核电技术的发展趋势

核电技术的发展趋势（精选6篇）

核电技术的发展趋势 篇1

摘要：目前, 全球都存在的共同问题就是, 资源可持续发展与环境保护, 越来越多的国家将核能用作新式的清洁资源。中国也逐渐由适度转为积极的发展模式, 重视核能的运用, 这篇文章主要分析了如今核能的现状以及发展。

关键词：核电技术,现状,发展趋势

1 核电技术发展的最新动向

1.1 核能复苏的动向

美国政府下发的新资源策略, 要求重新发展核能。在二零零一年五月十七日, 美国在布什总统的带领下, 下发了美国遵守的核能策略, 提出了应该使用无污染、能源无限的核能, 资源策略提议, 国家主要使用的资源以核能为主, 同时还制定了推动核能重新发展的详细策略。要求美国核管会在审批新的先进反应堆申请许可证的过程中将保证安全和环境保护作为最重要的条件。要求核管会推动核电企业对现役核电站安全升级、增加发电量。要求核管会对现役核电站重新发放许可证, 使之达到或超过安全标准。提出发展下一代核技术和先进的核燃料循环, 重新审订核燃料处理方法的研究, 使得核废料少并具有强的防核扩散能力;不鼓励积累分离钚;要发展清洁、高效、废物量少、防核扩散的乏燃料处理处置技术。在2001年5月召开的核能会议上, 美国核工业界提出在2020年前, 新增核电装机5000万k W的设想目标。2001年8月初, 美国众议院通过了“保障美国未来能源”的法案, 支持在现有核电厂址上建设新的核电机组, 增加国家在核能方面的研究费用, 增加各大学的核科学及核工程的教育经费和研究费用。

1.2 第四代核电技术概念的提出

1.2.1 第四代核电技术的概念

1代核能是在5、60年代使用的验证性的核电站;2代核能是在七、八十年代大量建设的标准系统核电站;3代核能是九十年代开发的成熟轻水堆;4代核能是未开发核电;其主要特点是避免了核能的扩散, 集安全, 高经济与少废物等优点与一体。

1.2.2 开发第四代核电技术的目的

对于3代核电, 美国政府有很多不满意的地方:不重视核扩散的问题, 没有很好的经济性。为了做到提高核扩散的处理能力与提高核电技术的经济性, 就有了研究与开发4代核电站的想法, 并予以实施。

1.2.3 设想发展进度

目前要做的就是了解并确定4代核电要满足的条件, 由之前的原则性转为针对具体的规划, 以此作为铺垫再堆型开发。计划在二零二零年至少有一个实验站运行, 三零年再进行批量的建设, 从零一到三零这段时间, 建设一批3代成熟清水堆核电组。

1.2.4 当前的进展

现在, 这个计划还是实施的初步阶段, 重点工作就是教授与专家进行研究。得出的结论还是处于概念理论, 需要在以后逐渐的进行深入, 同时有众多方面的认可。这个阶段离实践堆型实验的开发与研究有很远的距离, 如今就将堆型认定为4代核电模型有点操之过急。

2 世界核电技术发展的趋势

2.1 提高安全性、改善经济性成为核电技术发展的主要趋向

在现代化核电市场机制中, 要保证一个设备在市场中具有竞争力, 能够稳定在市场发展中占据重要位置, 重要的是在安全性能以及经济上具有优势。在近十年来, 指导核电技术发展的用户要求文件 (URD、EUR) 、最新提出的第四代核电站的性能要求以及美国最近颁布的新的能源政策, 都贯穿一条主线, 就是要提高安全性、改善经济性, 在满足确定的安全要求的条件下, 争取最好的经济性。如堆芯熔化概率<1.0×10-5/堆年, 大量放射性释放概率<1.0×10-6/堆年, 燃料热工安全裕量≥15%等。

2.2 延长在役核电站的寿期已是世界各国都实际采取的行动

从经济方面来看, 增加核电站的使用时间比新建更经济。且第一时间对反应堆设施进行更换, 增加反应堆的使用时间通过技术与经济的时间证明更具有可行性。很多的设计为四十年使用寿命的核电站都能够增加到六十年。如今, 很多国家都对延长核电站寿命的技术进行研究与探讨, 例如:日、英、美等, 再通过批准之后, 进行延长工作。

2.3 单机容量继续向大型化方向发展

为了能够降低核电站的成本, 持续扩大前进规模:俄罗斯讲出建设一百五十万千瓦的压水堆设备的思想;日本三菱集团讲出建设一百五十到一百七十万千瓦的压水堆设备的思想;日本的东芝集团和日立集团提出了建设一百七十万千瓦的ABWR-II思想;美国西屋集团原使用的电功率在600MW的压水堆向电功率为1000的压水堆方向前进。

2.4 采用非能动安全系统、简化系统、减少设备来提高安全性

众多的国家所给出的设计原理, 普遍都是在之前的设计上加入非能动的安全性能系统取代之前的系统。没有规定必须所有的都使用非能动的安全性能系统, 针对技术的熟练性与机组安全经济相应的改进再确定使用什么种类的非能动性安全性能系统, 就是非能动以及能动多混式的安全性能系统。

3 对于我国核电技术发展的启示

3.1 我国发展核电, 必须发展更安全、更经济的新一代机型

目前, 全球的核电发展所面临的问题就是怎样增加核电的安全性能与经济性能。因三哩岛与切尔诺贝利的核电时间新出的核能问题。是全球核电发展重要阻碍, 要想核电能有稳定可持续发展就必须有更加安全的核电机组代替原有的运行, 做到大众广泛认同。

3.2 应坚持压水堆核电的技术路线

20世纪80年代初, 由国家计委、原国家科委联合召开的我国发展核电的技术政策论证会确定, 后报经国务院批准颁布实施, 发展压水堆核电技术路线。我国最近这二十年来在核电站中的发展对比国际发展模式相比较, 都充分说明了我国使用的压水堆核电方法的思路是可行的, 同时在压水堆核电方法中获得了很大程度的进步, 并且成立了相应的技术研究机构, 组建了一支实力强、专业化的研究团队。我国新建立的核电设备都在运用我国早已拥有的压水堆核电技术, 同时将会坚持走这条路线, 不会轻易的发生变化。

3.3 我国新一代的核电机型应该满足国际上的用户要求文件

我国新建立的核电站应该顺应国际上核电站发展的方向, 按照国际中的一些标准条例进行建筑规范, 例如欧洲的EUR文件、美国的URD文件。当然在我国建立新核电站的时候所遵守的国际条例也要根据我国实际国情, 改革成适合我国国情的条例, 适合新型核电站的需要。在建立的时候要在遵守标准的规范情况下, 使用最经济可行的方法。

3.4 新一代的核电机型应考虑采用系统简化、非能动、数字化的仪表控制系统和模块化技术的压水堆

依据目前全球核电的前进方向, 我国的新型核电可以使用非能动性安全性能系统, 这样能够使设计更为简单, 增加核电的安全性能, 提高整体经济性能, 不过非能动性安全系统不用全面覆盖, 必须以改进以后的经济能力与可实施性做依据, 针对不同的情况做出正确的选择。采用模块化技术可缩短建设周期, 提高经济性。数字化的仪表控制系统是提高核电的安全性、运行可靠性和经济性的重要措施。

