薛飛:做好智能監測與安全評估 為核電工業保駕護航
2019-08-13 15:36:34 作者:王元 來源:《腐蝕防護之友》 分享至:

 核電是繼水電和火電之后最具工業規模發展潛力的成熟電力供應形式,是一種清潔、優質的現代高效新能源,其規模化的發展對于落實減排目標、實現能源結構顯著改變、滿足國民經濟對電力的需求、保障能源供應安全有著舉足輕重的影響。當前我國核電行業發展迅速,和高鐵等高端裝備產業一樣,已經成為了中國外交的名片之一。


任何事物都是一分為二的,核電安全無小事,核電系統的運行容不得半點差池,關乎國家發展和安全。習近平總書記曾在第三屆核安全峰會強調,任何以犧牲安全為代價的核能發展都難以持續,都不是真正的發展。


如何在確保安全的前提下發展核能事業,如何把握我國核電產業發展的規模和速度等問題,成為政府、企業、學界思考、探索的重點。記者特邀請到中廣核蘇州熱工研究院有限公司(以下簡稱“蘇州熱工院”)壽命管理技術中心主任薛飛研究員級高工做相關方面的精彩解讀。


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記者:經過四十年的發展歷程,蘇州熱工研究院負責和參與了多項國家項目和專項課題研究,進入了國家核電科技創新體系,在核電領域具有了較高的知名度和影響力。請您大致介紹一下蘇州熱工研究院,并談談我國核電發展現狀。


薛研究員:蘇州熱工院1978年成立,始終堅持服務于電力行業,通過對核電和火電技術的研究和廣泛實踐,造就了一支高素質的人才隊伍,進入了國家核電科技創新體系,負責和參與多項國家 863、973 科研項目、國家科技支撐計劃項目、國家自然科學基金項目、國家核電重大專項課題、國家重點研發計劃的研究,承擔一大批包括國家核安全法規在內的國家核電標準的制訂和修訂任務。


蘇州熱工研究院擁有“國家核電廠安全及可靠性工程技術研究中心”、“國家能源核電站運營及壽命管理技術研發中心”兩個國家級研發中心,以持續提升核電站安全性、可靠性為目標,以提升核電廠 WANO 業績指標為指引,按照中廣核集團“專業化、集約化、標準化”戰略,采用在線和離線方式,提供核電機組的安全分析,十年定期安全評審,核島在役檢查,性能試驗,狀態檢測與評價,重大技術改造、許可證延續與退役等全過程、全方位的運營技術支撐和支持。為中廣核運營核電廠提供技術支持與服務,同時也面向國內核電行業、其他電力行業提供技術支持服務。


在全球能源緊缺的背景下,世界各國都在大力發展核能應用,我國核電發展戰略也由本世紀初期的“適度發展”提升到“積極發展”。雖然發展核電目標明確、口號響亮,但是真正落地執行的時候,重重的困難讓前進的道路布滿了崎嶇坎坷。截至 2017 年底,我國大陸在運核電機組 37 臺,總裝機容量約3581 萬千瓦,占全國電力總裝機容量僅2%,距離 2015 年全球核電裝機容量平均占比 6.4% 還有很大差距。根據近年來陸續發布的《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》、《電力發展“十三五”規劃》等文件的規劃目標,到 2020 年,我國核電裝機容量將達到5800萬千瓦,在建容量達到 3000 萬千瓦以上。堅持安全發展核電的原則,加大自主核電示范工程建設力度,著力打造核心競爭力,建成臺山 EPR、三門、海陽 AP1000 自主化依托項目,建設福建福清、廣西防城港“華龍一號”示范工程、第四代核電福建霞浦示范快堆,適時推出智能小型堆、商業快堆、高溫氣冷堆,將逐步形成多基地、群堆運營的新格局。


記者:您是主要從事核電材料老化與壽命管理等相關研究。請您談一談這一研究方向在我國核電發展中的重要作用和意義。


薛研究員:國家核安全法、核安全監管相關法規規定,核電廠應采用系統化的方法,集中資源重點關注那些對核動力廠安全運行有不利影響且對老化敏感的系統和部件(SSCs),同時還應關注那些雖然本身不具有安全功能,但其失效會妨礙其它 SSCs 執行安全功能的SSCs,因此必須對這些重要 SSCs 的老化有效的加以管理,以確保在整個電廠服役壽期(包括許可證延續期內)能保持所要求的安全裕度。


核電廠構筑物、系統和部件(SSCs)種類繁多,數量龐大,在核電廠運行中執行不同的功能,對電廠的安全、可靠運行有不同程度的作用;同時,其運行環境和工況也有很大的差異,不同的結構或部件對老化機理的敏感程度均有差異。核電廠運行經驗表明,老化有關的SSCs 失效會由于性能劣化過程而發生,如腐蝕、應力腐蝕開裂、流體加速腐蝕、輻照脆化、熱老化、疲勞、磨損等。這些老化嚴重影響了 SSCs 執行功能的能力,對核電廠的安全造成極大的威脅,其失效可能會大大降低核電廠的安全性,因此,必須對這些重要 SSCs 的老化有效的加以管理。


