上海電氣：全球首座四代核電石島灣高溫氣冷堆核電站并網成功

上海2022年2月6日 /美通社/ -- 國家科技重大專項 -- 全球首座具有第四代核電技術主要特征的球床模塊式高溫氣冷堆核電站，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程成功并網發(fā)電。

與常規(guī)壓水堆核電工程相比不同的是，石島灣高溫氣冷堆有兩座反應堆，是兩臺蒸汽發(fā)生器帶動一臺汽輪機發(fā)電。目前1號反應堆正穩(wěn)步向單堆滿功率推進，而2號反應堆也在開展各項試驗，有望于今年年中雙堆滿負荷投入商業(yè)運營。石島灣核電站滿功率運行每年可發(fā)電14億度，為200萬居民提供生活用電，相對于燃煤發(fā)電，可減少超150萬噸的二氧化碳和其它污染物排放。

上海電氣作為重要參建單位之一，提供了核島和常規(guī)島多項核心設備。歷經十余年攻關，自主研發(fā)制造，上海電氣先后攻克了多項世界性、行業(yè)性“卡脖子”的關鍵技術，助力整個工程設備國產化率達到93.4%。

擁有國內最完整核電產業(yè)鏈

由華能集團牽頭，于2012年開工建設的石島灣高溫氣冷堆示范工程因具有第四代核電技術安全特征受到世界矚目。它是我國16個國家重大科技專項之一，與北斗導航、探月工程等具有同等重要的科技意義，未來將在降低燃煤發(fā)電比例、盡早達成“雙碳”目標方面作出重要貢獻。

“如果說從二代核電技術到三代核電技術，我們實現(xiàn)了從‘跟跑’到‘并跑’，那么第四代核電技術則實現(xiàn)了彎道超車?！闭劦缴虾ｋ姎夂穗姰a業(yè)發(fā)展之路，電站集團副總工程師、核電部副部長周一工很有發(fā)言權。他介紹說，上海電氣從上個世紀70年代開始進入核電領域?，F(xiàn)如今，已成為國內核電設備制造產業(yè)鏈最完備的集團，擁有全球集中度最高的核電設備制造基地，技術涵蓋二代及二代加、三代AP1000、EPR、CAP1400、華龍一號及四代高溫堆、快堆等核電技術。

石島灣示范工程的建設過程是一段前人沒有走過的路，尚無成熟經驗可以借鑒，面臨諸多挑戰(zhàn)。在艱難地探索攻堅下，上核公司承制的高溫氣冷堆示范工程反應堆壓力容器，高約30米，相當于10層樓高，重約650噸，相當于300輛普通轎車的重量，是世界上制造難度最大、尺寸最大、重量最重的核電站壓力容器，首次實現(xiàn)了超大型反應堆壓力容器設備的國產化制造。

一機床公司承制的高溫氣冷堆示范工程金屬堆內構件設備，是世界上尺寸最大的薄壁型金屬堆內構件。設備逐一攻克了鍛件和鋼板落錘試驗、低合金無縫鋼管制造、大型金屬波紋管制造等難關，并填補了國內相關領域的空白。

第四代高溫氣冷堆常規(guī)島汽輪機的設計難度遠大于前幾代核電機組，高溫氣冷堆產生的蒸汽參數(shù)不僅遠高于常規(guī)壓水堆核電機組，而且與常規(guī)火電汽輪機組也不盡相同。針對高溫氣冷堆特殊的蒸汽參數(shù)和運行方式，上汽自主設計、開發(fā)、研制了全新的汽輪機機型，在核電機組上首次應用。

上鼓研發(fā)制造的主氦風機，被譽為第四代核電高溫氣冷堆的“心臟”，解決了三元高效葉輪設計及制造、高溫下腔體軸承冷卻絕熱、大口徑閥門及傳動機構等多個重大技術難題，建立了耐高溫耐高壓的閉式試驗臺進行試驗驗證，最終成功完成了主氦風機設備出廠驗證試驗。

項目啟動至今，上海電氣各參建單位齊心協(xié)力，秉持匠心精神，用過硬的技術能力和高度的責任心，打造了上海電氣核電項目的新標桿。

“百分考卷99分便是不及格”