3.5 抓紧新一代的核电机型的研究开发, 赶上世界核电发展的步伐

根据国家计委《国民经济和社会发展第十个五年计划能源发展专项规划》中提出的“自行开发新一代核电站”的要求和世界核电发展的趋势, 这就需要重视最新核电的开发与研究, 确保在二零一零年之前做好这项工作。这也是上首堆的要求之一。在十二五到十三五的整个过程中, 做好首堆的初步建设与投运, 做好大面积标准要求内的核电机组建设, 做到了这些就能够达到全球核电事业的发展水平。

核电技术的发展趋势 篇2

目前，世界上运行的绝大部分商用反应堆属于二代或二代改进型的压水堆。三代压水堆刚刚开始进入商用市场，还没有展开。四代压水堆的概念正在形成和逐步定型阶段。而核聚变堆正处于实验堆型设计和建造阶段。从我国目前冶金和机械行业的实际看，为实现我国核电机组用关键设备的国产化，以下问题需要关注和逐步解决。

压力容器(包括蒸发器等)用钢及其特大锻件稳定化生产。压力容器是核电厂最重要的设备，在核电厂整个寿期内不可更换。目前508-3钢已成为通用选择。我国试制和生产508-3钢也已有多年的历史，基本具备满足我国核电厂建设需求的条件。但是，应清醒地认识到我国并没有完全摸清该钢不同吨位大锻件的最佳化学成分配比、冶金质量精细控制技术、最佳热加工工艺和最佳的热处理工艺，这些严重制约着508-3钢特大锻件的稳定化生产。另外，随着构件设计尺寸的加大，应注意到508-3钢的淬透性极限问题，否则是无法保证压力容器性能的均匀性和稳定性。虽然具有更好淬透性的压力容器用钢正在开发之中，但要积累足够的辐照后的数据需要时间。

蒸汽发生器用耐蚀合金Inconel690管。近年来的核电厂运行实践证明，相对而言，Inconel690因其具有较好的抗应力腐蚀性能是目前最适用压水堆核电机组蒸汽发生器的传热管材料。我国目前不能进行这种钢管的工业规模生产，核电厂建设全部依靠进口。2007年6月28日宝钢股份公司和江苏宜兴银环精密钢管厂合资在江苏宜兴成立了宝银特种钢管有限责任公司,我国在生产装备上将具备生产核用高质量Inconel690管的能力。但这只是迈出了核用高质量Inconel690管国产化的关键一步，我国仍然需要组织各方科研力量，结合生产实际情况，解决现场制造中的诸多难题以及服役环境下可能出现的问题。

300系列奥氏体不锈钢。核电厂反应堆一般多选用奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢在水堆中的应用主要包括：堆芯结构件、堆内元件、压力容器内壁堆焊层、一二回路冷却循环系统、汽轮机部件等。从不锈钢生产线装备水平而言，我国太原钢铁公司和宝钢股份不锈钢分公司目前处于世界领先水平。从不锈钢的冶金技术水平而言，我国亦处于世界先进水平。但是，核用不锈钢的生产是个系统工程，从冶金企业出厂时品质优良并不意味着制成反应堆构件后的品质仍然优良。我国引进的AP1000主管道设计采用整体锻造316LN异形弯管，不锈钢锭重量达到90t左右，存在巨大技术挑战。作为世界上第一个AP1000核电站建设的总承包商，美国西屋公司目前正在世界范围内组织316LN主管道技术攻关。在工程应用中，奥氏体不锈钢构件易出现应力腐蚀、晶间腐蚀和疲劳腐蚀问题，这些问题与冶金、制造和使用都有关系，这些问题必须得到关注、控制和解决。

焊接材料与技术。焊接材料与技术是核电厂建造最重要的技术之一，没有合理、完善和可行的焊接材料与工艺技术就无法完成核电厂的建造，在工程实践中出现的很多问题都直接或间接地与焊接有关。目前我国在核电厂焊接材料研发和工艺技术方面与国外相比存在着差距，需要组织力量攻关解决，其中包括自动化焊接方法的开发和应用。

大型转子制造。我国三大动力设备制造基地都在进行技术改造以满足我国火电、核电和水电建设发展的巨大需求，同时从根本上提升我国机械行业的核心竞争力，使我国真正成为世界制造强国。

核电技术的发展趋势 篇3

1 世界核电发展概况

第二次世界大战后期, 在芝加哥大学足球场西看台下的一个网球室里建造了一座人工核反应堆。费米和他的同事们将石墨块堆砌起来, 用10t金属铀和40t氧化铀 (都是天然铀) 做成的棒插在385t石墨砖块中, 外面用1.5m混凝土墙包围, 形成了一个10m (长) ×9m (宽) ×6m (高) 的庞然大物, 里面还插着10根控制棒 (包镉青铜棒) 。1942年12月2日, 就在这个简陋的反应堆上, 实现了世界上第一次受控自持链式反应。这次反应进行了28min, 它的功率最高只达到200W, 但是它的意义十分巨大。1951年, 美国建成了世界上第一个核发电装置。1954年6月, 前苏联建成世界上第一座核电站, 电功率5MW。至今, 世界上建起了很多座反应堆。自从1954年前苏联建成世界第一座核电站以来, 截止到2006年12月31日, 全世界各国核电站现役机组435台, 净电功率36852.5万k W, 额定功率38891.7万k W;在建机组31台, 净电功率2556.1万k W, 额定功率2717.1万k W, 见表1。

随着科学技术不断向前发展, 核电已成为世界能源的重要组成部分。美国、法国、日本等国在上世纪70年代石油危机时期, 果断决策执行强化核电发展战略, 形成了强大的核电产业;韩国是一次能源短缺的国家, 也一直把发展核电作为国策, 使核电成为该国的主要能源。世界各国2006年核电上网电量、总发电量及核电上网电量占总发电量的比例见表2。

2 世界核电发展趋势

2.1 世界核电技术发展指标

注:统计截至2006年12月31日, 数据来源:IAEA

核电发展50多年来, 从技术指标上来看, 一般可以划分为4代。

注:数据来源:IAEA;*:数据来源于中国核电运行信息网, 2006年中国大陆核电总发电量为534.4亿k Wh;**:数据来源于中电联。

(1) 第一代核电站:主要是20世纪50~60年代开发的原型堆和试验堆, 如美国已退役的希平港核电站。

(2) 第二代核电站:主要是指20世纪70年代至现在正在运行的大部分商业核电站基本堆型, 它们大部分已实现标准化、系列化和批量建设。我国已经运行和正在建造的11台核电机组中, 除秦山一期30万k W的原型堆外, 都可以划入第二代核电站范围之内。

(3) 第三代核电站:主要指符合美国“电站业主要求文件 (URD) ”或“欧洲用户要求文件 (EUR) ”的先进核电反应堆, 如AP-1000先进压水堆等。

(4) 第四代核电站:主要特征是经济性好、安全性高、最小的废物产生量和防止核扩散, 如钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水堆和熔盐堆。争取2030年实现这些概念技术的应用, 不仅用于发电, 而且还用来制氢及海水淡化等。

