胡珀
日本福岛核事故中,约有100公斤的氢气发生了燃爆使核岛厂房遭受到了严重破坏,这一事件延缓了世界核能的发展速度,甚至迫使一些国家放弃核电。同时,该事件也促使氢气燃爆现象再次受到世界各国的极大关注。
实际上,在当前大型压水堆安全壳内,已有应对严重事故下氢气相关危害的缓解措施,即在高于氢气可燃阈值的早期点燃(点火器)和在低于阈值时利用表面催化剂使氢氧发生非能动复合(复合器),这些措施将保证氢气只在低浓度下发生缓慢燃烧,以有效降低其能量释放,保证安全壳的完整性。福岛核电站由于设计运行于上个世纪60年代,尚未应用相关氢气缓解措施,才使得氢气大量累积直至爆燃,造成重大损失。因此,对于氢气点火器和复合器的研究和应用将是防止氢气相关事故的重中之重。
在我国第三代大型压水堆中,初步确定了复合器和点火器搭配使用的氢气风险缓解措施,即通过氢气在低浓度情况下的催化复合和早期点燃,以有效避免氢气的剧烈燃烧和爆炸,降低氢气风险的热负荷和压力负荷,保证安全壳的完整性。但我国针对氢气风险的研究工作还在初始阶段,试验研究几乎空白,数值分析也主要以国外的集中参数程序为主,CFD分析仍然处于经验积累阶段。
由科技部重大专项支持的“氢气缓解措施试验”,是在中型密封罐体内验证氢气-空气混合气体在不同混合浓度下,在水蒸气、喷淋、气溶胶等影响下的氢气点火器和金属催化复合器的工作效能;由于该试验的特殊性,迄今为止国内尚无公开文献在同一体积上突破5%的氢气浓度试验结果。
我们的科学实验团队,边试验边摸索,成功获得高达14%氢浓度下10立方米空间的点火试验数据,取得了其火焰发展轨迹,以及火焰前锋的发展速度等数据,并与专用氢气分析程序GASFLOW进行了计算比较,获得了良好对比结果。该实验结果得到了国际同行的广泛肯定,成功入选中欧核能大型严重事故实验合作项目ALISA,成功为欧洲同行提供了制定的12%的氢气试验,后又获邀参与欧洲的气溶胶气体分布和消除的IPRESCA研究项目,并作为唯一一家国内单位参与氢气/一氧化碳的燃烧试验SAMHYCO-NET合作项目,有效地提升了中国在氢气燃烧试验研究的国际影响力。
依托氢气研究项目,课题组成功申请了多项专利:其中,“穿线装置”(申请号CN201710093497.X)有效解决了高温高压条件下,电源线和信号线穿越压力容器的需求;而“一种氢气催化复合器”(申请号CN201711219552.1)则采用非能动方式,克服了传统氢气复合器在一氧化碳等气氛环境下功能衰减或弱化问题,大大争强了复合器的可靠性。