应急柴油发电机组安装图集(当年福岛核电站到底发生了什么？这就是所谓的工匠精神？)

Posted 2023-05-25

篇首语：夫君子之行，静以修身，俭以养德，非淡泊无以明志，非宁静无以致远。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了应急柴油发电机组安装图集(当年福岛核电站到底发生了什么？这就是所谓的工匠精神？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

应急柴油发电机组安装图集(当年福岛核电站到底发生了什么？这就是所谓的工匠精神？)

今天的内容从几个问题开始

日本属于哪个板块？答，属于亚欧板块，处于亚欧板块与太平洋板块交界处,在亚欧板块和太平洋板块之间。

日本在哪个地震带上？答，日本位于太平洋板块和亚欧板块的消亡边界，太平洋板块边界，处于环太平洋火山地震带。环太平洋地震带是一个围绕太平洋经常发生地震和火山爆发的地区，有一连串海沟、列岛和火山、板块移动剧烈。

日本每年大概地震多少次？答，据日本媒体统计，日本一年发生地震最多的次数可达5744次，由于日本处于两个版块交界处，日本居民平均每天都可以感受到15次不同程度的地震，不过，部分震感都极为微弱，程度在6.5级以上的地震一般每隔一年发生一次，每隔10年会发生一次7.5级以上的超大地震，每隔20年到30年会发生破坏性最强的8级地震。

日本一共有多少座核电站？答，截至2021年，日本有65个核电站（该数据2018年统计）。但是在2011年后有27座被彻底关闭，33个现存的核电机组中，仅有10个重新启动。

有了这些背景数据，今天我们就来聊聊2011年发生的福岛核电灾难以及影响。

福岛核电厂

福岛核电站，由福岛一站、福岛二站组成，共10台机组（一站6台，二站4台），均为沸水堆。位于北纬37度25分14秒，东经141度2分，地处日本福岛工业区。

福岛一站1号机组于1971年3月投入商业运行，二站1号机组于1982年4月投入商业运行。福岛核电站的核反应堆都是单循环沸水堆，只有一条冷却回路，蒸汽直接从堆芯中产生，推动汽轮机。福岛核电站一号机组已经服役40年，已经出现许多老化的迹象，包括原子炉压力容器的中性子脆化，压力抑制室出现腐蚀，热交换区气体废弃物处理系统出现腐蚀。这一机组原本计划延寿20年，正式退役需要到2031年。2011年东京电力计划为第一核电站增建两座反应堆。

沸水堆

沸水堆（Boiling Water Reactor）字面上来看就是采用沸腾的水来冷却核燃料的一种反应堆，其工作原理为：冷却水从反应堆底部流进堆芯，对燃料棒进行冷却，带走裂变产生的热能，冷却水温度升高并逐渐气化，最终形成蒸汽和水的混合物，经过汽水分离器和蒸汽干燥器，利用分离出的蒸汽推动汽轮进行发电。

沸水堆与压水堆不同之处在于冷却剂水通过堆芯变成约285℃左右的蒸汽，被直接被引入汽轮机。所以，沸水堆只有一个回路，省去了蒸汽发生器。

从维修来看，压水堆因为一回路和蒸汽系统分开，汽轮机未受放射性的沾污，所以，容易维修。而沸水堆是堆内产生的蒸汽直接进入汽轮机，这样，汽轮机会受到放射性的沾污，所以在这方面的设计与维修都比压水堆要麻烦一些。

从世界范围内看，沸水堆占比21%左右。但是沸水堆冷却属于被动冷却系统，也就是说，一旦停堆后，就得依赖外置发电设备保证冷却水的循环降温，而这恰恰就是福岛的七寸所在。

核灾难的经过-核电厂没电了！

2011年3月11日14:46:21（北京时间13:46）发生在日本东北部太平洋海域（日本称此处为“三陆冲”）的强烈地震。此次地震的矩震级Mw达到9.0级（美国地质调查局数据为Mw9.1），为历史第五大地震。震中位于日本宫城县以东太平洋海域，距仙台约130km，震源深度20公里。此次地震引发的巨大海啸对日本东北部岩手县、宫城县、福岛县等地造成毁灭性破坏。