2.2 世界发展核电的技术路线

世界发展核电的技术路线可分为3类。

(1) 军用技术将为民用核电站的自主型:如美国、前苏联、英国和加拿大是在军用堆的基础上自己开发用试验堆和原型堆, 技术定型后形成商业堆的制造能力。

(2) 引进消化技术自主型:把购买设备与引进技术结合起来, 在引进技术的基础上, 进行消化吸收和改进创新, 如法国、日本、德国、西班牙、韩国等。

(3) 设备进口自主型:主要是通过设备进口, 购买商业堆, 着重实现建造和安全运行自主化, 如芬兰和匈牙利等国以及我国台湾省属此类。

在引进技术并达到消化吸收的国家中, 法国的国产化是最成功的, 实现了核电站技术的引进并达到了消化吸收和创新的目的, 法国政府在其中发挥了极其重要的作用。

推行标准化和批量化就降低了核电站的造价和运营成本, 20世纪70年代法国核电站的造价高于美国;到20世纪80年代, 法国核电站的平均造价只相当于美国的70%。20多年来, 法国核电已经进入很好的盈利期, 法国核电价格在欧洲也是很低的, 因而赢得了市场。

德国、日本、西班牙、韩国等国也是把全面引进外国的成熟技术, 同国内已有的技术相结合, 在掌握国外技术的基础上加以改进, 发展建立有自己特点的核电工业和核电机型。

德国在原型堆阶段就开始引进技术并把自己国家的工业技术结合进去, 开发了有自己特色的机型;日本从美国同时引进了压水堆和沸水堆技术, 原则上是按美国的设计标准规范进行消化吸收和实行国产化, 其自己的特色少一些。

西班牙发展核电的特点是在美国、德国进口核电站的同时, 重视了核电工程设计和管理技术的引进, 掌握核电建设工程的总体设计、系统设计和接口设计技术, 逐步具备了自主采购设备的能力, 在核电站建设中掌握了主导权。

韩国是发展核电最成功的国家之一, 主要原因是韩国重视核电技术的引进和消化吸收工作, 并制定了核电自主化计划, 不断积累经验, 从而实现完全依靠本国建造核电厂。

现代制造技术的发展趋势 篇4

袁锋

摘要

知识经济和高科技的迅猛发展给制造业带来前所未有的机遇和挑战，现代制造技术被赋予新的内涵和特征，与其它学科交互融合发展，对传统的制造业产生了巨大的冲击。只有采用先进制造技术并不断创新，我国制造业才能在激烈竞争中立于不败之地。为此阐述了现代制造技术的发展趋势。

关键词:现代制造技术；特征；趋势。引言

制造是人类社会赖以生存和发展的基石，任何时代都离不开制造业，制造业具有永恒性和不可替代性，它不仅是一个国家国民经济的支柱产业，而且对其经济和政治的领导地位也有着决定性的影响，一个国家经济的崛起在很大程度上取决于制造业的发展。在工业发达国家，约有1／4的人口从事各种形式的制造活动，70 以上的物质财富来自制造业。因此，很多国家把制定制造业发展战略列为重中之重。战后，日本、德国等国家由于重视制造业，国力很快得以恢复，成为制造强国，经济实力也跃居世界前列。美国认为要重振经济雄风，保持美国在全球经济中的霸主地位，必须大力重振制造业，夺回其制造业的世界霸主地位。为此，美国加大了制造业的投资力度，积极进行策略研究，现在某些领域已基本赶上甚至超过日本而与其并驾齐驱。可见制造业对一个国家的经济地位和政治地位具有至关重要的影响。

近年来，随着高新技术和知识经济的迅猛发展，生命科学、材料科学、信息技术、微电子技术、航空航天等新兴的科学技术不断涌现。以计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合的先进制造技术应运而生，对传统的制造业产生了巨大的影响和冲击。目前，世界各国尤其是工业发达国家都非常重视制造技术的开发研究和应用，在这一领域的国际竞争日趋激烈，我们要想在新一轮的较量中立于不败之地，就必须大力发展制造技术。现代制造技术的主要特征

1．1 制造内涵的扩展

随着通讯和网络的发展，全球性的贸易壁垒正在逐步消失，制造技术已发展成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科且高度复杂的集成技术。制造的概念和内涵得到大大扩展，它是一种涵盖面很广的广义制造概念，是“大过程”、“大制造”，包括光、机、电产品的制造，工艺流程设计，通用产品和高精尖产品的制造以及材料制备；不仅包括机械加工方法，而且还包括高能束加工方法、硅微加工方法、电化学加工方法等；它不但包括从毛坯到成品的加工制造过程，而且还涉及产品的市场信息收集与分析、产品的选型决策、产品的设计制造过程、产品的销售和售后服务、报废产品的处理以及产品的疲劳强度和全寿命过程的预估等产品整个生命周期的全过程。1．2 先进制造技术、制造系统和制造模式的发展

近年来，制造工程与制造科学取得了前所未有的成就，先进制造技术、制造系统和制 造模式层出不穷，制造业得到空前的发展。建立在以现代信息技术为核心的制造技术基础上发展起来的现代制造系统，将会给未来的制造业带来更多意想不到的奇迹。其中最有代表性的有：①敏捷制造(AM)。1988年美国里海大学和通用汽车公司在研究总结美国制造业的现状和潜力后提出了敏捷制造的生产模式，1992年美国政府将其作为具有划时代意义的21世纪制造企业的发展战略。敏捷制造是将柔性制造的先进技术和生产技能、有素质的劳动力以及促进企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在一起，利用信息技术对千变万化的市场机遇做出快速响应，最大限度地满足顾客的要求。②虚拟制造(VM)。虚拟制造是利用制造过程的计算机模型及其仿真来实现产品设计和研制的模式，它从根本上改变了传统的产品设计与制造模式，在产品制造出来之前应在虚拟制造环境中完成软产品原型，代替系统的硬件进行试验，对其性能进行预测和评估，从而大大缩短产品设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高其快速响应市场变化的能力，以便更可靠地决策产品研制，更经济有效地组织生产，从而实现制造系统全面最优的制造生产模式。③精良生产(LP)。1990年美国麻省理工学院总结了第二次世界大战后以丰田汽车为代表的日本制造工业的经验，提出了以改革企业生产管理为特点的精良生产模式。它的基本要求是企业在生产过程中要同时获得极高的生产率、最好的产品质量和极大的生产柔性，使所生产出的产品具有精益特点。它摒弃了大量生产方式在人力资源、库存资金积压上造成的极大浪费，特别是单一品种生产对市场变化的需求极不适应的种种弊端，发展了按市场订单进行及时生产的丰田汽车模式。④ 智能制造(IM)。智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。IM 将神经网络技术和模糊控制技术等先进制造技术应用于制造业，使制造过程实现智能化。

1．3 制造技术的多学科交叉特征

经济的发展和社会的进步对制造科学提出了新的要求与期望，它与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学等不同学科之间的交叉融合更为紧密，形成了

