國家科技重大專項高溫氣冷堆核電站示范工程（以下簡稱“高溫堆示范工程”）經過9年施工建設，于12月20日首次并網發(fā)電。這是我國先進核電技術自主創(chuàng)新取得新勝利的一步，也是我國核能領域堅持科技自立自強、推動落實“碳達峰、碳中和”目標實現和中國核工業(yè)高質量發(fā)展的重要成果。
 
高溫堆示范工程從科研設計、施工建設，到球形核燃料元件和重要裝備研制，最終成功并網發(fā)電。各相關領域有兩三代核能人為此奉獻了青春和智慧?！吨袊四堋纷?021年第四期起隆重推出“見證——高溫堆進行時”專題系列報道，講述高溫堆示范工程建設者們書寫青春、揮灑汗水，全力以赴鑄就國之重器的奮斗故事。讓我們啟航去見證這些非凡的成就！  
2021年12月20日，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程成功實現首次并網發(fā)電，機組各項運行指標正常，反應堆、汽輪發(fā)電機及相關系統(tǒng)設備運行穩(wěn)定，標志著我國核電科技創(chuàng)新取得重大突破，實現“換道超車”、全球“領跑”。成功并網的成績背后，離不開運行可靠的關鍵設備。
 
高溫堆示范工程核島及BOP設備共計15000余臺套，其中2200余臺套屬于工程首次使用，660余臺套屬于創(chuàng)新型設備。核島設備采用EPC總承包模式，其中，核島主設備如反應堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內構件、熱氣導管、控制棒驅動機構、主氦風機、DCS等為業(yè)主與總承包單位聯(lián)合采購、平行監(jiān)造；常規(guī)島設備由業(yè)主自行采購、委托監(jiān)造。項目建設過程中，中國華能組織清華大學、哈電重裝、上海電氣等關鍵設備研制團隊日以繼夜砥礪奮斗、聯(lián)合攻關，攻克了多項“卡脖子”技術，攻克了蒸發(fā)器超長傳熱管制造與異種鋼焊接等工藝，開展了填補國內基礎研究空白的高溫材料研制，研制出世界上體積最大的核反應堆壓力容器、全球首臺采用電磁軸承結構的大功率主氦風機、全球首臺高溫氣冷堆螺旋管式直流蒸發(fā)器等堪稱“大國重器”的核心設備，設備國產化率達93.4%（ 遠高于重大專項總體方案要求不低于75%的目標 ），為提升高溫氣冷堆產業(yè)基礎能力和產業(yè)鏈現代化水平貢獻了“華能經驗”。本文以蒸汽發(fā)生器的研發(fā)、制造過程為例，講述華能核電人和數萬核電從業(yè)者的頑強拼搏、艱難創(chuàng)業(yè)之旅。
 
敢為人先，共克研發(fā)難題
 
蒸汽發(fā)生器設備是示范工程的核心主設備之一，其主要功能是將堆芯產生的熱量由一回路傳給二回路，產生蒸汽推動汽輪發(fā)電機組產生電能。蒸汽發(fā)生器總高約25米，最大外徑約4.5米，總重約500噸，與主氦風機一起安裝在蒸汽發(fā)生器殼體中，與反應堆壓力容器形成肩并肩式布置，采用直流式螺旋盤管換熱設備。該設計換熱效率更高、結構布置更緊湊，在核電領域屬創(chuàng)新型設計。蒸汽發(fā)生器也是示范工程設計和制造難度最大的核島主設備。該設備由清華大學核能與新能源技術研究院設計，哈電集團（ 秦皇島 ）重型機械有限公司生產制造。
 
因其設計復雜、制造難度大、無成熟經驗借鑒，蒸汽發(fā)生器項目推進長期處于高溫氣冷堆示范工程建設的關鍵路徑上。從2008年合同簽訂到2018年完成首臺設備制造，歷時10年，發(fā)布技術規(guī)格書、技術要求83份，涉及11萬余個零部件，產生設計變更、設備材料變更等約800份。
 
