致力項(xiàng)目開發(fā) 點(diǎn)燃發(fā)展引擎——多種核能與核技術(shù)新項(xiàng)目開發(fā)概要

毛曉明

(中國核工業(yè)集團(tuán)中原對外工程有限公司，北京 100191)

1 前言

1983年，為執(zhí)行中國與阿爾及利亞核能合作協(xié)議，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，中國核工業(yè)集團(tuán)中原對外工程公司(以下簡稱中原)成立了。20多年來，中原在海外市場堅(jiān)韌經(jīng)營，經(jīng)過了阿爾及利亞研究堆、巴基斯坦恰希瑪核電站等多個大型海外核工程的磨練，由小到大，由弱到強(qiáng)，已經(jīng)成長為我國核工程海外市場開發(fā)建設(shè)的一艘旗艦。

中原深知項(xiàng)目開發(fā)對公司發(fā)展的重要性，更深知只有不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與管理提升，與業(yè)主堅(jiān)持不懈的溝通和協(xié)調(diào)，才能使公司在國際核工程市場中占有一席之地，才能使公司有持續(xù)發(fā)展的不竭動力。

2 百萬千瓦級核電項(xiàng)目開發(fā)

中原正在開發(fā)的阿根廷核電項(xiàng)目，是百萬千瓦級核電站，采用中國核工業(yè)集團(tuán)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代ACP1000核電技術(shù)。

ACP1000核電技術(shù)是在國內(nèi)已建多座百萬千瓦級壓水堆核電廠的基礎(chǔ)上，盡量利用成熟的工藝和技術(shù)，通過系統(tǒng)的重組和改進(jìn)，加強(qiáng)了嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解措施而形成的，其技術(shù)改進(jìn)包括:通過增設(shè)能動與非能動相結(jié)合的反應(yīng)堆堆腔注入冷卻水來實(shí)現(xiàn)堆芯熔融物在壓力容器內(nèi)滯留、非能動安全殼熱量排出、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)二次側(cè)非能動熱量導(dǎo)出等手段，進(jìn)一步完善了嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解措施;進(jìn)行了安全改進(jìn)，電纜敷設(shè)實(shí)現(xiàn)徹底實(shí)體隔離，比已建核電廠采用防火包覆更為有效，可以有效降低因內(nèi)部火災(zāi)導(dǎo)致的安全系統(tǒng)共模失效問題;提高了抗震設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，采用了雙層安全殼并考慮安全相關(guān)構(gòu)筑物防商用飛機(jī)沖撞等設(shè)計(jì)，有效提高了應(yīng)對極端外部事件的能力;考慮了國家核安全局在日本福島事件后提出的核電廠安全改進(jìn)要求，改進(jìn)了嚴(yán)重事故工況下應(yīng)急指揮中心和運(yùn)行支持中心的可居留性和可用性、水壓試驗(yàn)泵的可靠性，設(shè)置了移動電源等臨時供電措施和移動泵等附加供水措施等，滿足我國最新核安全法規(guī)的要求。

中原積極參與了阿根廷百萬千瓦級核電項(xiàng)目投標(biāo)工作。2010年底，ACP1000核電技術(shù)方案通過了阿根廷核電公司資格預(yù)審，并于2011年初成立了駐阿核電工作組，長期在阿工作，保持與阿根廷計(jì)劃與投資部、原子能委員會和阿根廷核電公司的密切聯(lián)系。我方已向阿根廷核電公司提交阿根廷第四座核電廠融資建議書、潛在海外市場分析報(bào)告、聯(lián)合設(shè)計(jì)建議書、合資公司法律建議書、技術(shù)轉(zhuǎn)讓建議書、燃料供應(yīng)和制造建議書。目前，中原正密切跟蹤，適時調(diào)整投標(biāo)策略，等待阿方招標(biāo)開始，力爭取得突破。

3 研究性核反應(yīng)堆項(xiàng)目開發(fā)