海啸来袭和退去后福岛第一核电站的情况

地震发生之前，福岛第一核电厂6台机组的中1、2、3号处于功率运行状态，4、5、6号机组在停堆检修。地震导致福岛第一核电厂所有的厂外供电丧失，三个正在运行的反应堆自动停堆，应急柴油发电机按设计自动启动并处于运转状态。地震引起的第一波海啸浪潮在地震发生后46分钟抵达福岛第一核电厂。

海啸冲破了福岛第一核电厂的防御设施，这些防御设施的原始设计能够抵御浪高5.7米的海啸，而当天袭击电厂的最大浪潮达到约14米。海啸浪潮深入到电厂内部，造成除一台应急柴油发电机之外的其它应急柴油发电机电源丧失，核电厂的直流供电系统也由于受水淹而遭受严重损坏，仅存的一些蓄电池最终也由于充电接口损坏而导致电力耗尽。第一核电厂所有交、直流电丧失。整个发电厂居然停电了。

其实福岛核电站在选址设计阶段就埋下了很大隐患，东电公司原来选择的设计方案，整个福岛核电厂距离海边有200米的缓冲区，并且防波堤的高度可以抵御9级地震引发的海啸。原设计工程师，系川文雄是给够了足够的安全盈余，但是由于当地居民的反对与对成本的考量，最终的设计完全减配，大家看上图就能看到，核电厂紧挨着海边不说，防波堤也缩水了。仅仅够勉强应对7级地震引发的海啸高度。

所以当地震发生后的46分钟，海水直接把整个厂区最核心的区域淹没了。而附属设施及生活区却没事儿。最狗血的是这种单循环沸水堆的循环水应急发电设备也在淹没区之内。

自动停堆后的混乱

由于日本是地震多发国家，并且核反应堆都标配自动停堆装置及应急程序，在311地震发生的第一时间，正在运行的123号反应堆就启动了自动停堆程序，而停堆仅仅是控制棒插入吸收中子减缓了反应强度，随后应该是一套叫IC的应急冷却系统启动来为反应堆降温。然而当时的情况却十分混乱不堪。

就在地震发生大约一周前，福岛核电站内部刚进行了避难演习。地震发生时，办公主楼的工作人员前往避难场地停车场躲避。点名确认人员后，被选中的抗灾人员则转移到八个月前刚投入使用的抗震关键楼，此时办公主楼的功能已丧失。这栋抗震关键楼汲取了新潟县中越海域地震的教训，建于高台之上，抗震强度设计为7级。倘若没有事先准备这栋楼，福岛第一核电站里将连个指挥的地方都没有，或许这座核电站会成为以人类智慧无计可施的失控装置，给地球带来毁灭性的灾难。

停电的主控室

当时，幸好赶上正在对福岛第一核电站4号机组进行例行检查，在场人员比平时多，有超过5000名的分包商员工和作业员。加上东电职员，共有6400人。在有足够人手来应对突发事件的情况下，由于缺乏组织指挥，他们当中有许多人在地震刚平息后却选择了离开核电站，跑到福岛县的住处、有的甚至直接跑回了老家！由于这些人的离开，导致最后留下的大部分是东电职员，只剩约850人。

1、2号机组处，操作员一边等待晃动平息，一边开始核反应堆紧急停堆（Scram）后的确认工作。

福岛第一核电站使用的是沸水反应堆（Boiling Water Reactor，BWR）。这类反应堆通过铀燃料核裂变产生热能，使水升温变为蒸汽，从而驱动涡轮机来发电。反应堆即便在紧急停堆后，其核裂变产物等仍会继续衰变并持续释放热量。因此，如若不将其冷却，反应堆干烧将致使核燃料熔化。

福岛第一核电站1~5号机组使用的是美国通用电气公司（GE）制造的“MarkⅠ型”反应堆。其中，只有1971年最早开始运转的1号机组的应急堆芯冷却系统不同于其他机组。而在下午2点52分，只有1号机组才有的应急冷却装置“隔离冷凝器”（IC）开始自动启动。

然而，IC在工作仅11分钟后的下午3点03分，被1号机组操作员手动关停。据东京电力后来解释，当时1号机组反应堆压力下降速度过快，无法维持在《保安规定》所制定的冷却温度下降速率“55℃/h以下”。换句话说，操作员做出冷却过快的判断，因而手动关停了IC。

当时负责1号机组运作的值班人员中，没有任何一位有过实际运转IC的经验。仅有极少数员工听前辈说过“IC一旦运转，蒸汽就会猛烈喷发，致使机器发出轰鸣声”。应急冷却水注入装置好不容易运作起来，却在仅十几分钟之后被人为关停。

