”獻智育才

      作者:霍萍 李響點擊數:687更新時間:2021-03-12

      2021年1月30日,全球第一臺“華龍一號”核電機組——中核集團福建福清核電5號機組投入商業運行,標志著我國核電技術水平和綜合實力已躋身世界第一方陣,成為繼美國、法國、俄羅斯等國家之后真正掌握自主三代核電技術的國家。作為我國核電走向世界的“國家名片”,“華龍一號”是全球核電市場上接受度最高的三代核電機型之一。首堆投入商運為“華龍一號”的批量化建設和走向世界奠定了堅實基礎。

      “華龍一號”全球首堆所在地福清核電全景圖(8月31日攝)

      “華龍一號”全球首堆福清核電5號機組裝料水池(2020年9月3日攝)

      令我校師生振奮的是,學校用核領域60余年的科研、學科積累,為這一國之重器注入哈工程智慧,并為中國的第三代核電技術培養了一批杰出人才?!叭A龍一號”總設計師是哈船院83級校友、中核集團首席專家、中國核電工程有限公司總工程師邢繼。作為“華龍一號”至關重要的一項國際首創核電站工程應用技術,非能動安全殼熱量導出系統的設計研發由學校核學院孫中寧教授科研團隊主導參與,助力這一“大國重器”按計劃推進。

      苦干8年 注智國之重器

      “華龍一號”最大的特征是“能動和非能動相結合的安全系統”,正是這一系統使它成為國際上安全標準最高的核電站之一。

      “華龍一號”在最主要的三道安全屏障上,都設置了‘能動+非能動’的安全系統?!痹诎踩到y設計中兼顧了能動系統和非能動系統,這是“華龍一號”區別于歐美一些僅有冗余的能動系統,或以非能動系統為主只設少量能動系統的第三代核電站之顯著特征。

      在日本福島核電站發生嚴重核泄漏事故之后,國家明確要求要按照“國際最高安全標準”建設核電站。要實現此目標,需要解決的關鍵問題之一就是當發生全廠斷電事故時,仍能高效排出安全殼內的巨量衰變熱,保證安全殼不會發生超壓破壞,這是一個長期沒有解決的世界性難題;“華龍一號”采用雙層混凝土安全殼設計方案(內層安全殼厚度達1.3m,外層安全殼厚度達到1.8m),對安全殼空間熱量的非能動導出造成巨大困難,亦是一個長期沒有得到解決的世界性難題。

      2011年開始,學校全力支持“華龍一號”項目,核學院的孫中寧教授帶領團隊與中國核電工程有限公司緊密合作,組成聯合研發團隊,開展非能動安全殼熱量導出系統研究。非能動安全殼熱量導出系統(PCS)是在核電廠發生嚴重事故時,同時在失去所有外部動力的條件下,利用非能動的方式將安全殼內的溫度和壓力控制在安全的范圍內,保證安全殼不受損壞,從而避免了放射性物質的失控外泄。

      團隊通過三個階段的不懈努力,歷時8年完成了PCS“從原理到工程”的跨越式突破。

      第一階段的工作始于2011年的夏天。在核學院閻昌琪教授的全力支持下,孫中寧教授帶領丁銘、曹夏昕、王建軍、范廣銘、谷海峰等幾位年輕老師踏上了PCS研發之路。在短短的半年時間里,實現了PCS“從零到一”的過程,確定了以閃蒸驅動兩相自然循環為基礎的開式方案,完成了含大量不凝性氣體蒸汽冷凝現象的基礎研究,為內部換熱器這一關鍵設備的設計提供了理論支持。

      第二階段的工作貫穿了整個2012年,在學校黨委和相關部門的全力支持下,科研團隊在學校31號樓北側建成了世界最大的“非能動安全殼熱量導出系統綜合實驗臺架”,用了近一年的時間,對所研制系統進行了1:1綜合性能驗證實驗,完成了與雙層混凝土安全殼相適應的非能動熱量導出系統工程化研制,并通過國家生態環境部核與輻射安全中心、福建福清核電有限公司分別的驗證工作,獲得認可。

