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上海核工院女工程师:中国自主设计的第三代核电站,如何做到万无一失

TELL+DREAM 是 TELL 公众演讲会与徐汇区虹梅街道党工委合作开展的主题演讲活动。不久前,上海核工程研究设计院人因工程实验室主任宋霏在该活动中讲述了中国自主设计核电站的艰难历程。以下为演讲主要内容。

宋霏在演讲中。 (图片由 TELL 公众演讲会提供)

『核电站有三个特点』

每当有人问我是干什么的,我回答 " 我是设计核电站的 " 时,对方总会流露出 " 哇 " 的惊讶表情。可能核电站给人的印象非常神秘,甚至有那么一点让人害怕。所以,我今天就来为大家揭开核电站的神秘面纱。

核电站有几个主要的特点。

第一个特点是复杂。一般来说,核电站的规模并不大,整个厂区很安静,环境非常好,但它背后的系统模型控制逻辑是非常复杂的。用欧洲同行的话来说,造一个核电站,现场有几万人,参与的公司有几百家,现场说的语言有十几种。这充分说明了它的复杂性。

第二个特点是项目周期长。正因为复杂性,从概念的诞生,到原型设计、现场试验,再到工程化,完成一个新型核电站的建设往往需要 10 年以上的时间。而一个新型核电站的推出,则会推动整个装备产业的发展。

第三个特点是核电站始终把安全作为最核心的工作。比如,我国近年自主研发的 " 国和一号 " 和 " 华龙一号 " 核电站都采用了先进的第三代核电技术,能够满足国际上对核电站的最高安全要求。

『什么是人因工程』

在我们核电人看来,核电站不只是冷冰冰的一堆设备和系统,它其实是一个系统和人组成的综合体,因为核电站毕竟是靠人来运行的。

历史上有 3 次出名的核电事故。第一次是 1979 年美国的三里岛事故,因为设备故障和人员失误,造成了堆芯熔化。第二次是苏联的切尔诺贝利事故,人员违规操作是事故的主要原因,该事故被认为是历史上最严重的核电事故。第三次是日本的福岛核事故,该事故属于超设计基准地震和海啸灾害情况下的组织失效,造成放射性物质泄漏到外部。这三次核事故都与人有着直接的关系。

我们团队的研究方向叫作人因工程—— Human Factors Engineering(HFE)。核电领域的人因工程学科,主要是通过对人的生理、心理、组织特性研究,对核电站的人机接口、规程、环境、人员资质和培训、管理、安全文化进行整体性协调和系统优化,建立一套针对人员失误的纵深防御体系,以提高核电厂的安全性、经济性和舒适性,它是一个复合交叉性很强的新技术领域。

目前,在整个工业领域中,核电领域的人因工程是做得较为出色的。由于人因失误是造成核电站事故的主要原因之一,所以,我们只有积极改进和创新技术,才能使核电站做到万无一失。

『在巴基斯坦初战告捷』

我是 2009 年走上工作岗位的。我所在的上海核工程研究设计院是我国第一家民用核电站的设计单位,也是第一家出口核电站的设计单位。可以说,我国的民用核电事业正是从上海起步的。

我刚开始工作的时候,出口巴基斯坦的恰希玛核电站正进入后期工程阶段。我们团队的工作处于一个非常重要的工程节点上,叫作集成系统确认试验。为了这个试验,我们准备了近一年的时间。和巴铁兄弟打交道,他们最喜欢说的一句话是:"Miss Song,No Problem!(宋小姐,没问题)" 所以,当他们表示现场条件已经一切就绪时,我们就坐上飞机来到了伊斯兰堡。但是到现场后,我们才发现存在的问题依然很多。

这个试验的时间非常紧迫。我们需要用一套完整的电厂的仿真设备,去模拟系统和人一起工作的场景。而要把这些设备和这些人召集在一起,窗口期是有限的。试验一旦拖期,不仅会拖延对电站安全性的论证,而且也会影响整个工期。所以,当时真的是 " 压力山大 "。

巴基斯坦整个电厂的工作人员全部是男性,只有我们的团队都是女性。那里的工作节奏较慢,他们的工程师每天都有喝下午茶的习惯。而为了使试验顺利完成,我们团队早上 7 点多就到电厂开始准备试验。试验完成后,他们下班了,我们接着处理数据到深夜。就这样,从相互陌生到顺畅合作,试验最终顺利完成了。

临走的时候,我收到了很多巴基斯坦工程师送的礼物,他们还送了我们一个称号—— "tough lady(女强人)"。

在巴基斯坦期间,因为我们一直住在中国专家村,没有时间外出,所以我完全不知道真实的巴基斯坦是什么样子。让我没有想到的是,听当地人介绍,作为世界排名第六的人口大国,在巴基斯坦的首都伊斯兰堡,拉闸限电是家常便饭,即使是在使馆别墅区,每天也要停电 4 个小时,而一些农村地区更是每天仅能维持 2 至 4 小时的电力。所以我想,中巴友谊不是一句抽象的口号,我们国家援建的核电站,为他们带来了安全、经济、大规模的能源供应,从而改善了他们的生活,促进了当地的经济发展。我第一次感受到自己的工作原来是这么有意义。