而仍有高温高压的1、2、3号反应堆就这样被放在失控的边缘，由于沸水堆的设计问题，冷却水是被核辐射污染的，所以当时所有人的精力都集中在检查冷水系统及管线是否有泄漏的问题，因为哪怕只有0.3个立方厘米的破口，都会导致每小时有7.2吨充满核辐射的冷却废水泄到厂区之中。

海啸来袭

由于4号机组涡轮机房的冷却水箱发出了水位下降的警报，负责现场的值班长指示第一运转管理部的小久保和彦（当时24岁）和寺岛祥希（当时21岁）检查是否存在漏水现象。于是，两人拿着手电筒，前往有冷却水箱管线的4号机组涡轮机房地下。

下午3点左右，寺岛给青森县陆奥市老家打电话，对电话那头的母亲惦念道：“家里那边没事吧？”随后，两人应该便进入4号机组地下了。

地震约40分钟后的下午3点27分，4米高的第一波海啸袭击了福岛第一核电站。作业员开始慌慌张张地跑上高台。8分钟之后，即下午3点35分，高达15米的第二波海啸袭来。海啸来袭的情景并不是朝陆地轻轻拍打波浪那般程度，而是“以超快速度在水平方向移动的水流”。混凝土筑成的10米高防波堤由于海啸的猛烈冲击而瞬间被吞噬得不见踪影。

当海啸猛烈冲击约30米高的悬崖时，溅起的水花将高达50米左右，远远超过悬崖高度。尽管第一核电站的假想海啸高度只不过5.7米，但它却遭遇了约为其假想值3倍高度的海啸袭击。

正在对4号机组进行例行检查的工作人员违规将平时为防止放射性物质泄露而只开一侧的双门全部打开，然后逃了出去。“第二波海啸也来了！第三波也……！”“快逃到高台去！”“要被吞没了！”大家的脚步开始变得急促，不久便跑了起来。这位工作人员用手中的相机拍下了海啸来袭时的情形。白浪从近海涌出，轻松地越过堤坝，浑水侵入核电站厂区内。工作人员接受电视台采访时说：“当时的情景真的就像是在看电影似的，我都惊呆了，说不出话来。”

当时，在管控核电站各号机组的中央控制室里（福岛第一核电站有三个中央控制室，依次控制着1、2号机组，3、4号机组，5、6号机组），除6号机组外，电源指示灯都开始闪烁，而后又一齐熄灭。随即，连警报声都听不到了，应急电源也停止了工作，室内面板上的灯也逐渐熄灭，只剩下昏暗的应急灯。直到此时为止，中央控制室的负责人都一直以为核反应堆会稳定地紧急停止运行，这样就“可以逃过一劫”。然而，对该负责人来说，这是一个连究竟发生了什么都还不清楚的突发事件。

直到操作员一边大喊“海水流进来了！”一边冲进来时，他才对事态有所了解，开始意识到巨大海啸的来袭意味着什么。

下到4号机组涡轮机房地下的两人被浊流吞没，再也没有回来。

在巨大海啸来袭之后的下午3点半至4点，福岛第一核电站所在大熊町的町议会议员木幡仁恰巧碰见了核电站及其分包商员工络绎不绝地逃出来的场面。好像是由于道路四处塌陷，木幡无法乘坐专车上下班。双方彼此擦肩而过时，逃出来的人们对木幡说：“危险！快逃！”“核电站已经不行了！”“只能逃难了！”逃离核电站的队伍绵延不绝。

住在有着300年历史的老房子里，而且拥有30公顷山林的地主木幡一家，从这一天开始被迫过上颠沛流离的避难生活。然而，住在核电站附近公司宿舍的东电职工家属似乎立刻收到了避难的通知。木幡后来才得知，东电职员在向当地居民发出通知之前已让自己家人撤离到遥远的东京、新潟等地。这个消息让他大吃一惊。

作为最后救命稻草的应急柴油发电机，除6号机组的一台以外，要么整机被淹，要么相关设备浸水，纷纷失去了作用。而福岛第一核电站也因此失去了冷却核反应堆的办法。

3月25日在1号机组发现放射性氯，有可能在关闭反应堆后出现了连锁反应，加利福尼亚州蒙特雷防止核武器扩散物理学家Ferenc Dalnoki-Veress 在3月28日写了一篇报告，其中说到放射性氯有37分钟的半衰期。有时会构成“夜空中的蓝色闪光“。　　