      2014年進入了第三階段的研究工作——安全殼綜合實驗研究項目。這一階段團隊也迎來了張楠、孟兆明、周艷民、邊浩志、溫繼銘等更年輕的老師加入。第三階段的工作研究目標主要是關注事故后安全殼的響應特性、安全殼熱工水力特性以及PCS耦合特性,進一步探索PCS對事故工況下安全殼溫度、壓力的控制能力。為此團隊一方面深入調研分析已有的安全殼熱工水力實驗裝置資料,另一方面為了簡化重構“華龍一號”安全殼內近百個隔間,團隊成員多次前往工程公司查看設計圖紙和交流討論,并多次赴福清5號核電機組建設現場,對殼內隔間聯通和設備布置情況進行實地考察和測量。團隊歷時半年終于突破了大型安全殼的縮比?;夹g,經過計算分析、理論推演、反復論證,最終在2014年12月確定總體設計方案,并通過了專家評審,這標志著研究工作進入詳細設計階段。

      在接下來近兩年時間內科研團隊完成了PCS系統、蒸汽供應系統、空氣供應系統、氦氣供應系統、冷卻水系統、參數測量系統、數據采集系統、氣體采樣與預處理系統等8個分系統的詳細設計。其中參數測量系統是最為復雜也是本項目的核心系統,測量參數類型包括溫度、壓力、流量、風速、流場、氣體濃度、液位、冷凝水量等8類,上千個測點。團隊逐項開展論證分析和實驗測試工作,解決了一個又一個技術難題,最終形成了準確性、可靠性和經濟性最優的設計方案。同時還協助工程公司完成了實驗裝置鋼結構施工圖設計、安全殼模擬體內隔間鋼結構施工圖設計、主控室布置設計、鍋爐房、水泵房、數據采集室等幾乎全部的廠房設計工作。

      轉眼時間來到2017年,科研團隊完成了系統調試大綱和實驗大綱的制定和評審,開始進入現場安裝階段,由于需要常駐現場及時反饋進度和問題,幾位年輕老師在不影響教學的前提下,輪流前往廊坊實驗現場負責技術指導,保證了儀器設備安裝質量和進度要求。

      2018年3月,國內規模最大的安全殼綜合實驗裝置建造安裝完畢,研究正式進入最重要的系統調試和實驗實施階段。鑒于前期詳細、全面和充分的設計工作,系統調試進展順利。同時,在周密的實驗安排、規范的操作流程和密切的校企配合下,實驗順利進行。有些實驗工況常常需要持續72小時,非常辛苦。但團隊成員沒有人叫苦,也沒有人怕累,心中只有一個念頭:絕不能因為我們的懈怠而拖了電站建設進度的后腿。歷經了為期9個多月的現場調試和實驗,在現場條件不充足和廠區基本設施不健全的條件下,團隊成員齊心協力,發揚吃苦耐勞、勇于奉獻的科研工作精神,秉承“辦法總比困難多”的攻堅克難信念,保障了實驗質量和進度。

      2018年8月29日凌晨,是一個令科研團隊難忘的時刻,終于成功完成了最后一次實驗。盡管大家的身體極度疲憊,但心情卻非常愉悅,有一種無比釋懷的感覺,8年的付出,共計11類數十次實驗,終于獲得了豐厚的回報:所研制系統的排熱能力遠超預期,“華龍一號”安全殼的防護實現了由“能動”向“非能動”的跨越。

      2020年底,黑龍江省國防科學技術工業辦公室組織,由中國工程院于俊崇院士領銜的專家組對所研制系統進行了成果鑒定,認為技術總體達到國際領先水平。目前,除了剛剛實現商業運行的福清5號機組,還有在建的福清6號機組、巴基斯坦卡拉奇2、3號機組,以及漳州核電的1、2號機組均應用了項目團隊的研發成果。

      技術攻關期間,核學院與“華龍一號”設計單位中國核電工程有限公司強強聯手、協同攻關,開展科研合作,項目研究得到了雙方單位的全力支持和保障,特別是在安全殼綜合實驗期間,學院積極協調,解決了長期在外參與實驗師生的教學和學習中存在的困難,學校和學院領導更是在繁忙的工作中抽出時間親赴廊坊實驗現場考察指導工作,慰問參與實驗的師生。中國核電工程有限公司領導也非常關注項目進度和實驗進展情況,其中“華龍一號”總設計師邢繼更是多次帶隊前往實驗現場,了解存在的潛在風險和落實各項保障措施。這些關心、慰問和大力支持,不但保障了項目研究的順利推進,同時也更加激勵了科研團隊攻關的決心和必勝的信心。