作為核電人,大家內心一直秉承著“安全是核電的生命線,核安全重于泰山”的文化,而蘇州熱工院作為國內最早專業從事核電廠老化和壽命管理研究的機構之一,核電廠壽命管理、壽命評估、材料鑒定、設備失效分析、腐蝕檢測及評估、許可證延續論證與退役等技術方面的系列研究及開發,在核電廠壽命管理技術領域走在了國內前列。通過成果轉化、工程化應用、標準建設,在保證核電廠安全運行、降低核電機組建設及運行成本、延長核電廠使用壽命、突破制約核電自主化和國產化瓶頸等方面發揮了重要作用,為提升核電行業的核心競爭力、帶動核電相關產業的發展、提高核電綜合經濟效益和社會效益等發揮了重要作用,做出了重要貢獻。


記者:我國核電正進入快速的發展階段,受計算機技術、網絡技術發展的影響,使得核電站朝著數字化、智能化方向轉變。在處于創新發展的時代中,您和您的團隊在核電系統的智能監測與安全評估方面有過哪些技術突破,請分享一下您印象深刻的攻堅克難的典型案例?


薛研究員:當前,核電系統的智能檢測與安全評估至關重要,智能監測作為核電廠設備監測的發展方向對核電廠的設備安全運轉起到重要的支持作用,核電重要設備全壽期智能監測診斷和健康評估預測技術研究也為我國核電廠安全性及可靠性提供技術支撐與保障。


由于核安全文化理念的影響,大家約定俗成地采用最為成熟、最為安全的技術服務于各個電廠,但是隨著工業4.0時代的到來,亟需我和我的團隊在保障成熟、安全的技術基礎上,繼續挖掘和發展高效、安全、智能的技術,滿足具有核電特色文化的需求。


我們蘇州熱工院壽命管理技術中心形成了一支專業結構、年齡結構、學歷結構合理,多學科交叉,具有可持續創新能力的人才隊伍。大家都在自己的崗位上兢兢業業,拼搏進取,攀登一個又一個的高峰。我們團隊在核電關鍵部件壽命評估、老化管理、壽命管理等方面開展了多項專項研究,例如核電站老化敏感 SSCs 篩選和分級、核電站關鍵部件老化分析導則、核電站一回路關鍵部件老化管理大綱、核電站關鍵設備壽命經濟性分析、壓水堆核電站蒸汽發生器老化狀態與壽命評估等項目,其中不乏973 課題、863 課題,這一項項科技創新填補了我國核電廠老化和壽命管理的技術空白。


其中,令我印象深刻的是我和我的團隊在國內某核電廠開展的“蒸汽發生器安全評估項目”。在研究國內外電站蒸汽發生器傳熱管失效經驗反饋時,我們判斷目前蒸汽發生器普遍采用的 690傳熱管的最主要失效機理是流致振動導致的微動磨損,這也是制約蒸汽發生器服役壽命的關鍵損傷機理。當時,我們向國際核電廠材料老化研究領域的知名機構材料老化研究院(MAI)提出“蒸汽發生器傳熱管微動損傷機理及其壽命預測”課題,并根據對 690 傳熱管材料及其在服役環境下的老化行為研究的多年經驗制定出完善的課題研究計劃,所提交的研究方案得到了由 EPRI、EDF、AREVA 等的國際知名專家組成的委員會的一致認可,特別是 AREVA 專家對該項課題產生了濃厚的興趣,決定投入巨額國際性研發資金開展項目研究。


五年磨一劍。我們團隊創造性地解決了核電廠蒸汽發生器完整性安全評估的問題,完善了蒸汽發生器老化管理策略,成功地在大亞灣核電站許可證延續論證過程中進行示范應用。與此同時,我們建立了核電廠蒸汽發生器的數據管理平臺,以期結合多基地的材料工程大數據、實驗室試驗數據、計算機模擬數據,通過大數據挖掘與分析技術,實現材料、部件、設備服役行為的高通量評價與預測。


記者:核電廠一旦投入使用,它的各種結構、部件幾乎時刻處于老化過程之中,對核電安全運行有極大影響,因此對核電廠的老化問題十分重視。請您說一下您和您的團隊在核電安全方面做出哪些科學研究,您認為核電材料老化與壽命管理的關鍵是什么?應該怎么做?


薛研究員:針對核電安全方面,我們團隊主要在核電關鍵部件壽命評估、老化管理、壽命管理等方面開展了多項專項研究,其中包括核電站老化敏感SSCs 篩選和分級、核電站關鍵部件老化分析導則、核電站一回路關鍵部件老化管理大綱、核電站關鍵設備壽命經濟性分析、壓水堆核電站蒸汽發生器老化狀態與壽命評估等項目。同時,我們爭取了國家能源局重大專項研究課題“核電站壽命管理技術研究”,開展壓水堆核電站壽命管理方法學、壓水堆核電站關鍵結構材料和元器件老化行為、壓水堆核電站關鍵設備老化監督檢查和緩解技術、壓水堆核電站關鍵設備壽命評估技術及新技術在核電站老化和壽命評估中的應用等研究,打造符合我國國情的核電站老化和壽命管理的技術體系。經過多年的標準體系與技術體系建設,可以自豪的說,我們現在已經擁有了一支涵蓋老化機理研究、老化和壽命管理方法研究、材料性能評價研究領域的人才體系,可以為國內核電和常規電廠提供了強有力的技術支持。


