2011 年3月,日本福岛核电站发生超过原有设计安全级别的严重事故,这引起了全世界对严重事故下安全要求的反思。至今,已有许多分析报告披露了可能导致氢气爆炸的原因。福岛核电站的经营者东京电力公司 (TEPCO)模拟重现了事故,结果发现事故发生时安全壳结构内部温度升高至正常工作温度的四倍,同时压力超出设计压力两倍以上。极端的温度和压力水平令福岛核电站部分电气贯穿件 (EPA) 的环氧树脂密封材料过度疲劳,有可能导致爆炸性氢气泄漏出安全壳。在壳外氢气浓度升高到爆炸性的浓度并被引燃后,引发了毁灭性后果。日本经济贸易产业部 (METI)提供了佐证。2012 年3

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福岛核泄漏事件警示:严重事故下核电站安全壳的完整性务必提升

2012-11-28 17:00 来源:肖特(上海)精密材料和设备国际贸易有限公司 Thomas Fink 

2011 年3月,日本福岛核电站发生超过原有设计安全级别的严重事故,这引起了全世界对严重事故下安全要求的反思。至今,已有许多分析报告披露了可能导致氢气爆炸的原因。

福岛核电站的经营者东京电力公司 (TEPCO)模拟重现了事故,结果发现事故发生时安全壳结构内部温度升高至正常工作温度的四倍,同时压力超出设计压力两倍以上。极端的温度和压力水平令福岛核电站部分电气贯穿件 (EPA) 的环氧树脂密封材料过度疲劳,有可能导致爆炸性氢气泄漏出安全壳。在壳外氢气浓度升高到爆炸性的浓度并被引燃后,引发了毁灭性后果。

日本经济贸易产业部 (METI)提供了佐证。2012 年3月,在国际原子能机构 ( IAEA )于奥地利维也纳举行的一次峰会上,日本经济贸易产业部作了相关报告。报告提出可能由于压力或热量过大或二者同时作用从而引起安全壳损坏,并指明“泄漏很可能是由于在受到直接来自压力容器高温热辐射的影响后,有机(环氧树脂)密封材料老化而引起的……有可能发生泄漏的位置是顶部法兰、安全壳贯穿件和/或设备舱口”。

然而,在严重事故条件下因环氧树脂电气贯穿件的老化而引致的安全壳泄漏并非无法预料。大约30 年前,美国核管理委员会 (U.S. NuclearRegulatory Commission)对在电气贯穿件上使用聚合物(如环氧树脂)表示过担忧,因为聚合物易受热量和辐射的影响。

1982 年,橡树岭国家实验室 (Oak Ridge NationalLaboratory) 对布朗弗里(Browns Ferry) 1号机组1号反应堆(MK1 防泄漏设计)的严重事故进行了分析,分析指出,“在堆芯性能恶化事故中,安全壳电气贯穿件 (CEPA) 过热是导致重大安全壳故障的一个重要因素。在那些由于压力过高而引发安全壳故障的事故中,安全壳电气贯穿件密封件也极有可能出现故障。因为在所有核电站中安全壳电气贯穿件的设计都非常相似,此项研究结果也适用于 其他沸水反应堆和压水反应堆安全壳。”

电气贯穿件是核电站中电力、控制和仪表电路的重要传输通路。其性能对反应堆中关键功能的正常运行至关重要,其密封件必须足够坚固从而能够承受安全壳压力边界完整性的考验。尽管有机聚合物,如环氧树脂符合第一代和第二代核电站中电气贯穿件的当前设计基础规格,核专家已经表达其担忧:超出设计基础条件的严重事故后果可能危害密封件的完整性而导致泄漏。

幸运的是,我们有用于电气贯穿件更好的密封技术。玻璃-金属密封 (GTMS) 技术就是一种更好的密封技术。尽管只是设计的一部分,与有机密封件相比,玻璃-金属密封件有着若干安全优势,能确保电气贯穿件密封件和安全壳的完整性。玻璃-金属密封技术采用无机、永不老化的玻璃密封材料,具有优良的耐热、防辐射性能。玻璃-金属密封电气贯穿件可免维护使用60 年,其耐受范围极广,可高达400巴 ( 5, 800 p s i ) 和摄氏400度(华氏752 度)。

核安全顾问 James Gleason(Longenecker & Associates)在他的论文《核电站电气贯穿件》(Electrical PenetrationAssemblies for NuclearPower Plants) 中总结道:“新型电气贯穿件的合格验证程序必须包含对密封件和贯穿件与现场电缆接口的验证。带玻璃-金属密封件和高性能接口的电气贯穿件将比基于环氧树脂的设计拥有更多技术优势。”

在过去的 四、五十 年间,安全壳是核电站安全性中最重要的环节之一。切尔诺贝利核电站就没有使用安全壳,该事故对于环境来说是一场灾难。没有配备安全壳的核电站现已被取缔。三里岛( Three Mile Island) 核电站事故中,安全壳起到了重要的作用,从而避免了对公众和环境造成危害。安全壳的完整性极其重要,它是事故与灾难的分界线。

核能产业一直非常关注它在环境管理中所起的作用,提高安全壳完整性是核能产业共同的管理目标。玻璃-金属密封电气贯穿件的出现,让我们再一次向改进的安全目标迈进了一大步,在发生严重安全事故时提供更佳表现。

玻璃-金属密封技术的电气贯穿件正在取代第一代贯穿装置。船用反应堆自二十世纪六十年代早期以来就一直在使用玻璃-金属密封电气贯穿件技术。

核电站设计者对玻璃-金属密封电气贯穿件的应用也在稳步增长,应用原因多样,如更换老化的环氧树脂电气贯穿件、核电站改善计划、许可证升级、增加数字和光纤电路以及可靠性改进计划。

玻璃-金属密封电气贯穿件的优势包括老化敏感性降低、抗辐射性加强、抗震性更强(由于玻璃-金属密封电气贯穿件体积更小更坚固)。因其抗老化和更高的环境耐受性,新的被动核电站和小型模组反应堆设计已指定使用玻璃-金属密封电气贯穿件。

建筑工程师喜欢玻璃-金属密封电气贯穿件所具有的灵活性。新型玻璃-金属密封电气贯穿件可转变以适应电路的变化,也能根据需要在施工计划前期或后期安装,因此在调度和模块化施工中具有较大的优势。

因福岛核事故而带来的对严重事故下设备性能的新关注,成为使用玻璃-金属密封电气贯穿件的另一大坚实理由。

肖特是一家以技术为导向的跨国集团,从事开发和生产特殊材料、组件和系统工作,以改善人们生活和工作的方式,集团建立历史已超过125 年。作为肖特的一大业务单元,电子封装事业部是各种在恶劣环境条件下(液化天然气储罐、终端气站和核电站)使用的贯穿件模组的领先生产商。这些气密封装的贯穿件基于公司专利的玻璃-金属密封技术,被视为当今最安全的密封技术。

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