——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
早上五點(diǎn)從家出發(fā)前往機(jī)場,深夜12點(diǎn)回到沈陽,第二天依然精神抖擻地出現(xiàn)在中國科學(xué)院金屬研究所的辦公室里。這樣不知疲倦地投入工作,對(duì)參加工作30余年來的韓恩厚來說是一種工作常態(tài)。“只要投入工作,就會(huì)讓我忘記疲勞?!比涨?,韓恩厚在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。
韓恩厚不僅是中國科學(xué)院核用材料與安全評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心主任,還是中科院沈陽分院院長。在從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的車上,例如從機(jī)場到辦公室只有20分鐘,他都會(huì)打開電腦處理工作。
在他的帶領(lǐng)下,針對(duì)我國核電廠核島關(guān)鍵裝備材料的相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備與評(píng)價(jià)完全受制于人的落后局面,中科院金屬所科研團(tuán)隊(duì)研制出系列設(shè)備,為我國核電基礎(chǔ)研究、壓水堆重大專項(xiàng)的實(shí)施及核電國家名片“走出去”提供了技術(shù)保障。
瞄準(zhǔn)制約核電“走出去”的瓶頸
當(dāng)前,我國正把核電列為主要基礎(chǔ)能源之一,積極發(fā)展核電降低環(huán)境污染。
韓恩厚對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》說,國產(chǎn)核電關(guān)鍵材料在核電一回路水環(huán)境中服役損傷數(shù)據(jù)的缺乏,導(dǎo)致核電設(shè)計(jì)依賴國外數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)、核電裝備制造依靠進(jìn)口材料,大幅增加了建設(shè)成本,嚴(yán)重阻礙了我國核電技術(shù)自主化,成為制約核電“走出去”的關(guān)鍵瓶頸之一。
保障服役安全是核能利用的關(guān)鍵。國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)表明,腐蝕是影響核電站安全運(yùn)行的最重要因素。韓恩厚透露:“由于缺乏核電高溫高壓水中原位測(cè)試技術(shù),同時(shí)缺乏相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備,我國核電材料腐蝕數(shù)據(jù)不足,設(shè)計(jì)、制造、安全審評(píng)完全依靠國外標(biāo)準(zhǔn)?!?/p>
“2004年,我們就組織了核電安全、材料等方面的專家開展調(diào)研?!表n恩厚介紹說,“2005年,中科院金屬所牽頭提出的核用材料“973”項(xiàng)目建議,得到了國家科技部的批準(zhǔn),正式規(guī)?;M(jìn)軍核用材料與裝備服役安全領(lǐng)域。”
他回憶道,為了評(píng)定核電材料的相關(guān)腐蝕性能,需要大量的具備模擬核電服役環(huán)境和失效模式的試驗(yàn)設(shè)備開展實(shí)驗(yàn)研究。立項(xiàng)之初,國內(nèi)主要依靠靜態(tài)高壓釜,測(cè)試結(jié)果與實(shí)際差異大,僅有的幾臺(tái)帶高溫高壓水循環(huán)回路的進(jìn)口測(cè)試系統(tǒng)也只能進(jìn)行均勻腐蝕和應(yīng)力腐蝕測(cè)試,功能比較單一,只能試驗(yàn)前后比較。
“這類進(jìn)口設(shè)備不僅售價(jià)昂貴,禁售范圍甚至包括制備該類設(shè)備所需的關(guān)鍵材料和部件。”韓恩厚認(rèn)為,這種受制于人的被動(dòng)局面不僅妨礙了我國核電材料研究與核電站安全性、可靠性評(píng)價(jià),而且阻礙了我國核電技術(shù)發(fā)展?!白灾餮兄颇M核電高溫高壓水環(huán)境中多種腐蝕模式測(cè)試裝備至關(guān)重要?!?/p>
擺脫依賴 填補(bǔ)空白
通過前期大量的調(diào)研工作以及早期的部分積累,韓恩厚團(tuán)隊(duì)首先實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確模擬核電廠水化學(xué)環(huán)境的循環(huán)水回路系統(tǒng)制備,并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與數(shù)據(jù)采集。
在工作中他們發(fā)現(xiàn),有效模擬核電站存在的主要腐蝕失效形式、兼顧腐蝕與載荷聯(lián)合作用下的損傷測(cè)試,是國際上長期沒有很好解決的問題,特別是原位在線測(cè)試技術(shù)在其他國家也非常有限。為此,團(tuán)隊(duì)針對(duì)主要技術(shù)難點(diǎn)展開攻關(guān)。
此前,我國在核電高溫高壓水中,一直不能在線精確測(cè)量應(yīng)力腐蝕擴(kuò)展速度、不能在線精確測(cè)量腐蝕疲勞樣品的變形量。韓恩厚團(tuán)隊(duì)不僅研制了原位測(cè)試應(yīng)力腐蝕擴(kuò)展速度的技術(shù)、測(cè)試試樣標(biāo)距段應(yīng)變的LVDT(線性可變差動(dòng)變壓位移傳感器)及應(yīng)變?cè)辉诰€監(jiān)測(cè)技術(shù),還編制了國際上一直未實(shí)現(xiàn)的界面友好的控制與數(shù)據(jù)采集軟件,打破了國外的測(cè)試技術(shù)壟斷并解決了對(duì)我國有些部門禁售的問題。
利用該測(cè)試設(shè)備平臺(tái),團(tuán)隊(duì)完成了大亞灣核電站一回路開裂彎頭的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)。大亞灣核電運(yùn)營公司負(fù)責(zé)人對(duì)此評(píng)價(jià)道:“這是國內(nèi)首次完成的百萬千瓦核反應(yīng)堆一回路關(guān)鍵管道部件的應(yīng)力腐蝕安全評(píng)價(jià)與剩余壽命評(píng)估,擺脫了以往大型商用核反應(yīng)堆只能依賴國外技術(shù)評(píng)估的困局?!?/p>
