薛飞:做好智能监测与安全评估 为核电工业保驾护航
2019-08-13 15:36:34 作者:王元 来源:《腐蚀防护之友》 分享至:

 核电是继水电和火电之后最具工业规模发展潜力的成熟电力供应形式,是一种清洁、优质的现代高效新能源,其规模化的发展对于落实减排目标、实现能源结构显著改变、满足国民经济对电力的需求、保障能源供应安全有着举足轻重的影响。当前我国核电行业发展迅速,和高铁等高端装备产业一样,已经成为了中国外交的名片之一。


任何事物都是一分为二的,核电安全无小事,核电系统的运行容不得半点差池,关乎国家发展和安全。习近平总书记曾在第三届核安全峰会强调,任何以牺牲安全为代价的核能发展都难以持续,都不是真正的发展。


如何在确保安全的前提下发展核能事业,如何把握我国核电产业发展的规模和速度等问题,成为政府、企业、学界思考、探索的重点。记者特邀请到中广核苏州热工研究院有限公司(以下简称“苏州热工院”)寿命管理技术中心主任薛飞研究员级高工做相关方面的精彩解读。


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记者:经过四十年的发展历程,苏州热工研究院负责和参与了多项国家项目和专项课题研究,进入了国家核电科技创新体系,在核电领域具有了较高的知名度和影响力。请您大致介绍一下苏州热工研究院,并谈谈我国核电发展现状。


薛研究员:苏州热工院1978年成立,始终坚持服务于电力行业,通过对核电和火电技术的研究和广泛实践,造就了一支高素质的人才队伍,进入了国家核电科技创新体系,负责和参与多项国家 863、973 科研项目、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目、国家核电重大专项课题、国家重点研发计划的研究,承担一大批包括国家核安全法规在内的国家核电标准的制订和修订任务。


苏州热工研究院拥有“国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心”、“国家能源核电站运营及寿命管理技术研发中心”两个国家级研发中心,以持续提升核电站安全性、可靠性为目标,以提升核电厂 WANO 业绩指标为指引,按照中广核集团“专业化、集约化、标准化”战略,采用在线和离线方式,提供核电机组的安全分析,十年定期安全评审,核岛在役检查,性能试验,状态检测与评价,重大技术改造、许可证延续与退役等全过程、全方位的运营技术支撑和支持。为中广核运营核电厂提供技术支持与服务,同时也面向国内核电行业、其他电力行业提供技术支持服务。


在全球能源紧缺的背景下,世界各国都在大力发展核能应用,我国核电发展战略也由本世纪初期的“适度发展”提升到“积极发展”。虽然发展核电目标明确、口号响亮,但是真正落地执行的时候,重重的困难让前进的道路布满了崎岖坎坷。截至 2017 年底,我国大陆在运核电机组 37 台,总装机容量约3581 万千瓦,占全国电力总装机容量仅2%,距离 2015 年全球核电装机容量平均占比 6.4% 还有很大差距。根据近年来陆续发布的《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》、《电力发展“十三五”规划》等文件的规划目标,到 2020 年,我国核电装机容量将达到5800万千瓦,在建容量达到 3000 万千瓦以上。坚持安全发展核电的原则,加大自主核电示范工程建设力度,着力打造核心竞争力,建成台山 EPR、三门、海阳 AP1000 自主化依托项目,建设福建福清、广西防城港“华龙一号”示范工程、第四代核电福建霞浦示范快堆,适时推出智能小型堆、商业快堆、高温气冷堆,将逐步形成多基地、群堆运营的新格局。


记者:您是主要从事核电材料老化与寿命管理等相关研究。请您谈一谈这一研究方向在我国核电发展中的重要作用和意义。


薛研究员:国家核安全法、核安全监管相关法规规定,核电厂应采用系统化的方法,集中资源重点关注那些对核动力厂安全运行有不利影响且对老化敏感的系统和部件(SSCs),同时还应关注那些虽然本身不具有安全功能,但其失效会妨碍其它 SSCs 执行安全功能的SSCs,因此必须对这些重要 SSCs 的老化有效的加以管理,以确保在整个电厂服役寿期(包括许可证延续期内)能保持所要求的安全裕度。


核电厂构筑物、系统和部件(SSCs)种类繁多,数量庞大,在核电厂运行中执行不同的功能,对电厂的安全、可靠运行有不同程度的作用;同时,其运行环境和工况也有很大的差异,不同的结构或部件对老化机理的敏感程度均有差异。核电厂运行经验表明,老化有关的SSCs 失效会由于性能劣化过程而发生,如腐蚀、应力腐蚀开裂、流体加速腐蚀、辐照脆化、热老化、疲劳、磨损等。这些老化严重影响了 SSCs 执行功能的能力,对核电厂的安全造成极大的威胁,其失效可能会大大降低核电厂的安全性,因此,必须对这些重要 SSCs 的老化有效的加以管理。


