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技术护航核电国家名片“走出去”
添加时间:2019-05-23

  早上五点从家出发前往机场,深夜12点回到沈阳,第二天依然精神抖擞地出现在中国科学院金属研究所的办公室里。这样不知疲倦地投入工作,对参加工作30余年来的韩恩厚来说是一种工作常态。“只要投入工作,就会让我忘记疲劳。”日前,韩恩厚在接受《中国科学报》采访时说。

  韩恩厚不仅是中国科学院核用材料与安全评价重点实验室主任、国家金属腐蚀控制工程技术研究中心主任,还是中科院沈阳分院院长。在从一个地方到另一个地方的车上,例如从机场到办公室只有20分钟,他都会打开电脑处理工作。

  在他的带领下,针对我国核电厂核岛关键装备材料的相关试验设备与评价完全受制于人的落后局面,中科院金属所科研团队研制出系列设备,为我国核电基础研究、压水堆重大专项的实施及核电国家名片“走出去”提供了技术保障。

  韩恩厚对《中国科学报》说,国产核电关键材料在核电一回路水环境中服役损伤数据的缺乏,导致核电设计依赖国外数据和标准、核电装备制造依靠进口材料,大幅增加了建设成本,严重阻碍了我国核电技术自主化,成为制约核电“走出去”的关键瓶颈之一。

  保障服役安全是核能利用的关键。国内外统计表明,腐蚀是影响核电站安全运行的最重要因素。韩恩厚透露:“由于缺乏核电高温高压水中原位测试技术,同时缺乏相关试验设备,我国核电材料腐蚀数据不足,设计、制造、安全审评完全依靠国外标准。”

  “2004年,我们就组织了核电安全、材料等方面的专家开展调研。”韩恩厚介绍说,“2005年,中科院金属所牵头提出的核用材料“973”项目建议,得到了国家科技部的批准,正式规模化进军核用材料与装备服役安全领域。”

  他回忆道,为了评定核电材料的相关腐蚀性能,需要大量的具备模拟核电服役环境和失效模式的试验设备开展实验研究。立项之初,国内主要依靠静态高压釜,测试结果与实际差异大,仅有的几台带高温高压水循环回路的进口测试系统也只能进行均匀腐蚀和应力腐蚀测试,功能比较单一,只能试验前后比较。

  “这类进口设备不仅售价昂贵,禁售范围甚至包括制备该类设备所需的关键材料和部件。”韩恩厚认为,这种受制于人的被动局面不仅妨碍了我国核电材料研究与核电站安全性、可靠性评价,而且阻碍了我国核电技术发展。“自主研制模拟核电高温高压水环境中多种腐蚀模式测试装备至关重要。”

  通过前期大量的调研工作以及早期的部分积累,韩恩厚团队首先实现了准确模拟核电厂水化学环境的循环水回路系统制备,并进行实时控制与数据采集。

  在工作中他们发现,有效模拟核电站存在的主要腐蚀失效形式、兼顾腐蚀与载荷联合作用下的损伤测试,是国际上长期没有很好解决的问题,特别是原位在线测试技术在其他国家也非常有限。真钱手机捕鱼。为此,团队针对主要技术难点展开攻关。

  此前,我国在核电高温高压水中,一直不能在线精确测量应力腐蚀扩展速度、不能在线精确测量腐蚀疲劳样品的变形量。韩恩厚团队不仅研制了原位测试应力腐蚀扩展速度的技术、测试试样标距段应变的LVDT(线性可变差动变压位移传感器)及应变原位在线监测技术,还编制了国际上一直未实现的界面友好的控制与数据采集软件,打破了国外的测试技术垄断并解决了对我国有些部门禁售的问题。

  利用该测试设备平台,团队完成了大亚湾核电站一回路开裂弯头的风险评估和寿命预测。大亚湾核电运营公司负责人对此评价道:“这是国内首次完成的百万千瓦核反应堆一回路关键管道部件的应力腐蚀安全评价与剩余寿命评估,摆脱了以往大型商用核反应堆只能依赖国外技术评估的困局。”

  难题一个接一个。在模拟核电服役的 350℃ 高温和20MPa 高压釜内实现划伤时,需要克服环境模拟、高压釜内外传动杆的快速动密封、电极及引线的绝缘、信号获取等难题,国际上一直没有可用的设备与方法。

  韩恩厚团队研制了模拟核电高温高压水中的划伤再钝化测试设备,包括可精确模拟水化学环境的高温高压水循环回路、高温高压水原位单道和多道快速划伤电极系统,在国际上首次实现了高温高压水中通过原位划伤再钝化快速评价应力腐蚀。

  “核电中国名片走出去需要科学技术作支撑。”韩恩厚说,由于我国核电设备材料在运行环境中的疲劳强度数据测试和评价技术长期依赖国外,为此团队发明了不同形状、不同尺寸样品和特殊服役空间的高温高压水中材料损伤模拟测试技术,研制出相关测试装备,为核电设计院、安审中心、制造企业、运行核电站许可证延续的安全评价及相应的核安全监管工作提供了科学依据。

  电化学测试技术是快速评价核电结构材料在高温高压水溶液中腐蚀性能以及在线监测/检测材料腐蚀损伤的重要方法之一,同时也是核电厂水化学在线监测的重要方法,国内一直没有在线监测手段。通过接触大量的核电单位,韩恩厚团队还发明了核电高温高压水中原位在线测试探头。

  “国际上首次实现了高温高压水加载条件下原位光学、光谱、声发射、电化学等集成技术对材料腐蚀损伤过程的准确测量。”“国际上首次实现了高温高压水中通过原位划伤再钝化快速评价应力腐蚀。”“该成果填补了我国空白,总体达到国际先进水平,其中2 项装备属于国际首创、4 项装备国际领先,使我国核电材料性能测试与评价技术跨入世界先进行列。”

  2016年,在中国核能行业协会组织的鉴定会上,韩恩厚团队不仅受到来自鉴定专家的一致好评,还获得了核电行业客户的认可。上海电气核电设备有限公司负责人说:“团队实现了焊接接头工艺优化,提高了产品的成品率,带来了显著的经济效益。”该成果在中国核能行业协会2016年度评奖时,30余位专家几乎全票通过技术发明一等奖,是设奖以来第一个发明一等奖。

  相关用户单位透露,采用韩恩厚团队研制设备获取的数据和规律,他们首次完成了由中国人牵头的大型商用核电站核岛内弯管的安全评价,不仅打破了国际垄断,而且降低了停堆和检修时间,也为企业赢得了巨大的经济效益。“一旦推迟运行损失高达1000万元/天,如更换弯管可能耗费成本上亿元。”

  目前,韩恩厚团队提供给客户的20余套测试系统,节约的设备购置费用已达数千万元。例如,先后为苏州热工院等单位提供了整套测试系统,为中国核动力研究院开展了锆合金电化学研究,为核电装备制造厂、设计院和安全审评机构等多单位开展核电材料国产化中的腐蚀评价、制造工艺优化、选材、设计模型等三代核电技术国产化提供了直接评定与技术支撑。

  “实际上,部分设备与原位检测技术国外尚无;核电厂一回路水中弯管的应力腐蚀评定国际上也是难题,价值更大。”韩恩厚说。

  相关用户反馈称,无论是测试技术与装备,还是自主完成大型商用核反应堆一回路中的关键部件服役安全评价,均具有开拓性,在国内外影响深远。测试技术与装备还获得2018年度国家技术发明奖二等奖,得到了业内专家的充分肯定。