難題一個(gè)接一個(gè)。在模擬核電服役的 350℃ 高溫和20MPa 高壓釜內(nèi)實(shí)現(xiàn)劃傷時(shí),需要克服環(huán)境模擬、高壓釜內(nèi)外傳動(dòng)桿的快速動(dòng)密封、電極及引線的絕緣、信號(hào)獲取等難題,國際上一直沒有可用的設(shè)備與方法。
韓恩厚團(tuán)隊(duì)研制了模擬核電高溫高壓水中的劃傷再鈍化測(cè)試設(shè)備,包括可精確模擬水化學(xué)環(huán)境的高溫高壓水循環(huán)回路、高溫高壓水原位單道和多道快速劃傷電極系統(tǒng),在國際上首次實(shí)現(xiàn)了高溫高壓水中通過原位劃傷再鈍化快速評(píng)價(jià)應(yīng)力腐蝕。
“核電中國名片‘走出去’需要科學(xué)技術(shù)作支撐?!表n恩厚說,由于我國核電設(shè)備材料在運(yùn)行環(huán)境中的疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)測(cè)試和評(píng)價(jià)技術(shù)長期依賴國外,為此團(tuán)隊(duì)發(fā)明了不同形狀、不同尺寸樣品和特殊服役空間的高溫高壓水中材料損傷模擬測(cè)試技術(shù),研制出相關(guān)測(cè)試裝備,為核電設(shè)計(jì)院、安審中心、制造企業(yè)、運(yùn)行核電站許可證延續(xù)的安全評(píng)價(jià)及相應(yīng)的核安全監(jiān)管工作提供了科學(xué)依據(jù)。
電化學(xué)測(cè)試技術(shù)是快速評(píng)價(jià)核電結(jié)構(gòu)材料在高溫高壓水溶液中腐蝕性能以及在線監(jiān)測(cè)/檢測(cè)材料腐蝕損傷的重要方法之一,同時(shí)也是核電廠水化學(xué)在線監(jiān)測(cè)的重要方法,國內(nèi)一直沒有在線監(jiān)測(cè)手段。通過接觸大量的核電單位,韓恩厚團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了核電高溫高壓水中原位在線測(cè)試探頭。
效益顯著 用戶認(rèn)可
“國際上首次實(shí)現(xiàn)了高溫高壓水加載條件下原位光學(xué)、光譜、聲發(fā)射、電化學(xué)等集成技術(shù)對(duì)材料腐蝕損傷過程的準(zhǔn)確測(cè)量?!薄皣H上首次實(shí)現(xiàn)了高溫高壓水中通過原位劃傷再鈍化快速評(píng)價(jià)應(yīng)力腐蝕。”“該成果填補(bǔ)了我國空白,總體達(dá)到國際先進(jìn)水平,其中2 項(xiàng)裝備屬于國際首創(chuàng)、4 項(xiàng)裝備國際領(lǐng)先,使我國核電材料性能測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)跨入世界先進(jìn)行列?!薄?/p>
2016年,在中國核能行業(yè)協(xié)會(huì)組織的鑒定會(huì)上,韓恩厚團(tuán)隊(duì)不僅受到來自鑒定專家的一致好評(píng),還獲得了核電行業(yè)客戶的認(rèn)可。上海電氣核電設(shè)備有限公司負(fù)責(zé)人說:“團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了焊接接頭工藝優(yōu)化,提高了產(chǎn)品的成品率,帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。”該成果在中國核能行業(yè)協(xié)會(huì)2016年度評(píng)獎(jiǎng)時(shí),30余位專家?guī)缀跞蓖ㄟ^技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng),是設(shè)獎(jiǎng)以來第一個(gè)發(fā)明一等獎(jiǎng)。
相關(guān)用戶單位透露,采用韓恩厚團(tuán)隊(duì)研制設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)和規(guī)律,他們首次完成了由中國人牽頭的大型商用核電站核島內(nèi)彎管的安全評(píng)價(jià),不僅打破了國際壟斷,而且降低了停堆和檢修時(shí)間,也為企業(yè)贏得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益?!耙坏┩七t運(yùn)行損失高達(dá)1000萬元/天,如更換彎管可能耗費(fèi)成本上億元?!?/p>
目前,韓恩厚團(tuán)隊(duì)提供給客戶的20余套測(cè)試系統(tǒng),節(jié)約的設(shè)備購置費(fèi)用已達(dá)數(shù)千萬元。例如,先后為蘇州熱工院等單位提供了整套測(cè)試系統(tǒng),為中國核動(dòng)力研究院開展了鋯合金電化學(xué)研究,為核電裝備制造廠、設(shè)計(jì)院和安全審評(píng)機(jī)構(gòu)等多單位開展核電材料國產(chǎn)化中的腐蝕評(píng)價(jià)、制造工藝優(yōu)化、選材、設(shè)計(jì)模型等三代核電技術(shù)國產(chǎn)化提供了直接評(píng)定與技術(shù)支撐。
“實(shí)際上,部分設(shè)備與原位檢測(cè)技術(shù)國外尚無;核電廠一回路水中彎管的應(yīng)力腐蝕評(píng)定國際上也是難題,價(jià)值更大。”韓恩厚說。
相關(guān)用戶反饋稱,無論是測(cè)試技術(shù)與裝備,還是自主完成大型商用核反應(yīng)堆一回路中的關(guān)鍵部件服役安全評(píng)價(jià),均具有開拓性,在國內(nèi)外影響深遠(yuǎn)。測(cè)試技術(shù)與裝備還獲得2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng),得到了業(yè)內(nèi)專家的充分肯定。
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