阿爾及利亞比林核研究中心項(xiàng)目一、二期工程是我國第一座大型核設(shè)施出口項(xiàng)目，包括一座熱功率15 MW的重水研究堆(和平堆)及其附屬設(shè)施，核燃料元件和材料輻照后檢驗(yàn)熱室，高溫高壓、低溫低壓兩個燃料元件考驗(yàn)回路。該重水堆是以中國原子能科學(xué)研究院研究性重水堆為參照而設(shè)計(jì)建造的，1992年7月達(dá)到額定功率。該重水堆主要進(jìn)行中子輻照試驗(yàn)，設(shè)置了多個輻照孔道用于基礎(chǔ)科學(xué)研究、材料試驗(yàn)、各種放射性同位素和放射性藥物生產(chǎn)以及人員培訓(xùn)。

2010年4月，中原應(yīng)阿方要求，組織專家組赴阿對該重水堆進(jìn)行復(fù)驗(yàn)考察。結(jié)果表明，反應(yīng)堆主要部件狀態(tài)良好，可繼續(xù)運(yùn)行15～18年。

為了滿足利用研究堆連續(xù)生產(chǎn)商用裂變鉬和其他放射性同位素，阿方提出:對和平堆及其附屬設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)代化改造，并新建三期放射性同位素及放射性藥物生產(chǎn)和研究設(shè)施、放射性廢物處理和貯存等設(shè)施以及建造重水研究堆燃料元件中間工廠，使比林核研究中心成為一個完整的核研究中心。

中原積極推進(jìn)，已與阿方進(jìn)行了多輪磋商，并于2011年12月簽訂了一、二期工程升級改造，三期工程，燃料加工廠一攬子合作框架協(xié)議。目前阿政府已經(jīng)批準(zhǔn)了該框架協(xié)議，商務(wù)談判進(jìn)入議事日程。

4 多功能醫(yī)院中子照射器的開發(fā)研究

20世紀(jì)末，中原核專家周永茂院士自行探索以微型堆(即具有固有安全性，無人運(yùn)行看管特色的低功率研究堆)為基礎(chǔ)，開發(fā)出利用中子俘獲療法原理治療癌癥的醫(yī)院中子照射器總體框架設(shè)計(jì)。它是一種低濃度(＜20%235U)UO2堆芯，輕水冷卻與慢化，金屬鈹全反射的水池內(nèi)容器型中子源，配設(shè)兩條不同中子能域的照射束，能夠提供兩名患者同時臨床治療的微型、安全、經(jīng)濟(jì)、高效的先進(jìn)治癌裝置，此裝置獲得2006年國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的“醫(yī)院中子照射器”發(fā)明專利授權(quán)證書(第286288號)。2010年初建成了由北京凱佰特科技有限公司投資，中原公司與中國原子能科學(xué)研究院共建的醫(yī)院中子照射器I型機(jī)。該機(jī)位于北京市房山區(qū)，其堆功率為30 kW，配設(shè)兩條中子束，一條為熱中子束，用作生物醫(yī)療研究與淺表人體腫瘤的治療;另一條為超熱中子束，可用于人體較深癌疾的臨床治療。該機(jī)為世界上首座能建設(shè)在醫(yī)院內(nèi)，并由醫(yī)師自行操控的中子俘獲療法專用治癌裝置。現(xiàn)正由北京、蘇州、西安各家有關(guān)醫(yī)院進(jìn)行人的癌患臨床前照射的各種準(zhǔn)備性實(shí)驗(yàn)研究。

在醫(yī)院中子照射器I型機(jī)問世的同時，周永茂院士帶領(lǐng)中原研發(fā)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)從事醫(yī)院中子照射器升級換代的開發(fā)研究，開立了醫(yī)院中子照射器II型機(jī)可行性研究專題。II型機(jī)預(yù)期將在中子束的強(qiáng)度與性能，品質(zhì)與數(shù)量，以及照射治療的適應(yīng)性與空間布局上有較大提升。現(xiàn)在公司正與西北核技術(shù)研究所協(xié)同，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化評估。