      至善至真 培養大國工匠

      我校核學院特別注重加強在項目研究過程中對于學生的人才培養工作。孫忠寧教授團隊中不乏多位本科生、碩博研究生的參與,他們從起初科研經驗欠缺,到憑著對科研的熱愛和不怕失敗、勇于創新的毅力,不斷激發科學研究探索的潛能,承擔大量繁瑣、復雜和艱辛的研究工作,參與并完成多項研究工作。就如他們的榜樣、學長邢繼一樣,這些畢業生畢業以后,投身供職于中國核電工程有限公司等10余個我國與核工業相關的重要科研院所和高校,繼續為我國核電事業貢獻力量。

      “實業報國,是我父母這代人心中根深蒂固的理念,所以他們一定要我學理工科。而我那時也特別喜歡國防軍工,所以高考填的志愿是哈爾濱船舶工程學院船舶工程專業,最后被該校核動力裝置專業錄取?!毙侠^在受訪中說。

      邢繼入學報到當天,才知道學校的所有作息安排:起床、吃飯、上課、熄燈,都是吹軍號的。這讓渴望投入國防軍工事業的邢繼既興奮又好奇。當時,中國還沒有一座核電站,他所知的“核”也僅限于“中國有了原子彈”,對核工業可謂一無所知。踏進大學,核的神秘大門才漸漸向他打開,他不僅知道了核潛艇,而且還知道了世界上曾有國家對中國進行“核訛詐”。

      “那時我們專業連統一的部編教材都沒有,教材全是學校老師自己編寫的。有位老教授叫杜澤,對核動力裝置特別有研究,我們非常敬佩他?!毙侠^說,“我們的母??梢哉f影響了我的一生。毛主席曾給哈軍工題過‘工學’兩字,根據這兩字的內涵,后來形成了我們的校訓,‘大工至善,大學至真’。做工程的,必須至善至真。至善至真,才是大國工匠的標準啊?!?/p>

      1987年,邢繼畢業后進入了核二院,開始了核電生涯。1987年8月7日,大亞灣核電站正式開工建設,憑著厚實的專業知識,不恥下問、勤于思考的秉性與懷疑精神,在大亞灣核電站,邢繼很快與法國人直接對話、討論工程方案。有些時候,法國人直接把圖紙交給邢繼去組織施工,也會把重要工作交給他來做。

      2011年,邢繼任ACP1000總設計師,而他的“177堆芯”“雙層安全殼”等設計理念早在2009年就已經定型。

      作為真正的“中國創造”,“華龍一號”是我國具有完整自主知識產權的第三代核電技術,是值得國人驕傲和自豪的中國新“名片”。最終在核電站主要的關鍵設備上實現了百分之百的自主化、國產化,助力我國躋身世界核電技術第一陣營。核能技術的國際合作固然重要,但是,把核心技術牢牢掌握在自己手里更為關鍵。因為只有這樣,才能在發展上不受制于人才能夠避免被人“卡脖子”。

      “華龍一號”研發過程中涌現出無數個讓邢繼感到自豪的瞬間皆因這支干勁十足的團隊用自主創新實現了一個又一個看上去難以觸及的目標。我國自主研發的控制柜經過抗震臺的試驗和測試,抗震能力完全符合要求,我們用自主創新真正實現了“不可能”。

      邢繼帶領自己的團隊創新研發了具有自主知識產權的三代核電品牌,使中國進入世界核電第一陣營。出口一座核電站拉動國內產值能可達1000億元,相當于輸出30萬輛汽車?!叭A龍一號”已落戶巴基斯坦,并與阿根廷簽訂框架協議,未來將參與英國核電市場的競爭,帶動了中國高端裝備制造業走出去,為我國“一帶一路”倡議實施和建設核強國的目標提供了有力支撐。

      國務院國資委授予邢繼“央企楷?!钡念C獎詞是:你用自主創新的巨大能量,把“中國名片”打造得光鮮亮麗,為民族爭氣;你領航華龍一號向核強國邁進,在世界舞臺揚名。你捍衛的是民族的尊嚴,展現的是央企人的錚錚傲骨。


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