摘  要

      文章提出了对压水堆核电站核用水下灯的基本要求：必须既要保证固有安全、又能提供足够的照度；阐明了以上两大基本要求提出的理由以及违背后的对核电系统及设备安全造成的严重后果；介绍了核行业强制性标准《核用水下照明装置》（EJ1088-1998）制定的背景及贯彻标准后的良好效果；阐述了核用水下灯与普通水下灯不同处的原因；提出了在核电大发展的今天更需牢固树立核电设备安全质量第一的理念。

      关键词：水下灯 外来异物 核设施安全 行业标准#page#

1. 前言

      核用水下灯，是压水堆核电站反应堆装卸料和检修等水下作业以及乏燃料后处理厂乏燃料储存水池进行水下操作观察等必备的照明装置。

      因使用场所的重要性及环境特殊性，该装置必须满足两大基本要求：

      安全可靠性高：不得因水下照明装置本身的不可靠、不安全因素影响到核设施的安全；

      必须照得亮：必须能提供水下操作所要求的足够的照度，以避免因照度不足所致的不当操作。

2. 对核用水下灯安全性和光照效果的要求

2.1 核用水下灯的安全性要求

      在压水堆核电站堆腔水池、卸料转运水池（前述两池间有水闸门隔离）、水道以及乏燃料贮存水池中，对核用水下灯的安全性要求主要有如下几点：

      不得有任何物料或零件从核用水下灯及其相关附属部件脱落而掉入水池或操作环境中；

      在任何情况下不得发生爆炸、燃烧、熔融事故（包括电缆、电气元件等易燃物）；

      核用水下灯及与之相关的部件，如提升机构、电缆、电子元器件等，均应具有一定的耐辐照、耐压、耐温、耐冲击能力；

      核用水下灯及与之相关的所有部件均不得对其使用环境有负面影响，如污染水体、散发有雾气体、产生明火等负面效应；

      核安全法规明确规定，压水堆核电站的冷却水中绝对不允许有外来异物或杂质混入，如有像光源玻璃破损碎片或灯具的紧固件等异物掉入一回路冷却剂系统中，其后果将十分严重。尤其是堆芯中有燃料组件时，若其上方的光枪或装卸料机专用水下灯发生炸裂，则其危害对核电机组而言将是致命性的。

 即便是小米粒般大小的玻璃碎片如落入燃料组件的棒束间，都将会产生“搭桥”效应，阻塞流道，影响元件冷却，或随高速流动的冷却剂冲刷燃料元件包壳管，造成包壳熔破，继而导致大量裂变产物污染一回路水。

      同时，如此微小的玻璃碎片还会影响到控制棒在导向管中的提升和下落操作（控制棒与导向管间有少量动水冷却控制棒），灯具上的其余金属零部件碎片也可能进入主系统中的主泵等重要设备中的某些微小间隙等导致运动设备磨损或破坏。这种涉及反应堆运行控制的重大安全问题在核电站运行中是绝不允许的！

      微小玻璃碎片还会通过高温（≈300℃）、高速流动的一回路水（压力≈15MPa）进入蒸汽发生器，继而高速冲刷壁厚大约仅为1mm的有数千根之多的列管内壁，一旦管壁蚀穿，必将污染二回路系统，造成放射性污染扩散，甚至酿成严重的核安全事故。

      如装卸料机专用水下灯或光枪爆裂，玻璃屑则有可能进入装卸料机的钩形爪内，将对抓取燃料组件产生极大的麻烦。

      如灯具的紧固件等尺寸较大的不锈钢部件一旦落入高温、高速循环流动的水中，则会严重冲蚀堆内构件，甚至可能会导致堆内构件的松动或破损。

      此外，如微小玻质碎粒掉入一回路中，随着一回路循环水的流动，亦有可能被带入压力容器法兰有开孔的内O形密封环内，成为安全隐患。

      上述现象都是核电站安全运行绝不允许发生的。因此，核用水下灯虽非核安全级设备，但却是与核安全有着紧密联系的重要设备。#page#

2.2核用水下灯光照效果要求

      在压水堆核电站中，核用水下灯主要用于停堆换料时堆芯燃料组件的卸料和装料过程。该作业过程是在水下近10米远距离处进行，如果没有足够的照明，将影响卸料和装料的操作速度，甚至会发生燃料损伤事故，不仅对电厂大修工期造成严重影响，还可能导致核安全事故。因此充足的水下照明是压水堆核电站大修关键路径——卸料和装料顺利完成的重要保证。

      此外，对核用水下灯光源的色温也有要求，即光源发出的光照到物体上时，不得使被照物的真实色彩发生“失真”，即要求光源具有高显色性能。

      核用水下灯在堆芯换料水池、燃料贮存水池以及装换料操作过程使用时，如果光照效果（照度和显色性）不好，将直接影响到操作的准确性和安全性。如国内某核电站因核用水下灯照度不足影响操作，导致不止一次将控制棒压坏。幸好当时库存有一备件，否则国外紧急采购、专机运送、停堆等相关损失将高达亿元计。