2016年初，一機床承制的金屬堆內構件堆芯殼進入最終環(huán)縫焊接，由于焊接過程的道間溫度均維持在250攝氏度，溫度非常高，在內部焊接過程中工人師傅們不得不鉆到筒體內部，沒有幾分鐘就全身濕透，從工位上下來后車間溫度僅有十幾度，過大的溫差使得很多焊工都感冒了。

同樣是在2016年，反應堆壓力容器項目在上核公司進入最終沖刺階段。精細鉗工工種算得上產品出廠前的最后一步，所有小瑕疵都在這一環(huán)節(jié)完成修復，密封面修復就是其中的重要一環(huán)。反應堆密封面在焊接中，會留下焊接疤痕。這些痕跡不僅僅是美觀問題，而是牽扯到材料應力和設備壽命，最嚴重的后果是極小的凸點會導致密封環(huán)的損壞，帶來可怕的核泄漏。

因此，這項技術要求極為苛刻——在100毫米的距離上，高度誤差不能超過1絲。1絲是什么概念？通常人的一根頭發(fā)有6~8絲左右。為了做好每一種角度的推磨，鉗工師傅們需要在站著、蹲著、躺著、跪著等姿勢之間切換，一種姿勢有時要保持幾個小時。夏天，渾身汗如雨下，沾滿了鐵屑，如針扎般刺痛無比；冬天，工作時間一長就容易抽筋，攥緊的右手打不開，左手按銼刀的食指麻木，甚至兩個星期都收不回原位。

 “極致，便是我對工匠精神的踐行”，上核公司高級技師華建國說，他參與的核電主島關鍵設備超過60套，運行在全國80%以上的核電站，手中從未出過一件次品。“核電設備要求高精度，滿分100分的考試考99分便是不及格”，他一臉嚴謹。

高溫氣冷堆設備的質量檢查非常嚴格，補焊時常發(fā)生。補焊就是焊接后通過目視尺寸檢查或探傷檢測發(fā)現(xiàn)有氣孔等缺陷，必須將焊接部分“剔除”，重新焊接。而補焊部位及其周圍往往會產生新的不平面，這種疤痕最難修復，需要耗費大量的時間。地地道道的精細活兒，華建國憑著一把小銼刀，反復修磨，補焊的疤痕果然達到了精度要求。在設備驗收時，業(yè)主指著平滑如初的密封面問：“符合要求已經夠難了，你竟然打磨到焊痕的陰影也看不見。有什么秘訣嗎？”華建國笑著回答：“手工活，天下工匠的秘訣都在手上?！?/p>

堅持、專注，把每一個細節(jié)都做到極致，是上海電氣核電技術人才長期摸爬滾打積累下來的寶貴經驗，是一種高素質的體現(xiàn)。

凝聚幾代核電人智慧和心血

設備制造能力的突破，當然離不開技術研發(fā)的支撐。上鼓核電項目管理負責人張杰民自豪地說：“上鼓早于1992年就開始了高溫氣冷堆實驗堆主氦風機的研發(fā)，在老一輩技術研發(fā)人員的帶領下，實現(xiàn)了在先進核能核心裝備技術上的重大突破?！睖吖?，上鼓老一輩的技術研發(fā)人員，因為性格的倔強和在技術研發(fā)上的執(zhí)著，被大家稱呼為“湯司令”。在石島灣項目主氦風機研制過程中，70多歲的他已身患癌癥，但仍然堅守在研發(fā)工作的前線，帶領青年科研工作者解決了一系列的技術難題?？梢哉f，這個項目凝聚了上海電氣幾代核電人的智慧與心血。