多学科交叉、多方位立体发展的模式。一方面，制造技术为信息科学、生物科学和材料科学提供观察、实验、检测、制造的装备和技术支持；另一方面，信息科学、生物科学、材料科学的最新成果也会应用于制造业，进一步丰富制造科学的内容，同时，它们的发展也给制造业不断提出新的使命和挑战，从而促进制造科学的进一步提高。制造生产模式对制造过程、制造系统和产品的优质将起着关键的作用，而制造生产模式是管理科学、社会人文科学与制造科学的交叉、融汇和发展而成的结果，有着统率生产过程、加速高新技术的发展、决定产品质量和市场竞争能力的作用。1．4 信息技术是现代制造技术发展的重要保障

先进制造技术的发展与信息技术的发展密不可分。信息技术，特别是计算机技术，极大地改变着制造的面貌，是先进制造技术的发展与制造科学形成的客观条件。信息这一要素已成为现代制造业中最重要的资源和最宝贵的竞争要素。制造技术不仅加工、处理信息，而且将制造信息录制、物化在原材料上，提高其信息含量，使之转化为产品。现代制造业，尤其高科技、深加工企业，其主要投入已不再是材料和能源，而是信息和知识；其所创造的社会财富实际上也是某种形式的信息，即产品信息和制造信息。未来的产品一般应是基于信息或知识的产品。未来的制造技术将向数字化、智能化、网络化发展，信息技术将贯穿整个制造业。制造技术的发展趋势

21世纪，制造业日趋全球化，先进制造技术向着自动化、柔性化、集成化和智能化方向发展。总的来看，纳米技术、超精密加工技术和可持续制造技术是今后发展的关键。2．1 纳米技术

扫描隧道显微镜的发明与应用使人们对世界的认识进入纳米尺度，从宏观转向微观扩展。纳米技术和纳米制造技术是当前竞相研究的最前沿领域，它将使人们在生产方式和生活方式上有更大的改观。纳米技术包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术、纳米测量技术和纳米机械学等。纳米技术对制造业已经产生了很大的影响，对传统制造方法、制造工艺与手段带来了巨大冲击；同时，纳米技术的发展带动了微型系统制造技术的发展。微型系统是机械技术和电子技术在微／纳米尺度上相融合的产物，发展极其迅速，有可能对世界各国的科技、经济发展和国防建设产生重大影响。其覆盖领域十分广泛，从1959年科学家提出微型机械的设想，到第一个硅微型压力传感器问世，以及微型齿轮、微型齿轮泵、微型气动涡轮及联接件、硅微型静电电机、微型加速度计，直至2000年重仅200多克的微卫星上天，微型系统受到了世界各国越来越多的青睐，其应用领域将不断扩大。2．2 超精密加工技术

现代制造技术要求不断提高产品的加工质量、性能、可靠性和稳定性，而这些都取决于加工精度的提高。超精密加工技术是高精尖产品和国防武器生产的重要手段。在超精密加工领域，美国、英国、日本居世界前列。超精密加工主要包括超精密切削、超精密磨削、研磨以及超精密特种加工(主要包括电子束、离子束加工等)。目前，超精密加工已不再是孤立的加工方法和单纯的工艺问题，而是一项包含范围极广的系统工程。要实现超精密加工，不仅需要超精密的机床和刀具、稳定的环境，更重要的是要具备先进的计算机误差检测和在线补偿。

2．3 可持续制造技术

可持续制造技术是指在产品的整个生命周期中要充分考虑到节约资源和保护环境两方面的问题，其目标是使产品从设计、制造、运输、使用到报废处理的

整个产品生命周期中，对环境的负面作用最小，资源消耗尽可能小，并使企业经济和社会效益协调优化。其中绿色制造技术作为可持续制造技术的典型代表，正在被越来越多的企业接受和认同，并逐步得到应用，在美国、西欧和日本等发达国家和地区，绿色制造研究是先进制造技术领域的一大热点。随着人类居住环境的恶化、资源的短缺，可持续制造必将成为21世纪制造业发展的必然趋势。我国制造业的对策

制造技术的全球化和中国加入WTO给我国的制造业带来了前所未有的发展机遇，同时也面临着巨大的挑战。当前，人类社会已进入信息时代和知识经济时代，国际经济合作与交往日益紧密，全球产业结构进入大调整的重要时期，世界正在形成一个统一的大市场。世界范围内制造业的竞争变得越来越严酷，人们对于产品的个性化和服务的要求越来越强烈，产品的生命周期越来越短，只有采取积极的应对措施，才能逐步缩短我国在制造领域与工业发达国家的差距。

3．1 适应市场需求，增强企业竞争力

进入21世纪，用户的消费观念有了很大改变，对企业和产品提出了更新、更高的要求，产品的交货时间、新产品的开发时间和上市时间，甚至产品的整个生命周期都显著缩短 产品的开发周期缩短，对市场的响应已经成为企业竞争力的关键所在。谁能在最短的时间内交货，开发出新产品并打入市场，并在产品整个生命周期之内提供最好的服务，谁就能够占领市场。同时，原来对于产品质量、成本要求的内涵也有所改变，质量除了指对产品本 身的性能、功能、外观、可靠性和使用寿命等方面的要求外，更重要的是指如何在产品整个生命周期之内全面地满足客户的要求，包括各种服务，顾客对产品及其服务的满意程度是衡量产品质量和企业竞争力的重要指标。成本也不是指单一的产品制造和销售成本，而且是指包括产品的运行成本、维护成本及报废后的处理成本在内的全部成本。为了降低成本，要求企业的产品和制造系统均具有高度的柔性，以响应快速变化的市场，增强企业竞争力。

3．2 应用先进技术改造传统制造技术

在高科技和知识经济时代来临之际，必须用先进制造技术对传统的制造技术进行改造，对其进行全面研究和充实。我国传统的制造技术、工艺手段及装备仍然相当落后，必须从其它学科及新科技领域吸取营养并与之相结合，才能逐渐发展成为技术含量高、附加值大的现代制造技术，如纳米制造技术、超精密加工技术、微型系统制造技术、敏捷制造技术和绿色制造等。要利用先进制造系统原理优化企业组织结构，使其从产品开发、加工制造和市场开拓等方面得到重大改进，提高企业的综合效益，以赢得激烈的国际市场竞争。3．3 提高企业创新能力

创新是一个民族发展的动力，缺乏创新就会缺乏活力。企业的创新不仅指产品设计和生产工艺上的创新，还要包括制造观念的更新、组织的重构、经营的重组。综合创新能力是推动企业发展的动力和最强大的竞争武器。现代制造业应努力树立创新意识，培养创新能力，加快形成以企业为中心的技术创新体系，实现技术创新、机制创新、组织管理创新和人才创新。

3．4 重视人才培养

全球大市场中的竞争，归根结底是人才的竞争。现代制造技术都非常重视人的因素，强调以人为本和人的主体作用。现代制造业是多学科相互渗透融合而发展的，生产和管理模式正在向信息密集型和知识密集型转变，对人的素质也提出了较高的要求。一方面，应完善人才培养机制，针对现代制造科学的多学科交叉特点，在高等工科专业的教学中，实施与学科交叉前沿相应的专业设置及课程配置，以培养既有相关领域知识与能力，又具有创新精神的新型人才。另一方面，国家应重视职业技术教育，扶植发展企业对现有工程技术人员进行比学历教育更为重要的工程继续教育，以顺应新时期制造科学发展的要求。结束语

