福岛核泄漏事件警示：严重事故下电站安全壳的完整性务必提升

2017/6/22 9:53:04

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。”。