在整個研發(fā)制造過程中，中國華能、清華大學、中核集團各級領導十分關注項目進展，定期舉行高層會談，決策重大技術問題。項目負責人常駐設備制造現場，發(fā)生問題時第一時間與清華大學溝通協(xié)調、尋計問策，聯(lián)合設備廠家一道共謀解決之法，攻克了蒸汽發(fā)生器出口連接管布管及包裹的施工設計與優(yōu)化、單根60米超長T22傳熱管研發(fā)和多頭成型螺旋盤管工藝研發(fā)、T22管防銹工藝研究及工廠化制造、出口連接管模型件制造及布置工藝研發(fā)、出口連接管彎致裂紋失效分析與制造工藝優(yōu)化、高精度換熱單元套裝工藝研發(fā)和工廠化制造、意大利Fomas出口蒸汽管板用800H大鍛件入廠復驗高溫拉伸不合格安全評審、高溫部件材料采購及長時高溫持久與蠕變試驗、高精度小口徑換熱管對接、鎳基合金全位置TIG自動焊研究、大型內件與殼體最小處間隙不到1mm的精準套裝、大型立式臺架總裝、大容積承壓設備立式氣壓試驗等共30余項世界性技術難題。十年磨礪，理想終成現實，圖紙化身國之重器！

 
砥礪攻堅，攻克換熱單元瓶頸問題
 
蒸汽發(fā)生器換熱單元由中心筒、外筒、5層螺旋盤管、承重條和固定條等構成，對螺旋換熱管成型尺寸、換熱單元內外筒公差要求嚴格。承重條與換熱單元各層螺旋盤管之間的間隙僅為0.5mm，總長8800mm，套裝難度大，由江蘇銀環(huán)精密鋼管有限公司承制。在清華大學核研院的技術支持下，江蘇銀環(huán)公司于2016年成功完成39個換熱單元的套裝與制造。
 
成功之路并非坦途。2017年初，蒸汽發(fā)生器核心部件——核安全1級出口連接管因為彎制裂紋而全部報廢，設備制造主線工作完全停止。這對設備制造質量和工期的影響巨大，造成的損失遠超預期。項目緊急且技術難度高，石島灣核電副總經理張延旭與中核能源副總經理林立志迅速組建專項團隊，選派精干力量入駐江蘇銀環(huán)，協(xié)調推進新傳熱管的生產進度及制造質量監(jiān)督工作。駐廠人員深入研究傳熱管關鍵制造技術要求及相關改進工藝措施，不分晝夜在車間內巡檢、與江蘇銀環(huán)技術骨干及操作人員對話、核實操作記錄，掌握每根管材的準確生產進度及質量狀態(tài)，提前預判各類問題隱患，及時協(xié)調處理滲透檢驗標準不統(tǒng)一、清潔度檢查項目不完整等多項問題。主線生產工作24小時不停，項目團隊在周末、中秋節(jié)、國慶節(jié)期間全程監(jiān)督，連續(xù)駐廠7個月，出席監(jiān)督見證點近200個，審查制造檢驗報告、記錄近千份。最終1330根出口連接管全部按期發(fā)貨，其彎制性能優(yōu)良，成功打通了蒸汽發(fā)生器制造乃至高溫堆示范工程的關鍵路徑。石島灣核電設計采購部王威作為專項團隊的一員，全程入駐江蘇銀環(huán)，負責新傳熱管制造項目。他感慨道：“感覺這7個月做的事情意義重大。各方團結一心、目標高度統(tǒng)一，既打通了蒸汽發(fā)生器制造的關鍵路徑，項目團隊的管理能力和技術水平也得到了快速提升”。
 
精益求精，氣壓試驗一次成功
 
新制造的出口連接管運抵哈電重裝后，蒸發(fā)器主體制造關鍵路徑重新啟動。項目團隊馬上調整工作重心并入駐哈電重裝，與制造廠工藝、焊接、質量檢驗及生產人員保持全面溝通，通過提前分析、判斷設備制造風險點，對各關鍵工序全程監(jiān)督管理。項目各方凝心聚力，以時不我待的干勁、咬定青山不放松的韌勁、不破樓蘭終不還的沖勁，最終攻克了狹小空間傳熱管對接焊、內件與殼體套裝、鎳基合金全位置TIG自動焊等一系列制造難點。
 