核电技术的发展趋势 篇5

关键词：装备制造业,共性技术,制约与突破

1 “核电春天”为核电装备制造业带来空前发展机遇

核能作为一种成熟、清洁、安全和有竞争力的技术, 在21世纪及未来, 将对人类可持续发展作出更大的贡献。越来越多的国家认识到, 核电可使能源结构多样化, 有利于能源安全, 并减少温室气体排放。核电产业已成为许多国家重点扶持和发展的支柱产业, 截至2009年10月, 世界上共有436台核电机组在运行 (见下图) , 正在建设中的核电机组有53台——发电量将达47.2GW。

我国核电发展的战略已从原来的“适度发展”转变到“积极发展”, 甚至“大力发展”, 核电发展的春天悄然而至, 发展的规模已由小批量建设阶段进入规模化、批量化发展的新阶段。目前, 我国正在建设的核电机组数量位居世界之首, 达到16台, 占世界在建核电机组的30%。根据产业规划, 未来10年, 中国将迎来核电建设的高潮, 资金投入估计将达万亿元之巨, 我国核电产业将成未来10年世界最大新增市场。在核电投资中, 装备占到投资总额的50%左右, 按此规模估算, 未来10多年, 中国对核电设备的投资约5000亿元, 如果以装备国产化率达到70%来计算, 其中, 国内企业面对着至少3500亿元的市场空间。加之《装备制造业振兴规划》的推进和落实, 并且倡导和支持核电装备“自主化”的多重利好环境下, 我国装备制造业尤其是核电装备制造业将迎来发展和升级的良机。

2 我国核电装备制造业的发展与制约:产业共性技术视角

装备制造业是工业发展的基础性和战略性产业, 也是一个国家或地区工业化水平与经济科技总体实力的重要体现。装备制造业整体能力和水平决定各国的经济实力、国防实力、综合国力和在全球经济中的竞争与合作能力, 甚至决定发展中国家实现现代化和民族复兴的进程。我国核电装备制造业在“适度发展”方针指导下形成的单个安排、分散建设的格局, 正在“积极发展”战略的指引下, 站在全国电力规划的大框架下统筹考虑。近年来, 我国一方面引进消化国际先进的百万千瓦先进压水堆的技术, 另一方面骨干制造企业大举投资建设装备制造基地, 核电装备制造业已呈蓬勃发展之势。在我国核电建设大潮即将来临之时, 核电装备制造业也同样需要站在整个国家核电产业竞争力的角度, 以产业共性技术的视角审视其发展问题, 以抓住这一空前的发展机遇。

2.1 核电装备制造业的特点

(1) 核电装备制造业技术的集成性和复杂性。

核电装备制造业是为核电站的建设和运行提供装备, 而核电站的首要要求就是安全性和可靠性, 这也决定了核电装备设计机构比较复杂, 其主装备基本上都是超大、超重。核电装备制造技术含量高, 比如, 以反应堆为中心的核蒸气供应系统技术复杂, 不能出现一丝一毫的错误, 否则核电的核安全将无法保障。为此, 核电装备的设计与制造必须充分考虑安全、可靠、高效的要求, 以制造出高质量的、工艺复杂的核电装备。

(2) 核电装备制造业具有明显的寡头垄断市场结构。

由于核电装备制造业科技含量比较高且属于军民两用技术, 技术消化和创新难度较大, 其与一般竞争性行业相比有着自身的特殊性, 进入壁垒高、退出壁垒高、行业集中度高和需求刚性。其适宜形成垄断竞争格局, 并围绕龙头企业及其技术扩散和产业扩散发展中小企业形成产业集群, 所以其市场结构呈现明显的寡头垄断。但这同时也意味着核电装备制造业的投入大、周期长、利润空间大。

(3) 招投标是核电装备制造业的主要市场交易形式。

核电装备制造业的市场行为也与一般行业不同, 招投标是其主要的市场交易形式。招投标是在市场经济条件下进行大宗货物的买卖, 工程建设项目的发包与承包, 以及服务项目的采购与提供时, 所采取的一种交易方式。在招投标中, 消费者只能通过价格比较以及招标人的业绩、口碑比较来作出购买决策, 其中具有很大的人为因素。尤其是像核电装备制造业这样的战略产业, 招投标过程还包含了很多政治、外交上的考虑。

2.2 我国核电装备制造业的制约:产业共性技术视角

产业共性技术是指在很多领域内已经或未来可能被普遍应用, 其研发成果可共享并对整个产业或多个产业及其企业产生深度影响的一类技术。共性技术的关键在于其具有广阔的适用性和开放性, 为多项其他技术提供基础, 其应用范围越广, 使用者越多, 技术的共性就越强。共性技术是一种能够在一个或多个行业得以广泛应用的、处于竞争前阶段的技术。目前, 虽然对共性技术的内涵还没有统一的认识, 但对共性技术的特性认识却是一致的:具有超前性、外部性、高风险性以及关联性等。从共性技术的特性可以看出, 共性技术面临着市场失灵和组织失灵。

产业共性技术创新已经成为促进一个国家和地区产业和经济发展的关键要素。核电装备制造业更是如此, 从核电装备制造业的构成来看, 核电装备制造包含核岛设备、常规岛设备、辅助设备、仪表及控制系统及核电材料等, 其共性技术的研发对其发展起着至关重要的作用。

2002年6月23日, 胡锦涛同志在视察秦山基地时强调:“核电产业是高技术的战略产业, 实践证明, 高技术特别是核心技术拿钱是买不来的。要继续坚持以我为主, 这是发展核电的必由之路。”我国核电发展中还存在着一些明显的短板和瓶颈问题, 很关键的一点就是研发和设计能力还很不完备。同时, 在装备制造方面, 虽然这些年有了很大提高, 但总体而言自主创新能力还不强。为此, 需要强化研发环节, 大力开展共性技术的研究和开发, 增强其竞争力, 从而达到优化核电产业链的目标。从整个产业来说, 增值最大的节点往往是产业链上的研发环节, 这个环节对创新的要求更高, 特别是对核电装备制造业来说, 其军民两用的特点更是决定了其创新的难度。

3 基于产业共性技术的核电装备制造业发展路径分析

制造业的发展需要共性技术的支撑。为满足我国核电发展大潮的需要, 促进装备制造业的发展, 我们需要抓住振兴装备制造业的机遇, 选择适合我国国情和我国核电装备制造业的特点, 立足核电技术的发展现状, 寻求和提升核电装备制造业的发展路径。

3.1 破除体制障碍、加强共性技术研发

虽然世界上已不把核电作为新兴能源产业, 但在我国却可以称为新兴产业。中国核电起步不算迟, 但技术主要靠引进, 应用还处于起步阶段。作为新兴产业它的发展必然要求技术变革和制度创新, 同时, 一些有色金属、造船、化工等企业纷纷介入核电产业, 参与制造和配套体系, 现有的管理体制和运行机制已不适应核电产业蓬勃发展的要求, 这将促进核电产业在技术和体制上创新。共性技术的特点决定了政府必须在其研发过程中扮演重要角色, 特别是作为军民两用的核电装备制造业共性技术, 其研发更离不开政府的大力支持和积极引导, 通过制定相应的政策法规, 支持产业共性技术的研发, 积极促进核电产业市场化;通过对核电产业组织结构调整以适应电力管理体制改革和企业改革, 大力发展核电装备制造业共性技术, 促进我国核电产业的发展。