作为核电人,大家内心一直秉承着“安全是核电的生命线,核安全重于泰山”的文化,而苏州热工院作为国内最早专业从事核电厂老化和寿命管理研究的机构之一,核电厂寿命管理、寿命评估、材料鉴定、设备失效分析、腐蚀检测及评估、许可证延续论证与退役等技术方面的系列研究及开发,在核电厂寿命管理技术领域走在了国内前列。通过成果转化、工程化应用、标准建设,在保证核电厂安全运行、降低核电机组建设及运行成本、延长核电厂使用寿命、突破制约核电自主化和国产化瓶颈等方面发挥了重要作用,为提升核电行业的核心竞争力、带动核电相关产业的发展、提高核电综合经济效益和社会效益等发挥了重要作用,做出了重要贡献。


记者:我国核电正进入快速的发展阶段,受计算机技术、网络技术发展的影响,使得核电站朝着数字化、智能化方向转变。在处于创新发展的时代中,您和您的团队在核电系统的智能监测与安全评估方面有过哪些技术突破,请分享一下您印象深刻的攻坚克难的典型案例?


薛研究员:当前,核电系统的智能检测与安全评估至关重要,智能监测作为核电厂设备监测的发展方向对核电厂的设备安全运转起到重要的支持作用,核电重要设备全寿期智能监测诊断和健康评估预测技术研究也为我国核电厂安全性及可靠性提供技术支撑与保障。


由于核安全文化理念的影响,大家约定俗成地采用最为成熟、最为安全的技术服务于各个电厂,但是随着工业4.0时代的到来,亟需我和我的团队在保障成熟、安全的技术基础上,继续挖掘和发展高效、安全、智能的技术,满足具有核电特色文化的需求。


我们苏州热工院寿命管理技术中心形成了一支专业结构、年龄结构、学历结构合理,多学科交叉,具有可持续创新能力的人才队伍。大家都在自己的岗位上兢兢业业,拼搏进取,攀登一个又一个的高峰。我们团队在核电关键部件寿命评估、老化管理、寿命管理等方面开展了多项专项研究,例如核电站老化敏感 SSCs 筛选和分级、核电站关键部件老化分析导则、核电站一回路关键部件老化管理大纲、核电站关键设备寿命经济性分析、压水堆核电站蒸汽发生器老化状态与寿命评估等项目,其中不乏973 课题、863 课题,这一项项科技创新填补了我国核电厂老化和寿命管理的技术空白。


其中,令我印象深刻的是我和我的团队在国内某核电厂开展的“蒸汽发生器安全评估项目”。在研究国内外电站蒸汽发生器传热管失效经验反馈时,我们判断目前蒸汽发生器普遍采用的 690传热管的最主要失效机理是流致振动导致的微动磨损,这也是制约蒸汽发生器服役寿命的关键损伤机理。当时,我们向国际核电厂材料老化研究领域的知名机构材料老化研究院(MAI)提出“蒸汽发生器传热管微动损伤机理及其寿命预测”课题,并根据对 690 传热管材料及其在服役环境下的老化行为研究的多年经验制定出完善的课题研究计划,所提交的研究方案得到了由 EPRI、EDF、AREVA 等的国际知名专家组成的委员会的一致认可,特别是 AREVA 专家对该项课题产生了浓厚的兴趣,决定投入巨额国际性研发资金开展项目研究。


五年磨一剑。我们团队创造性地解决了核电厂蒸汽发生器完整性安全评估的问题,完善了蒸汽发生器老化管理策略,成功地在大亚湾核电站许可证延续论证过程中进行示范应用。与此同时,我们建立了核电厂蒸汽发生器的数据管理平台,以期结合多基地的材料工程大数据、实验室试验数据、计算机模拟数据,通过大数据挖掘与分析技术,实现材料、部件、设备服役行为的高通量评价与预测。


记者:核电厂一旦投入使用,它的各种结构、部件几乎时刻处于老化过程之中,对核电安全运行有极大影响,因此对核电厂的老化问题十分重视。请您说一下您和您的团队在核电安全方面做出哪些科学研究,您认为核电材料老化与寿命管理的关键是什么?应该怎么做?


薛研究员:针对核电安全方面,我们团队主要在核电关键部件寿命评估、老化管理、寿命管理等方面开展了多项专项研究,其中包括核电站老化敏感SSCs 筛选和分级、核电站关键部件老化分析导则、核电站一回路关键部件老化管理大纲、核电站关键设备寿命经济性分析、压水堆核电站蒸汽发生器老化状态与寿命评估等项目。同时,我们争取了国家能源局重大专项研究课题“核电站寿命管理技术研究”,开展压水堆核电站寿命管理方法学、压水堆核电站关键结构材料和元器件老化行为、压水堆核电站关键设备老化监督检查和缓解技术、压水堆核电站关键设备寿命评估技术及新技术在核电站老化和寿命评估中的应用等研究,打造符合我国国情的核电站老化和寿命管理的技术体系。经过多年的标准体系与技术体系建设,可以自豪的说,我们现在已经拥有了一支涵盖老化机理研究、老化和寿命管理方法研究、材料性能评价研究领域的人才体系,可以为国内核电和常规电厂提供了强有力的技术支持。