此外，為拓展中子俘獲療法的應(yīng)用領(lǐng)域與范圍，周永茂院士擬訂了《核醫(yī)療船布局》的可行性總體框架設(shè)計(jì)研究專題，并正與中國艦船研究設(shè)計(jì)中心和中國原子能科學(xué)研究院協(xié)同開發(fā)。該定名為“希望之星號”的遠(yuǎn)洋航輪為一艘萬噸級醫(yī)療船，配備完善的中子俘獲療法專用的醫(yī)院中子照射器以及高端的常規(guī)放療機(jī)，計(jì)劃用作以疑難乳腺癌為主的國際巡回靠岸治療服務(wù)。預(yù)期于2013年做出船內(nèi)布局的可行性評估。

5 多用途模塊式小型反應(yīng)堆項(xiàng)目開發(fā)

中核集團(tuán)多用途模塊式小型堆(ACP100)是一種100 MW級革新型能源系統(tǒng)，達(dá)到了國際先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)水平。

在設(shè)計(jì)方面，ACP100采用了成熟的壓水堆核電技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上通過采用“非能動”的安全系統(tǒng)、核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)“一體化”的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和模塊式建造方式，使ACP100具有安全性高、建造周期短、經(jīng)濟(jì)性良好和應(yīng)用靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，可滿足接近人口密集區(qū)域及內(nèi)陸、沿海地區(qū)對核能發(fā)電、熱電聯(lián)供、水電聯(lián)供等多樣性需求。

ACP100應(yīng)用了國際上最為先進(jìn)的“非能動”安全系統(tǒng)。與標(biāo)準(zhǔn)核電站的安全設(shè)施相比，這種非能動的安全設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了事故后72 h內(nèi)無需人為干預(yù)、無需應(yīng)急柴油機(jī)等功能，使核電站的安全系數(shù)得到了更為卓越的提升。這5大非能動安全系統(tǒng)為:應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)、應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)、自動卸壓系統(tǒng)、安全殼氫氣控制系統(tǒng)和安全殼冷卻系統(tǒng)。

ACP100的設(shè)計(jì)采用核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)一體化方式，使被譽(yù)為核電站“心臟”的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)在ACP100的設(shè)計(jì)中集成為一個整體的反應(yīng)堆模塊，由反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件、燃料組件、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、蒸汽發(fā)生器(16臺)、主泵(4臺)等設(shè)備一體化布置組成。這種模塊式設(shè)計(jì)取消了主管道、消除了大的冷卻劑喪失事故(loss of coolant accident，LOCA)，具有固有安全性高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。

另外，ACP100采用的反應(yīng)堆廠房地下布置方式，可以有效抵抗大型飛機(jī)撞擊，并減小強(qiáng)震帶來的危害。

目前，國內(nèi)第一座采用ACP100技術(shù)的多用途模塊式小型堆——福建莆田小堆示范工程將于2013年底開工建設(shè)，并預(yù)計(jì)于2016年正式投入商業(yè)運(yùn)行。該工程由中原作為工程總承包商進(jìn)行工程建設(shè)，中原已做了大量的前期工作。2010年成立了小堆項(xiàng)目部;2011年編報(bào)發(fā)布了《項(xiàng)目管理大綱》、項(xiàng)目一級進(jìn)度計(jì)劃、第一罐混凝土澆筑(first concrete date，F(xiàn)CD)前工作綜合計(jì)劃等重要工程管理文件;2011年12月31日，與業(yè)主簽訂了《工程總承包框架協(xié)議》。

6 結(jié)語

開發(fā)是發(fā)展的引擎，創(chuàng)新是開發(fā)的靈魂。從阿爾及利亞核研究堆、巴基斯坦恰?，敽穗娬镜慕ㄔO(shè)，到百萬千瓦級核電項(xiàng)目、多功能醫(yī)院中子照射器、多用途模塊式小型反應(yīng)堆項(xiàng)目開發(fā)，中原技術(shù)上精益求精，管理上因地制宜，使我國出口核工程的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高，核技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度不斷提升，為和平利用核能、核技術(shù)，提高中國核工業(yè)的國際影響力做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。