3.2 消化吸收创新、打造自主核电品牌

加强行业共性技术的研发, 归根结底是为了加强行业对于技术路径的控制能力, 只有摆脱了对于国外的技术路径之依赖, 并且形成了全部或部分自有知识产权的创新, 才是自主创新, 才能提高整个行业的竞争力。装备制造业也不例外, 目前, 随着我国核电建设规模由小批量建设向规模化、批量化发展阶段的转变, 以及自主设计、自产设备、自主建造、自主运营“四自方针”的贯彻落实、核电装备国产化进程的推进, 我国核电装备制造技术有了很大的提升。东方电气集团经过岭澳核电站的洗礼, 已能批量生产成套核岛主装备和常规岛装备。上海电气集团是国内目前唯一制造核电堆内构件和控制棒驱动机构的企业, 并将形成具有承制成套百万千瓦级压水堆的核岛主设备 (压力容器、蒸发器、稳压器等) 、170万千瓦三代压水堆常规岛半速机组和195万千瓦高温气冷堆压力壳、蒸发器等关键设备的能力。哈尔滨电站建设集团主要生产辅助设备, 包括常规岛主辅机、核岛主装备、主泵和阀门。一重以核电大型锻件研发和核压力容器制造为核心, 可以提供百万千瓦级核压力容器、主泵壳和核蒸发器。二重已具备制造三代核电铸锻件的能力。

但在消化吸收创新方面还做得远远不够, 为此, 需要发挥我国在核电制造方面的优势, 加快吸收创新, 打造世界级核装备制造基地, 扶持和打造中国核电自主品牌, 在满足我国核电建设需要的同时, 在未来, 随着全球核电市场的复苏, 也可能与其他电站设备、输配电设备一样, 在国外拿到更多更丰硕的订单, 也让中国的核电装备制造成为高质量高安全保障的代名词。

3.3 搭建合作平台、协作研发共性技术

美国波士顿咨询公司 (Boston Consulting Group) 驻中国香港高级顾问Thomas Hout教授认为:中国要想改善和更好地提高自主创新能力和产业竞争力, 根据国际经验, 需要有四个方面的确保:一是搭建一个包括科学家、工程师、风险投资家、知识产权律师等密集且互动的“合作平台”;二是确立让科学家能够分享科研成果转化 (包括国家支持的科研成果转化) 而成立的新创企业的利润的制度;三是创新主体必须是大型企业 (他认为大型企业最具创新能力) 或集中于一个技术密集企业群中的创新企业群;四是强大的资金流将这些要素编织成一个创新网络, 并处理好它们之间的相互利益和互动机制。这同样也适用于核电装备制造业创新方面, 在核电装备制造业产业链条中上、下游企业之间的生产经营过程中形成正式的合同关系网络或者准正式的合作关系网络, 同时, 加强企业与政府、研究机构等行为主体之间的合作和联系, 构建核电产业创新发展网络。

通过这个平台也可加强与民企的合作。未来由于清洁能源产业特别是核电产业的迅猛发展, 全球核电装备设备制造厂商都呈现供货能力严重饱和的局面, 这一方面要求我国必须实现技术自主化、装备国产化, 达到自主设计、自主制造、自主建造、自主运营, 但是我国国内核电装备企业也面临核电站上马速度与自身装备制造供应能力不协调的问题。另一方面, 也为我国民营企业提供了进入核电产业的绝佳机会。经过30多年的改革开放, 我国一些民营企业的技术和制造能力得到了很大的提升, 已有一批民营核能企业崛起, 有能力加入“我国核电建设的大潮”, 在核电建设、装备制造、安装调试、核电设计研发等方面参与核电产业的发展。这既可以解决目前我国核电装备制造能力的不足, 满足核电发展的需要;也可借机推动民营核能企业的发展, 完善和提升核电装备制造业产业链, 打造中国的核电产业链。当然, 由于核电产业既姓核也姓电, 核电产业既是一种高科技产业, 也是我国在新形势下保持核能力的战略性产业, 核电涉及敏感的核技术, 必须进行核安全管理, 把握好保密与开放的关系, 在共享中保密, 在开放中保密。

参考文献

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核电技术的发展趋势 篇6

化石能源的日益枯竭及其对气候与环境的破坏性益发受到各国重视, 开发利用新能源将是能源领域的发展趋势。 核电作为可持续发展的清洁能源, 被诸多国家优先发展, 核电地位提升, 以至于核电市场进而扩大化, 核安全的重要性也日益凸显。

视频检测技术是科技前沿的视频技术和目视检测相结合的一种检测技术, 其借助于光学照明技术、先进的摄影技术和辅助仪器设备, 在不损坏、不改变被检测对象理化状态下的情况下, 对被检测表面的表面结构、性质及状态进行高可靠性和高直观性的检查, 借以评判被检对象的连续性、完整性、安全性及其他性能指标。 作为一种有效的检测技术, 视频检测技术已广泛应用各个领域。

核电无损检测不同于其他行业探伤, 具有作业环境复杂恶劣, 部分区域剂量率水平高等特点。 由于视频检测技术可对容器和泵壳内部、管道、紧固件、支撑件及人员不可接近或高辐照区域进行远距离检测, 因此核电站设备广泛采用视频检测技术, 用于检测表面缺陷和不连续, 包括反应堆压力容器内表面、反应堆压力容器下封头外表面、顶盖内表面及CRDM贯穿件、蒸汽发生器一次侧和二次侧水室、稳压器内部堆焊层、主泵内部蜗壳、堆内构件、燃料组件及其它容器或支吊架的内外表面等。 通过对表面发现的缺陷或不连续进行跟踪, 并加以对比分析, 可以作为评价核设备的安全性和可靠性的一种有效手段, 以便更好地保障核设施安全可靠运行。 随着科学技术的不断进步, 作为评价核电安全性能的检测手段之一的视频检测技术, 其技术能力也得到了不断升级提高。

1 核电在役检查标准对视频检测的要求

目前国内核电站参考标准主要有美国的ASME标准、 法国的RCCM标准及俄罗斯的标准, 不同类型的核电站对役前和在役检测时视频检测技术要求的被检对象及范围、灵敏度标定及验证、照明要求、记录标准和验收标准有所不同, 下面按三种类型的标准来阐述对视频检测技术要求。

ASME规范第Ⅺ卷IWA-2211、IWA-2212、IWA-2213 中描述视频检测对象包括被检设备表面的不连续性和缺陷, 如裂纹、磨损、腐蚀和侵蚀;在进行系统压力试验时承压设备的泄漏痕迹, 以及检测设备和其支撑件机械和结构状况, 如间隙、紧固、实体位移;还有如螺栓或焊接连接处的完整性和损害、零件松动或丢失、碎片、腐蚀、磨蚀或侵蚀等不连续和缺陷。 还包括会影响阻尼器、恒荷载和弹簧类型支撑满足可运行性和功能要求的条件检验。