东电态度

事故发生时，东京电力负责人轻描淡写地向政府报告情况“一切都好“，当反应堆内部温度，因为停电造成冷却功能失灵升高时，高层拒绝员工用水降温的提议，因为用水会将所有机组报废，影响后续的财路。。而且没人知道如何接通内部电源。

瞒报漏报已成惯例，事故发生时，所有人贪生怕死，利欲熏心，不敢果断处置，浪费了最佳时机。

事故发生后，没人愿意到高辐射泄漏的机组去打开通风设施，最后选了一批退休的老者，欠债者、失业者、残疾人组成的乌合之众去给反应堆降温，还被称为“福岛50死士”。

锆水反应

核燃料棒的包壳中有一种叫锆的金属元素。用核动力发电，每一百万千瓦的发电能力，一年就要消耗掉20到25吨金属锆。它具有低的热中子吸收截面，作为核燃料包壳和结构材料，它处在核反应堆核能裂变反应、核能转换成热能的释发部位，又是防止反应堆放射性裂变产物向外逸出的首道屏障。这是反应方程式，Zr+2H2O=(高温）=ZrO2+2H2↑

下图就是核燃料块，一截重5克的芯块它的能量相当于640公斤木头、400公斤煤、360立方米天然气和350公斤石油。

在特殊的防护设备中制备生产。

然后一粒一粒装到锆合金的管子里。然后再成束封装在定位支架上。

救援导致氢气爆炸

但问题是，锆在高温下，会与水蒸汽产生剧烈的化学反应，锆将水分解为氢和氧，于是产生了大量的氢气，同时伴随着放热。这种反应通常会发生在压水堆丧失冷却事故的后期阶段，核燃料元件棒束未被冷却液浸没而处于裸露状态，就产生了锆水反应。但反应堆都会设计和安装排氢系统，以避免爆炸的产生。

福岛核电厂反应堆的排氢系统已经没有能源供应或已经在地震中损毁，所以没有正常工作。

福岛第一核电站一号反应堆在12日下午突然发生了爆炸，反应堆外墙和屋顶损毁。

在地震后，日本有关方面12日努力恢复电源并派出了自卫队的核生化武器应对部队，向反应堆内输送了大量的冷却水。特别是当地时间15时20分，为加快冷却效果，日本政府下令自卫队再加大投入，从附近各地水源地取水输送到核电站现场。但据凤凰特约通讯员叶千荣的报告，正是往反应堆内加注冷却水的时候，在当地时间16时53分左右，突然发生了爆炸。

很可能就正是输送大量冷却水的行为，导致了锆水反应的产生。日本在抢救时没有料到核燃料元件棒束已经处于裸露状态，输送大量冷却水产生了氢气，引发了爆炸。剧烈的混合可燃气体爆炸，炸开了核电站反应堆厂房。

2011年3月12日15:36，1号机组燃料厂房发生氢气爆炸；

2011年3月14日11:01，3号机组燃料厂房发生氢气爆炸；

2011年3月15日6:00，4号机组燃料厂房发生氢气爆炸。

爆炸对电厂造成进一步破坏，使操作员面临的情况更加严峻和危险，现场的抢险救灾工作愈加困难。现场操纵员采取的干预措施主要包括利用汽车电瓶、小型发电机和消防泵等，尝试部分恢复电源和供水，以读取电厂关键安全参数、实施反应堆冷却剂系统卸压、实施压力容器卸压、冷却反应堆堆芯和乏燃料水池。

由于现场工作环境非常恶劣，许多抢险救灾工作往往以失败告终。现场淡水资源用尽后，东京电力公司分别于3月12日20:20、3月13日13:12、3月14日16:34陆续向1、3、2号机组堆芯注入海水，以阻止事态的进一步恶化。3月25日，福岛第一核电厂建立了淡水供应渠道，开始向所有反应堆和乏燃料池注入淡水。

到此为止，原本可以挽救的局面，就在反应堆外钢结构厂房外壳的逐个爆炸中瓦解了，堆外的冷却循环管线完全损毁不可用，不幸中的万幸是反应堆内安全壳还完好，不然切尔诺贝利事件又要在日本重演，所以后面的处理就粗暴得多，直接从厂房破口处撒入海水降温。

