2020年06月09日 星期二
氢气燃爆:核电安全的“隐形杀手”
□ 胡珀

    日本福岛核事故中,约有100公斤的氢气发生了燃爆使安全壳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受到世界各国的极大关注。

    实际上,严重事故下氢气相关危害的主要缓解措施,在大型压水堆安全壳内,是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。因此,对于氢气点火器和复合器的研究将是重中之重。

    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。

    “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。

    我国的科学实验团队,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。

    (作者系核工程专业博士,上海交通大学博士生导师,长期从事核电站安全及先进反应堆研究工作)

京ICP备06005116