核动力院自主研制非能动氢复合器纪实

    2015年8月，中国核动力研究设计院非能动氢复合器研发组第6次向核电站递交了标书，这是该院自主研发的非能动氢复合器向应用于三代核电站迈出的又一大步，此前，该产品已中标4次。自研发成功赢得第一个标书后，核动力院已逐渐成为国内最大的非能动氢复合器供货商。
　　2011年发生的日本福岛核事故，使“严重事故条件下氢气控制措施”成为备受业界关注的方向之一，而在此之前，核动力院就已敏锐觉察到作为控制核电站严重事故工况下产生的氢气浓度的非能动氢复合器的广阔市场和前景。
　　作为核电厂安全壳内重要的专用安全设备，我国核电站非能动氢复合器的研发和供货一直被少数厂家垄断。
　　2009年7月，核动力院二所六室决定将非能动氢复合器的自主研发作为开发核电市场的主要方向，确定开展二代改进型核电厂用非能动氢复合器的研制工作。六室成立了专项攻关组，开始摸索技术路线。2010年3月，核动力院以技术开发基金予以支持，正式立项研发。
　　零的突破
　　非能动氢复合器的关键之一是催化板的研发，不但要满足反应堆安全壳内严重事故后的环境条件，还必须具有非能动条件下启动、启动温度低、消氢速率快等一系列指标。
　　但是当时的研发队员大多是年轻人，而且没有一个是催化剂专业出身，一切都要从零开始。他们先从理论开始，广泛调研国内外非能动氢复合器研发状况，学习消化氢气催化理论，虚心请教催化行业专家，并结合核电厂对该设备技术规格书的要求，制定研制方案，确定技术路线。由此，开始了非能动氢复合器研发的第一步。
　　在解决催化剂涂覆技术这个最关键的难题中，大半年过去了，研发人员还一直停留在理论阶段，没有取得任何实质进展，好不容易找到一家有实力的厂家，却只答应尝试一下，不承担研发失败的责任和后果。
　　有希望就不放弃。研发团队先后派出多名技术人员进驻厂家，现场攻克技术问题，利用合作伙伴的专业设施，经过无数次反复摸索、试验、改进，最终大幅提高了催化剂与基材的结合力，该性能还超过了国外同类产品。此项技术，也成为核动力院非能动氢复合器的最大技术特点，并成功申请发明专利。
　　从零开始最终取得了零的突破。
　　驯服氢爆
　　催化板制造出来后，在常温条件下的消氢验证试验是事关研发成败的又一关键。
　　驯服氢气可不是一件容易的事。第一次消氢试验时，由于欠缺经验，一个很小的误操作使得氢气流速过快而发生了爆炸，连接管路的一个小三通被炸得粉碎，在场的试验人员都吓呆了。这是大家第一次近距离感受氢气爆炸的威力和难以驯服的“脾气”。
　　心有余悸的同时，大家惊喜地发现催化板在常温条件下消氢了。研发人员们喜不自禁，开始着手对试验方案进行修改和论证，准备开展第二次验证试验。然而，在一周后的改进装置试验中，新换的催化板又不消氢了。瞬间，高涨的情绪跌入了谷底。
　　“哪个环节出了问题？我们能做出来吗？人力、时间的投入会白费吗？”无数的疑问不停拷问着研发团队，他们逐一排查了所有步骤和节点之后发现，第一次试验之所以消氢成功，竟然是那个可怕的爆炸导致的，由爆炸引起的催化板的改性使其能够在常温条件下稳定地消氢。
　　这又回到了起点，究竟什么原因促使催化板在常温下消除氢气呢？在大量理论文献查阅中，研发人员发现有可能是一种化学制剂改变了催化剂的状态，提高了贵金属催化剂的活性，使其具备常温条件下消氢的功能。循着线索追下去，大家决定试试。
　　化学品的存放和使用都有非常严格的要求，那段时间，经常可以看到戴着防护面具的研发人员出出进进，有时会吓人一跳。一个月后，经过无数次的失败与工艺改进，催化板常温启动的问题终于得以成功解决。
　　冲破难关
　　接下来，研发进入最后关头，即将进行的非能动氢复合器样机的验证试验能否成功关系着整个研制的成败。而试验中，非能动氢复合器的启停阈值和消氢速率是最关键的技术指标。
　　开展启停阈值试验时，反应容器中氢气浓度缓慢上升，1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%，“切断氢气供应”，一声令下，时间仿佛停止了一样，所有的研发人员都屏住呼吸，瞪着“僵尸眼”注视监控画面中的氢气浓度和温度值的变化，10秒、20秒、30秒，终于，在大家期盼的眼神下，氢复合器出口温度开始上升，氢气浓度下降了，“非能动氢复合器启动了，满足要求！”随着一声宣告，大家悬着的心顿时落下。
　　消氢速率试验是难度最大、危险性最高的一个试验。开启试验后，随着反应容器中氢气浓度缓慢上升到3%，氢气复合器开始工作，反应容器中的温度、压力也伴随升高，所有试验人员也开始紧张起来。氢气浓度又上升到4%。“会不会发生爆炸？爆炸后会造成什么后果？”没有人开展过类似试验，试验后续会如何发展更无法预测，尽管已采取了各种安全措施，试验人员仍万分紧张。随着时间的推移，反应容器中氢气浓度、氧气浓度、压力、温度等参数终于逐渐稳定下来，试验达到了预期效果，研发团队成功获得了非能动氢复合器的消氢速率。
　　短短四个月时间里，研发团队完成了20余项针对性的非能氢复合器验证试验，逐步攻克了启停阈值试验方法设计、稳态消氢速率试验方法设计以及试验装置建设中氢气和氧气混合、严重事故后安全壳环境条件模拟以及氢气在爆炸范围内的浓度控制及测量等关键技术难关。
　　2011年12月23日，核动力院自主研发的“PARQX核电厂非能动氢复合器”在成都通过产品鉴定。专家评审组组长、中国工程院院士叶奇蓁宣布：“核电厂非能动氢复合器的研制成功，对提高核电站应对严重事故能力具有重大意义，鉴定委员会一致同意该项目通过鉴定。”该项研发成果也被评为中核集团科技进步二等奖和2012年十大创新性成果之一。
　　依托非能动氢复合器研发成果，核动力院还成功申请了能源局核电标准《非能动氢复合器鉴定试验规程》的编制，预计2016年5月正式发布。这标志着该院在非能动氢复合器研究领域处于技术领先位置，引领了国内非能动氢复合器的发展。
　　一个核电产品的研发成功和应用，是多专业协同努力的结果。非能动氢复合器涉及到二所化工、材料、机械、热工、力学等多个专业领域，同时得到了所领导和各级管理部门的大力支持，经过几年的努力，核动力院自主研制的非能动氢复合器不仅完成了对国内核电站的批量生产供货，还成功实现了海外供货。
　　如今，二所六室课题组已从非能动氢复合消氢技术研究扩展到严重事故下的氢气控制措施研究，包括严重事故下的氢气在线监测技术、非能动消氢技术、能动式氢气点火技术研究等，并将在后续的工作中取得更大的成绩。