事件影响

在核事故发生以后由于福岛核电厂1、2、3号机组压力容器失效，放射性气体向大气环境释放。直至2011年4月12日，日本原子能安全委员会（Nuclear Safety Commission，NSC）估计从2011年3月11日至4月5日期间福岛第一核电厂总的大气释放量：碘-131为1.5×10Bq，铯-137为1.5×10Bq。

2012年5月24日，福岛核电站所有者东京电力集团公布福岛核事故所释出的辐射量。从2011年3月12日至31日估计总共有5×10Bq碘-131、1×10Bq铯-134与1×10Bq铯-137释入大气层；从2011年4月到2011年年底所释出的辐射剂量是3月份的1%。

从2011年3月26日至9月30日，共有18×10Bq的辐射剂量释入大海。共有1.1×10Bq碘-131、3.5×10Bq铯-134、3.6×10Bq 铯-137释入大海。根据事故发生后向环境释放放射剂量。2011年8月24日本原子力安全保安院（NISA）将福岛核事故最终确定为核事故最高等级7级（特大事故）与1986年切尔诺贝利核电站事故同等级。

在事故发生当日，日本官方要求核电厂周围半径3km范围内的居民进行撤离。2011年3月20日当地核事故应急市局指挥中心总干事要求撤离距离福岛第一核电厂20km半径范围内的居民。从目前对居民的检测结果来看，日本政府采取的应急行动是及时和有效的，迄今为止福岛核事故没有对工作人员和周围居民造成不可接受的放射性照射，亦没有一例因为核事故导致的放射性照射死亡案例。

后续处理

事故发生时，愚蠢的应对措施，更是造成严重的后果，这才有了这10年用来降温的慢疗办法，后面东电给受损的反应堆设计了新的冷却系统，用过滤过的海水直接冷却剩余的核燃料，每天大概需要用150吨水，这波骚操作真是前无古人后有东电。

据测算福岛核燃料棒完全冷却需要40年时间。

那如果把这些水都用储水罐储存起来，需要多大的容量呢？40年 X 365天 X 150 = 219万吨水。大概就是4000多个罐子就OK！

实际上，日本早期是计划修建6000个大型储水罐的，后来因为核事故处理费用不断升高直到翻倍，加上2020年疫情，整个财政遭到拖累。连奥运会开幕式也只能简单恐怖的搞一下。

现在核废水每天新增150吨，东电公司建设了1061座储水罐，就是我们在新闻中看到的那些大罐子。能存137万吨水（还有12万吨余量），但是到2022年下半年以后，新产生的污水将没有地方或者没有钱建造储水罐存储了。截至目前已经产生了125万吨核废水。

但是2021年7月，东京电力在对福岛第一核电站存放核废弃物区域进行调查时，发现其中2个容器的容器盖松动出现缝隙，其内部积水的放射性物质浓度非常高，周边区域也遭到污染。这也是自3月份以来，福岛核电站内的核废弃物容器第三次发生泄漏。

这将导致受到核污染的废水会直接通过地下流入大海。

反正都要入海不如一不做二不休。于是日本政府提出了5种方法，排除技术和时间因素，目前可行的两种方法：

排入大海：91个月，34亿日元（2亿人民币）

蒸汽释放：120个月，2431亿日元（146亿人民币）

最终日本政府选排入大海。并且日本首相面对媒体作秀，喝处理过的核废水（结果呢，在最后镜头掐了！还是没敢喝）但是对外无外乎是想证明这个水经过处理，想少花钱把这个事情给办了！

劣迹累累

福岛第一和第二核电站此前也多次发生事故。

1978年，福岛第一核电站曾经发生临界事故，2007年才公之于众。

2005年8月，里氏7.2级地震导致福岛县两座核电站中存储核废料的池子中部分池水外溢。

2006年，福岛第一核电站6号机组曾发生放射性物质泄漏事故。

2007年，东京电力公司承认，从1977年起在对下属3家核电站总计199次定期检查中，这家公司曾篡改数据，隐瞒安全隐患。其中，福岛第一核电站1号机组，反应堆主蒸汽管流量计测得的数据曾在1979年至1998年间先后28次被篡改。原东京电力公司董事长因此辞职。

2008年6月，福岛核电站核反应堆5加仑少量放射性冷却水泄漏。