      图1、图2示出了某核电站因安全问题遭淘汰的核用水下灯及现用核用水下灯的光照效果对比。

3. 核用水下灯安全事故案例

3.1. 两次事故的情况

      我国核电站所使用的核用水下灯既有国产的也有进口的。无论从法国进口的还是初期的国产核用水下灯，在1996年1月11日和15日都曾相继发生过严重的爆炸或燃烧、熔融事故，见图3至图8。

      灯具透光罩部分的保护网罩被炸开；

      固定螺钉被炸飞（见图4）；

      透光罩玻璃被炸飞，部分落入堆芯，搜集到的较大尺寸易捡拾的玻璃碎片被放入塑料桶（见图5）

3.2.严重后果

      这两次核用水下灯安全事故均导致核电机组无法正常运行，延长了停堆时间。发生此类事故，往往会造成上亿乃至数亿元人民币的经济损失，且社会影响恶劣。

3.3.处理事故异常艰难

      根据核安全局的要求以及核电机组安全运行的需要，必须把掉落水体中的部件碎片不折不扣全部清理出来。而做到这一点十分困难，代价昂贵。不仅需投入大量成本采购专用工具，且处理异物需花费宝贵的大修关键路径时间，同时还要考虑多种因素：

 打捞时需考虑堆内构件是否要全部吊出，且起吊操作将异常困难；

 需考虑如何进入强放射性区域从负十几米、乃至近负二十米的水池中打捞出这些碎片，同时需要使用专门设计和加工的设备来进行处置；

 如何保证小米粒般大小碎片均能被全部打捞出来是一件非常困难的工作。
打捞、清理、验证、见证、论证、评价等一系列程序结束后，国家核安全局才可作出决定颁发可开堆运行的许可证。

#page#3.4.事故的教训

      这两次事故的教训集中到一点，就是必须采用经过长期考验的符合标准的成熟可靠的产品。对于未经长时间考验性试用过的不成熟产品，必须持谨慎态度。核电设备国产化所要求的，应该是安全的、通过各种试验验证的、符合相关标准要求的高质量的产品，这也是当前核电快速发展所必需的。

4.核用水下灯强制性标准推出的背景

      1996年1月11日和1月15日，国内的两座核电站（自主研发和进口各一座）的核用水下灯相继发生了爆炸和燃烧，惊动了核工业界。与此同时，在同样条件下常熟市辐射技术开发应用研究所（下文简称“常熟所”）生产的核用水下灯，在秦山核电站使用过程中安然无恙，鲜明的对比引起了轰动。1996年1月下旬在北京核工业技术情报所举办的中核总八五科技成果展上，刘华清等四位中央军委原副主席在中核总原总经理蒋心雄、原副总经理李定凡、科技局原局长严叔衡等的陪同下，参观并询问了常熟所产的核用水下灯（见图9）。

      在此背景下，核领域的专家提出了应尽快制定出我国核用水下灯标准的强烈要求，并指出该标准必须是强制性的。同时，国产化的、安全高效的、经过充分使用验证的核用水下灯受到了核领域专家的关注。

      1998年，笔者受托执笔起草了标准《核用水下照明装置》（EJ1088-1998），并于当年11月在核工业标准化研究所通过了这一强制性标准。该标准于1999年1月1日正式实施，同年5月7日至9日在常熟市召开了贯彻该标准的宣贯会。

5.《核用水下照明装置》（EJ1088-1998）发布后的情况说明

      《核用水下照明装置》（EJ1088-1998）作为行业标准发布以后，受到各方面的重视，但也有部分单位不以为然。实践证明，对该标准的认识不同，也导致了不同的结果。

      凡认真贯彻核用水下灯标准的生产、设计和使用单位，从1999年以来再未发生过核用水下灯在核电站水池中爆炸、燃烧、灯具损毁部件落入水池的事故。反之，则仍然出现了核用水下灯爆炸损坏事故，具体案例如下：

      我国某援外核电站在调试过程中，已安装在燃料厂房和堆厂房水池中的核用水下灯大批发生爆裂，无法使用，导致已安装好的核用水下灯全部退用。应急更换国内合格供应商的核用水下灯后，从2001年开始选用至今，符合《核用水下照明装置》（EJ1088-1998）标准生产的核用水下灯已在该援建核电站中使用了近十年，再未发生产品安全事故。援建的第二台机组亦采用了该供应商的产品。
因采购中沿用以往程序，一时未考虑到需用我国强制性标准《核用水下照明装置》（EJ1088-1998）考核的某型号核用水下灯，近年发生事故，幸而碎裂物掉入堆腔导向柱旁的平台处，工作人员不得不冒着强辐照小心翼翼地将掉落的部件拣拾出来。