我認為核電材料老化與壽命管理的關鍵在于“數據”,老化與壽命管理目的在于保障重要SSCs的老化有效管理,確保在整個電廠服役壽期(包括許可證延續期內)能保持所要求的安全裕度,只有在掌握重要 SSCs 服役行為“數據”信息的基礎上,才能掌握其服役行為規律,主動地預測、評估及緩解,保障重要 SSCs 安全可靠的運行。


記者:2018 第一屆裝備健康智能化診斷與安全學術年會上,您將要做作《核電系統大數據智能監測現狀、安全評估與展望》的主題報告,請談談為什么選擇這一報告主題?


薛研究員:2014 年,研究院領導說“外國軟件賣的只是數據,工作的核心內容還是得我們自己來開展。相信 10年內肯定能夠超過他們,這件事交給你們團隊我很放心”。我當時回答說,“我明白,這就是大數據時代,但我的期望是 5 年。”


我國在運核電機組數量位居世界前三,核電系統運行與維護的人力、物力及時間成本占比日益加重。當我們的團隊在進行集團內首個“核電廠運行許可證延續論證”項目時,我深刻體會到未來大數據挖掘分析、智能監測的作用。倘若,在工業 4.0 的時代背景下,我們能夠通過構建、挖掘、利用核電系統智能監測大數據,結合先進的無線基礎設施、數字化儀控和數據處理技術,打通多電廠的 SSCs 服役行為數據孤島,真正實現異構數據即時共享,將數據價值轉換成管理價值、經濟價值、安全價值,使核電廠系統工程師和技術人員能夠持續監測、評估、預測關鍵部件、設備、系統的性能,則可以極大地提高電廠運維效率、改進維修計劃、節省大修關鍵路徑,從而確保核電系統安全、高效、快速的發展的重要技術路徑。


可以說,核電系統大數據智能監測與安全評估直接影響了未來我國核電的發展,這也是我們核電老化管理工作者的使命和責任。


記者:核電作為清潔能源,是我國能源可持續發展的重要基礎,核電安全管理尤為重要。請您談談核電材料老化與壽命管理未來的發展方向?


薛研究員:蘇州熱工院一直秉承著“安全是核電的生命線,核安全重于泰山”的發展理念,也肩負著我國核電老化與壽命管理的重任,確保核電廠的安全穩定運行。研究院也一直在扮演著兩種角色:核安全文化踐行者與核安全守護者。作為核安全文化踐行者,潛移默化的核安全文化建設,直入人心的核安全文化認知,自覺默認的核安全行為準則影響著我們的日常生活,使員工舉手投足間更顯沉穩。作為核安全守護者,技術研究則是瞄準國際科技前沿,致力于我國核電廠安全及可靠性工程技術的創新研發、成果轉化和工程應用,打造核安全分析與評價、環境影響分析與應急、關鍵設備可靠性保障、可靠性檢測和維修優化、核電廠壽命評價與管理五大技術領域,形成核安全的另一道有力的保護屏障。


隨著時代發展,老化與壽命管理技術同樣需要與時俱進,尤其是要采用數字化、智慧化的技術手段,開展核電系統全生命周期的智能監測、大數據分析與安全評估研究,進一步發展核電系統智能監測技術與核電系統材料、部件、設備服役行為的安全評估技術,推進嵌入式的核電廠關鍵設備老化管理大數據平臺的建立及其智能化應用,實現核電系統全生命周期的數字化、網絡化、智慧化,從而保障核電系統的安全高效穩定運行。


后記:


科技是第一生產力,核電站集眾多高科技于一身,科研實力的高低直接決定著核電整體發展的水平和實力。發展核電功在當代,利在千秋。安全高效地發展核電,是我國發展核電的首要考量和長期戰略。唯有以核電安全發展為己任,不斷開拓創新,方能引領行業更迭升級,讓中國躋身于世界核電強國之林。


● 人物簡介

 

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薛飛,男,博士,研究員級高級工程師,現為蘇州熱工研究院電站壽命管理中心主任、國家能源局核電運營和壽命管理技術研發中心副主任、中國機械工程學會失效分析分會第五屆委員會委員、中國電機工程學會第十屆理事會咨詢工作委員會委員、中國材料學會材料基因組分會第一屆委員會委員、中國核能行業協會行業核電廠老化與壽命管理工作組副組長、核能材料產業發展聯盟第一屆理事會副理事長、中國腐蝕與防護學會第十屆理事會常務理事。


主持國家重點研發計劃、國家重點基礎研究計劃、國家科技重大專項及江蘇省重點研發計劃等多項科研課題。致力于能源裝備材料技術領域研究,建立了我國核電廠復合特點的關鍵設備壽命管理技術體系,促進了國內核電廠老化和壽命管理工作的快速發展。

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