我认为核电材料老化与寿命管理的关键在于“数据”,老化与寿命管理目的在于保障重要SSCs的老化有效管理,确保在整个电厂服役寿期(包括许可证延续期内)能保持所要求的安全裕度,只有在掌握重要 SSCs 服役行为“数据”信息的基础上,才能掌握其服役行为规律,主动地预测、评估及缓解,保障重要 SSCs 安全可靠的运行。


记者:2018 第一届装备健康智能化诊断与安全学术年会上,您将要做作《核电系统大数据智能监测现状、安全评估与展望》的主题报告,请谈谈为什么选择这一报告主题?


薛研究员:2014 年,研究院领导说“外国软件卖的只是数据,工作的核心内容还是得我们自己来开展。相信 10年内肯定能够超过他们,这件事交给你们团队我很放心”。我当时回答说,“我明白,这就是大数据时代,但我的期望是 5 年。”


我国在运核电机组数量位居世界前三,核电系统运行与维护的人力、物力及时间成本占比日益加重。当我们的团队在进行集团内首个“核电厂运行许可证延续论证”项目时,我深刻体会到未来大数据挖掘分析、智能监测的作用。倘若,在工业 4.0 的时代背景下,我们能够通过构建、挖掘、利用核电系统智能监测大数据,结合先进的无线基础设施、数字化仪控和数据处理技术,打通多电厂的 SSCs 服役行为数据孤岛,真正实现异构数据即时共享,将数据价值转换成管理价值、经济价值、安全价值,使核电厂系统工程师和技术人员能够持续监测、评估、预测关键部件、设备、系统的性能,则可以极大地提高电厂运维效率、改进维修计划、节省大修关键路径,从而确保核电系统安全、高效、快速的发展的重要技术路径。


可以说,核电系统大数据智能监测与安全评估直接影响了未来我国核电的发展,这也是我们核电老化管理工作者的使命和责任。


记者:核电作为清洁能源,是我国能源可持续发展的重要基础,核电安全管理尤为重要。请您谈谈核电材料老化与寿命管理未来的发展方向?


薛研究员:苏州热工院一直秉承着“安全是核电的生命线,核安全重于泰山”的发展理念,也肩负着我国核电老化与寿命管理的重任,确保核电厂的安全稳定运行。研究院也一直在扮演着两种角色:核安全文化践行者与核安全守护者。作为核安全文化践行者,潜移默化的核安全文化建设,直入人心的核安全文化认知,自觉默认的核安全行为准则影响着我们的日常生活,使员工举手投足间更显沉稳。作为核安全守护者,技术研究则是瞄准国际科技前沿,致力于我国核电厂安全及可靠性工程技术的创新研发、成果转化和工程应用,打造核安全分析与评价、环境影响分析与应急、关键设备可靠性保障、可靠性检测和维修优化、核电厂寿命评价与管理五大技术领域,形成核安全的另一道有力的保护屏障。


随着时代发展,老化与寿命管理技术同样需要与时俱进,尤其是要采用数字化、智慧化的技术手段,开展核电系统全生命周期的智能监测、大数据分析与安全评估研究,进一步发展核电系统智能监测技术与核电系统材料、部件、设备服役行为的安全评估技术,推进嵌入式的核电厂关键设备老化管理大数据平台的建立及其智能化应用,实现核电系统全生命周期的数字化、网络化、智慧化,从而保障核电系统的安全高效稳定运行。


后记:


科技是第一生产力,核电站集众多高科技于一身,科研实力的高低直接决定着核电整体发展的水平和实力。发展核电功在当代,利在千秋。安全高效地发展核电,是我国发展核电的首要考量和长期战略。唯有以核电安全发展为己任,不断开拓创新,方能引领行业更迭升级,让中国跻身于世界核电强国之林。


● 人物简介

 

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薛飞,男,博士,研究员级高级工程师,现为苏州热工研究院电站寿命管理中心主任、国家能源局核电运营和寿命管理技术研发中心副主任、中国机械工程学会失效分析分会第五届委员会委员、中国电机工程学会第十届理事会咨询工作委员会委员、中国材料学会材料基因组分会第一届委员会委员、中国核能行业协会行业核电厂老化与寿命管理工作组副组长、核能材料产业发展联盟第一届理事会副理事长、中国腐蚀与防护学会第十届理事会常务理事。


主持国家重点研发计划、国家重点基础研究计划、国家科技重大专项及江苏省重点研发计划等多项科研课题。致力于能源装备材料技术领域研究,建立了我国核电厂复合特点的关键设备寿命管理技术体系,促进了国内核电厂老化和寿命管理工作的快速发展。

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