ASME规范第V卷第9 章T-953 要求视频检测的分辨能力至少应和直接目视检验相当。在ASME规范第V卷第9 章T-941 规程要求, 可以采用一条宽度等于或小于1/32in. (0.8mm) 的细线或人工伤或一个模拟工况, 使其位于被检表面或其他相似的表面上。 模拟工况或人工伤应位于被检部位中最不利于辨认的位置, 并以此来验证视频检测的分辨能力。 ASME规范第Ⅺ卷IWA-2216 要求视频检测系统应有能力辨认和区别适合于进行VT-1 和VT-3 设备检验要求的颜色。

法国RCCM规范要求检验对象范围为焊缝和堆焊层表面状况, 以及结构件、支撑以及连接件的完整性, MC7132 要求视频检测系统的分辨能力至少应与直接目视相当。MC7133 要求被检制件与 (表面试样或基准标准以外的) 对比试样进行比较。

俄罗斯规范中的焊接接头和堆焊的检验规程 ПНАЭΓ7-010-89描述了视频检测被检对象为母材表面的裂纹、夹层、卷边、不允许的压痕、气孔、龟裂、夹渣及其他不密实性的裂纹;焊接接头表面的裂纹、烧穿、未焊满的弧坑、针状气孔、咬边、未焊透、缩孔、焊缝表面的气孔和夹杂物。 目视检验 ПНАЭΓ7-016-89 规定中, 视频检测必须能正常显示缺陷。 无损检验光学方法OTC2349-79 规定中, 视频检测系统应保证缺陷图象质量 (亮度, 颜色, 反差, 尺寸, 分析时间) , 制造带一定缺陷的样品来验证视频检测系统的分辨能力。

美国CFR50.55a法规中要求, 检验对象和条件基本要求满足ASME规范, 但分辨能力必须要求检测出1μin. (0.0254mm) 细线或人工伤。

纵观世界主流规范中, 视频检测对象大部分为焊缝及设备内外表面, 检测对象的材质大部分为不锈钢, 少部分为碳钢, 作业环境包括水下作业和水上作业, 及容器内表面和外表面两大部分。 ASME规范对验证分辨能力和颜色要求最细致, 俄罗斯规范要求严格程度最松, 但是必须至少能检测出表面缺陷和不连续性。 美国联邦CFR50.55a中要求的检验能力最高, 至少分辨出0.0254mm的细线或人工伤, 是目前世界上分辨能力要求最高的法规, 当前视频技术能力包括理论、设备、检验技术及应用上已完全能满足该项技术要求。

国内核电在役检查标准把视频技术归结为目视检测, ASME规范中称为间接目视, RCCM规范中称为远程目视, 俄罗斯规范中称为视频检测, 对视频技术的技术能力上强调了光照度、被检表面及分辨率三方面, 从而衍生出分辨率试板, Jaeger等测试分辨率的工具, 视频技术作为一种方法, 对记录标准, 验收标准没有任何影响, 记录标准和验收标准只与被检对象有关, 对检测范围却有非常大深的影响, 视频设备小型化、轻量化、多样化及高分辨率化, 配以辅助的照明设备性能提高, 以前视频检测设备不能达到的区域变成可达区域, 反向推动在役检查标准加快更新, 提出新的标准与新的检测技术水平相适应。

2 核电视频检测技术的应用现状

当前国内视频检测应用各类型核电站, 依据ASME、RCCM、俄罗斯标准建立的各个堆型, 根据核电主设备的役前检测和在役检测要求, 衍生出稳压器、蒸汽发生器、反应堆压力容器顶盖、主泵蜗壳、反应堆压力容器底部外侧、燃料组件等视频检测系统, 形成系统的视频检测项目。 视频检测系统由前端采集器、信号传输线、后端显示及编辑分析系统组成, 前端采集器一般为分辨能力不一的摄像头, 信号传输大部分采用电缆传输, 后端显示各种分辨率的显示器, 编辑及分析系统为安装编辑和分析软件的计算机。 以下为视频检测涉及的主要技术:

1) 灵敏度。 验证灵敏度大多采用18%中性灰度卡上的细线, 基本以0.8mm细线为准, 水下标定采用鉴定后固定不同线径细线的标定试板, 各个电站根据被检对象不同要求也不同。

2) 传输方式。 根据前端采集器的输出信号格式的不同, 采用不同的传输方式, 目前主要为模拟信号, 采用同轴电缆传输, 但其传输距离较短, 且体积和重量大, 不利于转运。 进行信号转换后, 通过光纤传输, 增强其传输距离, 体积和重量极大的减少。

3) 视频格式及后端显示。 图像存储格式一般采用压缩式的RMVB、AVI、MPEG-2 等通用的视频格式, 主流后端显示为CRT, 由于LCD技术革新, 显色能力和亮度与CRT相持平, 但LCD体积小, 重量轻, 适合于现场作业, 现已替代大部分CRT显示。

4) 存储方式和编辑方式。 存储方式和编辑方式分模拟数据的盒式磁带和数字数据的光盘存储, 视频编辑软件是主流的非线性视频编辑软件, 如VEGAS、EDUIS、Pinnacle等。

5) 视频检测的载体。 根据载体结构分为, 长杆夹持和多轴机械臂, 按载体功能分为水上载体和水下密封载体, 按被检对象分为容器内作业和容器外作业, 由于核电站设备和管道具有多样性, 环境复杂性等特点, 视频检测载体呈现多样性, 专一性。

现有的视频检测技术已普遍应用于国内各种类型核电站, 但是因核电站的特殊性, 视频检测技术存在一些不足和限制, 主要包含以下几方面:

1) 背景反光和表面眩光, 颜色失真等问题。 核电站内主设备材料大部分为不锈钢, 表面光滑, 直射时产生反光和眩光, 色温达不到要求值, 图像不能显示被检对象及真实颜色, 目前尚未解决此问题, 因检测设备的特殊性, 决定了光源的结构, 进而影响供电电压、灯源及辅助设备选择等, 不能在相对狭小的空间内产生柔和均匀的光。

2) 辐照噪点。 辐照水平高的环境, 如在乏燃料水池作业时, 对燃料组件进行检测时, 前端采集器CCD或CMOS, 在高辐照电离射线轰击下, 图像形成大量雪花点, 影响图像质量, 不能准确判断和分析, 高辐射区域还有反应堆压力容器底部, 主泵内表面, 燃料组件等。

3) 缺陷的三维观察及精确测量。 可疑显示及缺陷的判断, 如果缺少三维立体的观察和精确测量, 则无法进一步对可疑显示和缺陷进行准确评价, 受到前端采集器的尺寸结构和视频载体的结构双重影响, 国内主流视频检测设备还未具备多摄像头检测能力, 三维立体还需进一步开发, 精确测量还未精确到毫米级别以下。

