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哈电集团再铸“大国重器”——全球首座第四代核电站正式投产转入商业运行
发布时间:2023-12-08
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  12月6日,山东荣成石岛湾,我国具有完全自主知识产权的全球首座第四代核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程在稳定电功率水平上正式投产,转入商业运行,标志着我国在高温气冷堆核电技术领域已处于全球领先地位。


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  2003年开始,围绕高温气冷堆示范工程,中国华能集团有限公司(以下简称“中国华能”)、清华大学、中国核工业集团有限公司(以下简称“中核集团”)等携手合作、自主创新,打造出一批我国自主研发设计、自主生产制造的先进核电技术装备。


  从实验室走向生产线


  高温气冷堆的多个关键技术设备诞生于清华大学实验室,在从实验室走向生产线的过程中,中核集团与清华大学瞄准生产线操作重复性、智能化、自动化等特点,开展了大量适应性创新。


  “球形燃料元件是石岛湾高温气冷堆的重要创新。在球形燃料元件纯化设备中,原来在学校中的燃料元件空间布局是由人工进行排列,到了工厂后则采用机器人定点操作布局,大大提高了速度和精度,减少了人为影响。”清华大学核能与新能源技术研究院(以下简称“核研院”)党委书记唐亚平说。


  主氦风机是高温气冷堆的关键设备,其作用相当于传统压水堆机组主泵,是高温气冷堆的“心脏”。“整个主氦风机中最关键也最棘手的难题,就是将电磁轴承技术用于主氦风机。”核研院主氦风机项目负责人王宏介绍,电磁轴承优势多,但将其应用于一回路的主氦风机,在世界上没有先例,应用风险高,研发难度大。


  清华大学在电磁轴承设计、控制及传感器研制等方面具有领先技术水平。“这也是主氦风机采用电磁轴承技术路线的底气。”但王宏同时表示,技术先进并不代表能直接落地应用,在主氦风机工程样机研制初期,国产电磁轴承的产品成熟度及制造工艺等方面都较为欠缺,“比如电磁轴承定、转子各部件的间隙控制,就涉及多个垫片的现场试装与垫片厚度配磨。”


  为了不影响整体工程进度,开发团队采用“国内技术—国外产品互相迭代”的研发思路,首先以自主研发的国产电磁轴承为基础,研制主氦风机工程样机,验证其设计可靠性;随后,利用国外成熟电磁轴承产品,生产用于示范工程的主氦风机产品。与此同时,国产电磁轴承也借助技术反馈,不断提升产品成熟度,达到后续工程技术要求,成功从实验室走向应用一线,最终实现整个主氦风机关键部件国产化。


  练就装配“绣花”功夫


  作为自主创新的世界首座示范工程,石岛湾高温气冷堆多台设备同样为世界首创,设计新颖、精度要求高,对设备装配提出极高要求,装配团队为此练就出一身“绣花”功夫。


  石岛湾高温气冷堆蒸汽发生器是世界首台直流逆流螺旋盘管式蒸汽发生器,也是目前世界上换热功率最大、蒸汽出口温度最高的蒸汽发生器,诸多设计为世界首创,给装配带来挑战。


  “以出口连接管设计为例,每台蒸发器有上千支形状各异的连接管,直径小、长度大,每支管平均要拐七八个弯。”中核能源科技有限公司(以下简称“中核能源”)主设备研究中心主任汪垠告诉科技日报记者,每支连接管的弯如何拐、装配顺序如何排、上千支连接管如何在狭小空间内紧密排列并满足各项设计要求,这些问题牵一发而动全身,都需要全局考虑,且没有任何经验可供参考。


  为了攻克装配难题,中核能源充分发挥纽带作用,推动技术研发单位清华大学与生产厂家哈尔滨电气集团有限公司开展联合攻关,先后设计出3种布管方案,并制作出3套实体模型,顺利完成管路走向设计,并确定上千支连接管的装配工艺顺序,推动设备成功应用。


  严苛调试为机组“排雷”


  由于核技术的特殊性,核电站的调试工作有着近乎苛刻的要求,设备从制造下线到最终调试完成、投入运行,中间埋藏着许多预想不到的“雷点”,业内也将调试工作形象地称作为机组安全“排雷”。


  隔膜压缩机是示范工程氦气循环系统中的核心设备,调试难度大。为了确保设备在各种工况下都能可靠运行,试验负责人、华能石岛湾调试管理办公室员工杨文明想了多种办法恶化运行工况,用最严苛的条件顶格验证设备性能。他排列组合出所有可能工况进行分类验证,用一份详尽的验证数据,为设备性能优化提供了有力支撑,为后续系统试验和反应堆冷态试验顺利推进打下基础。


  华能石岛湾核电公司总经理张延旭介绍,在示范工程调试运行过程中,中国华能和清华大学共同研发并掌握了高温气冷堆特有的调试运行六大关键核心技术,为机组后续稳定运行和研发工作奠定了坚实基础。


  多方共同成立“主设备支持中心”、关键技术及设备“联合总体室”,联合举办核工程硕士班,建立“师徒制”……得益于一系列校企合作创新机制,石岛湾高温气冷堆突破一大批“从0到1”的关键核心技术,解决多项“卡脖子”难题,一批关键设备出校园、下产线、进市场,从图纸“样品”变成了现实“产品”。


  目前,石岛湾高温气冷堆核电站首台(套)设备达2200多台(套),创新型设备有600余台(套),设备国产化率达到93.4%,推动我国在先进核能技术研发和核心装备制造领域自主创新实力不断增强。


  (来源:科技日报)



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