上汽設計處賀小忠回憶起2008年項目汽輪機招標時的一件趣事。當時，經過技術分析、層層論證，上汽首次提出不配置再熱器的方案。經過反復的分析計算發(fā)現(xiàn)，沒有再熱器，在系統(tǒng)效率上并沒有較大的影響，但可大大節(jié)約投資成本。化繁為簡，對于系統(tǒng)來說越簡單安全性也越好。業(yè)主震驚于這個投標方案，認為這個方案比他們的招標書要求更優(yōu)，甚至廢棄了原來的招標書，按照我們的方案編寫標書，重新招標。結果，毋庸置疑，上汽中標了。此外，憑借雄厚的技術實力，上汽還承擔了國家重大專項《大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站》中高溫汽冷堆汽輪機研發(fā)課題。通過課題研究，上汽針對全新的高溫氣冷堆，從多個核電汽輪機關鍵技術展開攻關，積累了一批科研成果和試驗數(shù)據，極大地提升了上海電氣核電汽輪機的研發(fā)水平。

要知道第四代核電技術是以核安全為核心，基本不用再擔心發(fā)電產生的核污染，可以說它就是以核能利用的安全為目標，以上海電氣為代表的核電承建方在這方面的研究應用已走在了世界的前列。

助力“核大國”邁向“核強國”

越是“硬骨頭”越要用力啃；越是老大難，越要想辦法攻堅克難。一機床的渦流限速器在整個機構中，是裝配難度最大的部分，每組由12塊（6對）強磁永磁體組成，而該部件中其余零部件幾乎都具有導磁性，超強的導磁性在裝配過程中極有可能對永磁體本身或其他零部件以及人身安全造成傷害，使裝配難度大大增加。裝配師傅們敢于創(chuàng)新，針對永磁體的性能，設計研制出了多套完整實用型專用工裝，有效提升裝配效率和裝配質量，保證了裝配精度，并成功申請了多項專利。

100小時滿轉速滿功率穩(wěn)定運行是上鼓主氦風機出廠前的最后一道考驗。雖然只有100小時，但整個調試過程及各轉速下的性能試驗還需要在高溫高壓下運行很長的時間，因此只要一啟機就需要調試人員連軸轉，24小時輪流調試。在調試過程中，一方面要維持溫度，另一方面還要應對突發(fā)狀況。上鼓副總經理錢敏龍回憶說：“閉式試驗回路是高溫氣冷堆主氦風機樣機試驗時設計制造的，由于工程機的技術變更，試驗系統(tǒng)只能進行局部的改造，整個試驗過程中閥門傳動軸的密封是難點，雖然試驗中考慮了措施來增加試驗密封效果，但在調試過程中，冷熱態(tài)的變化，增加了試驗的難控度?！彼忉尩?，試驗驗證可以說是上鼓的“主戰(zhàn)場”，經歷了重重困難，上鼓承擔的重任終于在2018年畫上完美的句號。

機組帶核沖轉是并網發(fā)電前的關鍵節(jié)點。上汽作為上海電氣在該項目中最后的“值守人”，派出了一支經驗豐富的設計團隊。有一次深夜12點多，在項目現(xiàn)場的上汽設計處栗勇被一通電話吵醒，原來是業(yè)主方對機組并網時閥門指令存在疑惑。12月的山東，天氣已經非常寒冷，他還是迅速從被窩里爬起來，叫醒兩個同伴，一起冒著深夜的嚴寒趕到項目現(xiàn)場。同時，他們聯(lián)系了廠內的專家團隊，與業(yè)主一起召開現(xiàn)場視頻會。會議大概持續(xù)了半個小時，業(yè)主終于得到了滿意的答案。

自項目汽輪機進入調式后，上汽項目團隊和技術團隊緊密結合，急用戶之所急，始終保持著快速的響應機制。前方設計服務團隊現(xiàn)場實地操作，后臺專家團隊24小時待機支援，做到了問題解決不隔天、不過夜。項目成功并網發(fā)電當日，業(yè)主特地發(fā)來感謝信，贊賞上海電氣現(xiàn)場服務人員的敬業(yè)精神，為上海電氣全程為石島灣核電項目保駕護航點贊。

十年磨一劍。項目建設期間，上海電氣演繹了一幕幕踐行匠人初心，銳意進取、砥礪前行的動人畫面。相信經過首堆四代核能示范項目的歷練，上海電氣的核電實力定能助力我國從“核大國”向“核強國”邁進。