6.国产达标核用水下灯的技术含量

      上世纪九十年代初，在我国上海集中了一批灯具专家和核电专家，集中力量做了大量艰苦的工作，甚至租用了一座游泳池，专门为我国首座自主研发的核电站（浙江海盐秦山核电站）研发核用水下灯。但因是首次研发，一时未能达到理想效果。在这种情况下，国外核用水下灯的进口价格竟成天价。

      2001年4月25日，全国研制灯具实力最强、专家云集的某甲单位，因接受的某项国防用水下灯研制任务遭遇到技术瓶颈，受困达二年，后向某乙单位求助。该乙单位经过技术攻关，最终解决了问题，并安全供货至今。甲单位这种严谨、客观、求真务实、对用户负责的态度值得称道。

      1994年初，刚成立的常熟所参与了核用水下灯的研发。常熟所首次研发的产品经秦山核电站（秦山一期）试用合格后，在中核总主持下，通过了以核科学家王淦昌院士为首组成的专家组的部级鉴定，并于1994年12月20日首次满足了核电站装卸料的应急要求。在此基础上，常熟所不断研发，完善产品功能和质量，产品自1994年供应核行业至今，保持了连续十七年未发生过任何不安全事故的记录，被核领域专家誉为“核电设备国产化成功的典范”。大亚湾核电站维修处、技术支持处领导评价：比法国灯更安全、更亮、更轻巧。美国西屋公司对多家核用水下灯做了一系列细致客观的考察后，自1998年开始，在中国核电站做服务性工作或工程设备承包中均采用常熟所产核用水下灯。

      有时，人们往往错误地认为核用水下灯和普通游泳池灯或水池喷泉照明灯的技术要求差不多。实则两者大相径庭，无论是技术指标，还是使用环境，以及对安全性能的要求两者均截然不同。纵观我国近十年来核用水下灯的使用经验表明：核用水下灯长期工作在核辐射环境下、温度高达50～70℃、含硼量在1200～2500ppm的水体中，高强度辐射会加速核用水下灯部件的老化，技术未成熟的核用水下灯在核电站水池中经3～5年使用后隐患才会逐步暴露，并导致核用水下灯事故的发生。因此，未在核电站中经3～5年考验性使用的核用水下灯，如大批量使用具有较大风险，须慎重对待。

7.结束语：在核电大发展的背景下更须始终坚持安全质量第一的理念

      2010年9月20日岭澳二期工程1号机组成功投入商业运行的庆祝会后，国家能源局举办了“合作、共赢、实现可持续发展”为主题的核电发展高层论坛会。

      会上国家能源局局长张国宝指出：岭澳二期1号机组投产、秦山二期3号机组并网发电（以上两台机组的核用水下灯均由常熟所供货），这标志着我国核电发展春天的到来。

      在我国核电发展的春天到来之际，国家主席胡锦涛9月5日在考察中广核大亚湾核电基地时指出：要把安全放在最主要的位置。

      中核、中广核集团历来把核电站安全放在首位,不仅高度重视核设施的安全,而且十分关注涉及核安全的每一个细节，正如中核集团党组指出的——“安全是核电的生命线”。

      国家核电技术公司董事长王炳华提出，全行业都要处理好规模、速度、安全和效益间的关系。“一旦发生事故，不但当前核电发展的大好形势不复存在，而且也将危及国家改革发展的稳定……”。

      核用水下灯虽非核级设备，但与核安全关系密切，因此在其研发、制造、采购的各个环节均要慎之又慎。相关制造企业须建立一套完整的质量保证体系，严格按照国家相关标准和要求进行产品的设计、采购、加工、试验。

      在研发过程中，如不吃透核用水下灯的技术要求、使用环境的特殊性，或按普通民品的思路开发，往往会事倍功半。当然更不允许仅仅为了应付鉴定，该做的试验不做，做违背科学的事情，那将是十分危险的。

      在生产制造过程中，必须严格按照《核用水下照明装置》（EJ1088-1998）强制性标准执行，以“四个凡事”、“三个零”的准则进行严格质量管理。

      在招投标采购过程中，由于目前我国三大核电工程公司均采取设备总承包的方式，因此建议将《核用水下照明装置》（EJ1088-1998）强制性标准作为核用水下灯招标文件中的“实质性要求”提出，着重考虑产品的安全性能及长期使用业绩。

      笔者愿以环境保护部副部长、国家核安全局局长李干杰同志在论坛会上的讲话作为本文的结束语，与大家共勉共鉴：“目前核电发展的势头良好，但隐患不少，务必保持清醒头脑”。