4) 图像后期处理技术。 在难以达到或者光照条件不足的情况下, 采集得到的图像难以满足分析, 后期对图像进行对比增强, 改进图像细节等发面还未具备。

5) 实时自动分析。 目前视频检测技术的图像自动分析还未具备, 图像的建模及运算算法都处于初步研究状态中。

国外核电发达国家视频检测技术开发早, 技术成熟发达, 已研制出应用各种检验对象的专用视频检测设备, 如专用于检测CANDU堆型内的上部Feeder管的英国OC-Robotics研制的SAFIRE, 见图1 所示, 具备32 个电动马达的蛇形机械臂, 前端搭载摄像头, 在狭窄的支撑架中检测各部件的完整性。

法国AREVA的Hawk EYE如图2 所示, 西班牙TECNATOM的浮游视频检测设备如图3 所示, 美国Westinghouse的DUIT视频检验设备如图4 所示, 专用于反应堆压力容器水下视频检测。

俄罗斯DIAKONT的PRV-Robotics如图6 所示, 瑞典Ahlberg的Four-Faces-Fuels检测设备如图7 所示, 用于检查核一级设备, 在摄像头及载体上的研制已达到成熟。

国外核电检测技术已趋于成熟, 视频检运载体呈现多样性, 在耐辐照、水下密封、辐照照明系统及后期分析处理等方面层层递进, 功能性及可靠性已产品化, 并逐步向新兴核电市场拓进。

3 核电视频检测技术的发展前景

因视频检测技术的直观性、可靠性及易操作性, 视频检测技术广泛应用核电站内, 从微型的阀门管道至体积大的反应堆压力容器、蒸汽发生器, 从常规岛到高辐射剂量区域, 是核电“外科医生”无损检测人员的重要工具, 视频检测技术已成为核电站安全保障的不可或缺的重要检测手段, 随着我国核电机组数量的不断扩大以及运行年限的增加, 视频检测项目几何级别增长, 核电视频检测技术也呈现出新的特点和要求, 主要体现在以下几方面:

1) 应用范围和应用程度的扩大。 随着应用的场合扩大, 运行年限的增加, 缺陷的产生几率增加。 周期性役检的检验范围以及自主检查范围增加也将导致视频检测技术应用范围的扩大。

2) 设备载体多样化。 视频技术的广泛应用, 也进一步衍生出更专一, 更多样化的检测设备, 从水下浮游设备至狭小空间运动的蛇形机械臂, 从高剂量环境的耐辐照设备至容器底部的多轴悬吊式检测设备, 从低照度环境的搭载照明系统的多功能PTZ摄像头系统至精度极高的柔性机械臂。

3) 高清视频技术的普及。 与以往的模拟信号技术不同, 高清视频技术传输的是数字信号, 分辨率比传统的模拟视频技术更高, 细节更丰富。 自动化程度的提高, 设备载体的自动化与仿真模拟的自动化更进一步结合。

4) 非接触式高精度测量方法的应用。 对微小尺寸的快速精确测量, 在核电领域, 尤其是核一级设备无损检测中亟需应用。 目前, 国内在此方面的短缺尤为明显, 市场需求也极其强烈。

5) 缺陷自动识别及分析。 缺陷识别和自动分析技术一直未能得到在核电视频领域的大规模应用, 主要原因是识别的精确度满足不了分析软件的要求, 而图像的分辨率则是影响识别精确度的主要因素, 视频技术的飞速发展, 分辨率已提升至1080P, 识别精确度的提高, 图像分析运算算法的进一步创新, 相信不久的将来, 自动识别及分析技术能广泛应用, 甚至能达到检测人员的分析水平。

6) 高速视频检测技术。 对高速转运的燃料组件的视频检测还处于初期阶段, 远未达到在高速运动中精确测量的程度, 且燃料组件环境中单相及双相热水流产生的热扰流及辐射噪点问题亦是一个难点, 高速视频检测技术也是需待加强的一面。

7) 360 度全景视频技术。 环视成像技术, 360 度实时视频检测, 对检验对象实施更全面, 更直观的检测, 适合于狭窄, 人员难以到达的地方, 更未应用至核电领域, 尚属空白。

8) 光场视频技术、立体视频技术等先进的视频技术都还处于实验室阶段, 还未应用至工程阶段, 但其应用前景非常广阔。

上述方面大部分还属于实际应用初级阶段, 从核电站在役检查来看, 需着重发展高清和耐辐照视频技术, 集中了高清和耐辐照两种特点的视频技术适合燃料组件、 控制棒及二次中子源棒等燃料相关、反应堆压力容器底部及外侧、反应堆吊篮及堆芯等高辐照剂量、检验人员不可达区域或对象, 且是核电站最重要的部件。 从应用环境和检测要求, 对高清耐辐照视频技术提出更严格的要求, 如图7 所示。 耐辐照能力中的累积剂量至少达到105Grays以上, 高清分辨率满足720P的标准, 达到25 米水下密封, 辅助照明1 米内达到1000Lux, 具备Pan& Tilt功能, 长时间工作保证功能正常的稳定性。

Ahlberg公司 (如图8 所示) 和MIRION公司 (如图9 所示) 的耐辐照高清视频技术已发展多年, 理论, 设备, 检验方法。 应用于燃料转运、储存等过程监控, 堆芯相关组件, 如吊篮、筒体、围板、构件等。

目前国内仅有中科院光电研究所研制出一套应用于观察水下堆芯卸/装料期间的燃料组件外观, 图10 所示, 因其功能单一, 还未大规模应用其他视频检测项目。

国内尚未完全掌握高清耐辐照视频技术的核心, 可喜的是已对该技术储备多年, 针对该技术进行立项研究不在少数, 在未来的三年内, 国内完全掌握核心技术, 打破国外技术垄断, 是可以期待的。

4 总结与讨论

随着世界核电及中国核电的蓬勃发展, 市场日益拓展, 其核电安全的重要性不言而喻, 核电无损检测则是核电安全最重要的保证, 作为最直观和最普遍应用的视频检测技术扮演着重要的角色, 视频技术及其新的功能的应用带来的检测能力升级更能保障核电安全, 为核电安全进一步增加安全系数。 在核电行业追求安全稳定的大前提下, 推动视频检测技术发展正是未来广阔的市场前景和检测行业更高的要求。

在中国核电全球全面出击的背景下, 国外核电技术也进一步走进中国核电市场, 随之引入新的视频检测技术, 对中国视频检测技术领域产生冲击, 带来竞争, 让中国的视频检测技术呈现多方角逐的混战局面, 然而对视频检测技术领域来说, 这是前所未有的革新时期, 在以后的几十年中, 视频检测技术将是飞速发展的时期, 技术将日新月异, 针对视频技术的相关标准也相应的提高技术指标, 为核电站的安全运行, 起到保驾护航的作用。

摘要：随着国内运行核电机组逐渐增多以及核电“走出去”战略的实施, 核安全被越来越多的人重视。视频技术与目视检测结合产生的视频检测技术具有直观和可靠的优点, 已广泛应用于核电站核级设备和部件的在役检查, 用于发现其表面的状况、结构完整性或泄漏痕迹等, 对保证设备的安全运行发挥着非常重要的作用。随着科技的不断进步, 视频检测理论、设备的性能和检验方法也实现了跨越式提升, 视频检测技术必将得到更广泛的应用, 有着广阔的市场前景。

关键词：核电,视频检测技术,在役检查

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