非能动安全壳热量导出系统机理研究实验装置

非能动安全壳热量导出系统综合验证实验装置

安全壳热工水力特性研究实验装置

近日，全球第一台“华龙一号”核电机组——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。其安全壳是保证电站安全的最后一道实体屏障。哈尔滨工程大学核学院教授孙中宁科研团队主导参与了“华龙一号”一项国际首创核电站工程应用技术——非能动安全壳热量导出系统的设计研发，解决了一项世界性难题，擦亮了“国家名片”。

在日本福岛核电站发生严重核泄漏事故之后，我国明确要求要按照“国际最高安全标准”建设核电站。要实现此目标，需要解决的关键问题之一就是，当发生全厂断电事故时，仍能高效排出安全壳内的巨量衰变热，保证电站的最后一道实体屏障——安全壳不会发生超压破坏，这是一个长期未能解决的世界性难题。

“华龙一号”是我国研发的首个拥有完整自主知识产权的三代核电机组，采用了双层混凝土安全壳设计方案。该方案的优点是充分利用了混凝土安全壳设计与运行的成熟经验，具有良好的反应堆功率扩展适应性。但其内层安全壳厚度达1.3米，外层安全壳厚度达1.8米，厚重的混凝土墙体对安全壳空间热量的非能动导出造成了巨大的困难，这也是一个长期未能解决的世界性难题。

2011年开始，哈工程全力支持“华龙一号”项目，孙中宁带领团队与中国核电工程有限公司组成联合研发团队，开展非能动安全壳热量导出系统研究。通过不懈的努力，他们仅用两年的时间就完成了从机理研究到原理性实验，再到关键设备和整个系统的研制和工程化设计。

2012年底，科研团队在哈工程建成了世界最大的“非能动安全壳热量导出系统综合实验台架”，用了近一年的时间，对所研制系统进行了1:1综合性能验证实验，完成了与双层混凝土安全壳相适应的非能动热量导出系统工程化研制。

从2014年开始，联合研究团队开始进行“华龙一号”安全壳热工水力特性综合实验台的设计工作，用于检验所研制系统在反应堆严重事故中是否真正能够保证安全壳不超压，这也是国家核安全监管部门批准“华龙一号”首堆装料的前置条件。

在之后的四年里，在中国核电工程有限公司位于河北省廊坊市的研发基地，团队成员建起了大规模综合实验装置，完成了11类数十次实验。这些实验常常需要连续进行72小时，非常辛苦。但团队成员没有人叫苦，心中只有一个念头：“绝不能因为我们的懈怠而拖了电站建设进度的后腿。”

2018年8月29日是团队难忘的日子。那天凌晨，团队完成了最后一次实验，所研制系统的排热能力远超预期，“华龙一号”安全壳的防护实现了由“能动”向“非能动”的跨越，团队8年的付出终于获得了回报。

2020年底，经鉴定，专家组认为该技术总体达到国际领先水平。目前，除了刚刚实现商业运行的福清5号机组，还有在建的福清6号机组、巴基斯坦卡拉奇2、3号机组，以及漳州核电的1、2号机组均应用了项目团队的研发成果。

不久前，中国核电工程有限公司再度与哈工程等单位联手，获批国家重点研发计划项目“严重事故下安全壳系统性能研究”，正式启动包括新一代非能动安全壳热量导出技术在内系列技术创新研究，努力使中国核电的安全性和经济性再上一层楼。