業(yè)內蒸汽發(fā)生器通常采用水壓試驗驗證承壓焊縫強度，但高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器由于其結構特殊性，只能采用氣壓試驗進行驗證。該氣壓試驗較水壓試驗難度更大、失敗風險也更大。石島灣核電、中核能源、清華大學及制造單位高度重視，建立了從公司高層到項目經理層的項目團隊，形成高效的管理協(xié)調機制。項目團隊全程駐廠、精心策劃，討論制訂試驗規(guī)程并不斷完善，及時決策采用專用立式總裝臺架，并配置專用氣壓試驗設備，全面落實人員、工器具、備件保障工作，為蒸汽發(fā)生器氣壓試驗一次成功打下了堅實基礎。
 
2018年9月29日23時58分，高溫氣冷堆示范工程首臺蒸汽發(fā)生器在哈電重裝順利完成殼程和管程氣壓試驗，并取得一次性成功，開創(chuàng)了國內核電行業(yè)核島主設備制造密封性檢驗的先河，標志著蒸汽發(fā)生器設備最后一個關鍵制造難點被攻克，高溫氣冷堆示范工程設備研制領域取得了突破性進展。高溫氣冷堆重大專項總設計師、清華大學核研院院長張作義回憶說：“那天晚上時刻都關注著蒸汽發(fā)生器氣壓試驗進展狀態(tài)，每到一個保壓臺階都會打電話了解情況。直到凌晨試驗成功那一刻，心里終于才踏實了，蒸汽發(fā)生器最后一個關鍵制造難點被攻克了！”
 
2019年1月，高溫氣冷堆示范工程核島主設備中歷時最長、制造難度最大的蒸汽發(fā)生器首臺到貨，激動的淚水在項目團隊臉上流淌：“我們終于成功了！”
 
黨建引領，完成節(jié)流組件安裝
 
節(jié)流組件是調節(jié)蒸汽發(fā)生器設備正常運行的“鑰匙”。蒸發(fā)器主體設備到貨后，節(jié)流組件的安裝進度成為制約冷試工作的關鍵所在。
 
在石島灣核電“黨建引領 聚力攻堅”黨員示范行動的感召下，石島灣核電、中核能源、清華大學、制造廠組建“節(jié)流組件到貨及安裝”攻堅團隊，形成了干事創(chuàng)業(yè)的強大合力。攻堅團隊提前組織安裝單位開展節(jié)流組件模擬裝配試驗、防松組件焊接工藝試驗等驗證性工作，提前識別出防松板安裝間隙不足、防松組件焊接變形過大等多個重大風險點，針對性制定安裝工藝措施并列入現場操作規(guī)程，提前進行防松板試裝及裝配加工，研發(fā)焊接保護工裝、專項磨練焊工技能?，F場安裝工作準備充分細致，實現了節(jié)流組件到貨驗收、安裝、焊接各環(huán)節(jié)無縫銜接。通過優(yōu)化人員排班，日夜奮戰(zhàn)2個月，最終保質保量完成了節(jié)流組件安裝工作，為蒸汽發(fā)生器后期順利運行奠定了基礎。
 
蒸汽發(fā)生器的研制成功只是高溫氣冷堆示范工程攻堅路上的一個小縮影。在國家科技重大專項領導小組的領導下，中國華能堅決扛起責任使命，與清華大學、中核集團、科研院所等單位組建聯(lián)合體，攻克了一系列世界性設備研制關鍵技術難題，形成了一整套重大專項科技創(chuàng)新實施機制與管理經驗，培養(yǎng)出眾多具有專業(yè)技術能力的核電創(chuàng)新人才，以強烈的責任擔當鑄就了“大國重器”。
 
（作者系華能山東石島灣核電有限公司 王威　席京彬　吳志軍　侯雪梅）
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