『把一个个不可能变成可能』

离开了巴基斯坦,我又马不停蹄去了美国。

大家知道,民用核电技术的鼻祖是美国。1951 年,美国最先建成了世界上第一座实验性的核电站。20 世纪 90 年代,为了消除美国三里岛和苏联切尔诺贝利核电站事故的负面影响,美国出台了《先进轻水堆用户要求文件》(URD 文件),进一步明确了提高安全可靠性的要求。后来,国际上通常把满足 URD 文件的核电机组称为第三代核电机组。因为这个标准的要求非常高,而且是一个庞大的系统工程,所以,上海核工程研究设计院为此正式成立了跨专业的人因工程创新团队,以支持第三代核电设计。

在美国,核电项目经过了一段近 20 年的沉静期。也就是说,它颁布了一系列高水平标准,却没有工程实践。在欧美,第三代核电机组主要分为能动改进型和非能动革新型两条技术路线。美国的非能动革新型方案通过理念创新和系统简化有效提高了安全性。但鉴于第三代核电的领先性,试验论证、设备制造等众多挑战让实践之路并非一帆风顺。

后来,美国向我国转让了非能动革新型技术,但是该技术要真正落地,需要我们对这项技术进行消化吸收,同时创新性地自主研发新的第三代核电机组。这两项工作是并行开展的。正是在这种只争朝夕的氛围中,我来到了美国。

我和美国工程师一起参与设计工作。但是,我们之间的沟通并不容易。中国工程师的工作区域是单独分开的,同时还受到很多其他的限制。

根据协议,技术转让有一个技术滞后期,也就是说,对方的最新技术出台以后,他们可以滞后一两年才转让给我们。所以,虽然是对先进的技术进行消化吸收,但很多事情也需要自己干。为了跟上国内项目的进度,我们决定自己来对其中的几个系统进行研发。我们整个团队的人非常年轻,一开始信心十足,但不到几个月就蔫了,因为这真的非常难,当时整个团队的情绪很低迷。

我们团队里有 3 位 70 多岁的老专家,他们都是 20 世纪 70 年代大学一毕业就投入中国核电站的设计和建造中,至今仍在发挥余热。他们对年轻的设计团队说:" 你们想一想,我们花了整整 30 年的时间,才造出了中国自己的核电站。你们大学毕业不久,可以用不到 5 年的时间,就见证世界上最先进的第三代核电站从无到有的过程。你们比我们幸运多了!现在这些小小的挫折,完全不算什么。" 正是在老一代核电人的鼓励下,我们攻克了一个个技术难关,把一个个不可能变成了可能。现在,我们设计的第三代核电站 " 国和一号 " 已经进入施工建造阶段。

在这样一个消化吸收再创新的过程中,我发现中国人有一个最大的特点———拥有超强的工程执行能力。这也是为什么中国能够在世界上率先制造出先进的第三代核电机组的原因。

『第一次代表中国荣获金奖』

目前,在核电建设能力方面,我国已处于世界领先水平,核电技术水平与世界并跑。而我们最欠缺的是什么呢?是原发理念以及整个体系的构建能力。

这些年,为了弥补短板,我们在设计过程中投入了很大的人力、物力,自主开发高科技的计算分析软件,建造自己的试验台架和实验室。我们的技术自信正是在这些年逐步积累起来的,在某些领域,我们的成绩已经得到了国际上的认可。

几年前,我去参加国际原子能机构(IAEA)的一个技术会议,在会上,我汇报了 " 国和一号 " 核电站的设计项目。会后,法国的核电专家特地过来对我说:" 虽然我们是竞争对手,但是我很喜欢你们的设计。"2019 年,我们团队还实现了一个突破——我们的一个技术服务项目卖给了美国,第一次挣了外汇,要知道,以前都是我们付很多钱去买美国人的技术。

2019 年,我们代表中国核电行业首次参加了美国质量协会的国际卓越团队奖的决赛。这个大赛可以说是一个全球风向标。当时,我们设计院设计的国内第一个核电站——秦山核电站正在进行主控制室的整体改造,相当于对核电站进行一次换脑手术。这个项目很有挑战性,我们就以这个项目去参加了比赛。

我们首先通过了预赛,决赛在美国的沃尔夫斯堡举行。最后的颁奖仪式在一个圆形的体育场里进行,整个氛围很像奥运会。当宣布我们团队获得金奖时,大家一下子欢呼起来,感到非常惊喜。

这个沉甸甸的奖杯,可以说创造了 3 个 " 第一 " ——第一次代表中国核电行业参加一个国际性的质量大赛,第一次代表中国荣获了金奖,成为第一支第一次参赛就获得金奖的队伍。

现在,除了第三代核电站建设的稳步推进,我们又在考虑第四代核电站的研发,这又是一个巨大的挑战。

我们核电人都是团队作战,各个专业各个团队相互配合,正是因为有这么一支支充满激情、不懈奋斗的团队,我们才能达到今天的水平。我们热爱我们的事业,我们每年都有新的目标,每年都在向前奔跑,我们将一直这样走下去!

栏目主编:龚丹韵 本文作者:宋霏 文字编辑:徐蓓 题图来源:图虫 图片编辑:朱瓅

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