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發布日期:2022-04-26 點擊率:29
當你走進壓水堆核電站核島的安全殼,一個頂天立地的“巨人”就會映入眼簾。它就是大名鼎鼎的“蒸汽發生器”。一臺百萬千瓦級壓水堆核電機組的蒸汽發生器約21米高,凈重約340噸,正是它把反應堆產生的熱量傳遞給來自二回路的水,產生干飽和蒸汽,傳輸到汽輪發電機發電。
曾幾何時,大、中型核電站蒸汽發生器的自主設計問題一直是中國核電人的心中之痛,而今天,中國自主研發的國際第三代百萬千瓦級壓水堆核電機組——“華龍一號”(ACP1000)即將裝上由中國核動力研究設計院研發的蒸汽發生器,中國人有了具有自主知識產權的蒸汽發生器,中國核電“走出去”有了更強勁的支撐。
痛定思痛,堅定決策
談起蒸汽發生器,核電人的心情總顯得特別沉重:大亞灣和嶺澳核電站的蒸汽發生器是法國公司負責設計的;秦山二期及其擴建工程、昌江核電站的蒸汽發生器是美國公司負責設計的;臺山(EPR機組)和海陽核電站(AP1000機組)的蒸汽發生器也分別由法國和美國公司負責設計;近年來陸續投入運行的田灣核電站和秦山三期的蒸汽發生器則分別由俄羅斯和加拿大公司負責設計。這些都成為核動力院從事蒸汽發生器研究設計的兩代人近30年來心中揮之不去的陰影。
在2006年前后,事情發生了變化。在國內自主設計和建造的二代改進型百萬千瓦級PWR核電機組(紅沿河核電項目等)中,核動力院負責完成了其蒸汽發生器的詳細施工設計,實現了國內設計自主化。但這還不夠!該型蒸汽發生器沒能解決設計的自主知識產權問題,還不能走出國門。
其實,早在上世紀90年代,原中國核工業總公司就開始開展ACP1000的前身——CNP1000機組的研發。最初,這套核電機組的蒸汽發生器也打算請外國公司負責設計。消息一出,來自韓國、美國和加拿大的老牌核電設計公司就紛紛表現出了濃厚興趣。眾所周知,這種模式如果只是在國內建造核電機組,是沒問題的;但如果這套技術想要走出國門,和其他重要關鍵設備一樣,蒸汽發生器不具有自主知識產權,一定會成為核電“走出去”的攔路虎。
ACP1000要面向國際市場,就不得不考慮蒸汽發生器由誰來負責設計的問題。這時,核動力院毫不猶豫地做出決策:自籌經費、自主研發、自主設計,徹底走出蒸汽發生器的自主知識產權困境!
經過核動力院人精心組織、艱苦攻關,中核集團“ZH-65”型蒸汽發生器研發、設計通過驗證!他的名字“ZH-65”中,“ZH”代表的就是中核集團、“65”表示每臺蒸汽發生器的總傳熱面積約為6500平方米。
“超常態”的艱苦攻關
決心一定,說干就干!2011年11月14日,核動力院發布了《關于成立院出口核電站蒸汽發生器自主設計攻關組的通知》,拉開了自主設計攻關的序幕。核動力院指派從事蒸汽發生器設計研究近30年的專家張富源擔任攻關組組長兼專家組組長,由張森如、張文其、黃彥平、臧峰剛等全院19位有關專業著名專家組成院專家組,由設計所、二所、四所和科技處等的有關領導和專業技術人員分別組成領導小組、項目管理組、質量管理組和工作組,舉全院之力進行攻關!
蒸汽發生器熱工水力工況復雜、結構復雜,材料類型多、技術難點多。事實上,此前中核集團在CNP650等項目的研發過程中曾多次試圖自主設計蒸汽發生器,但均由于技術難度大、試驗經費高等問題而擱置。
在張富源的認真策劃、組織和努力推動下,攻關團隊克服了一個又一個技術難題,突破了外國公司在華蒸汽發生器設計專利的封鎖,保證了ZH-65型蒸汽發生器的研發緊張有序地按計劃向前推進。
同時,為解決規避外國公司在華蒸汽發生器設計專利問題,設計人員在核動力院信息中心的配合下,跑遍了成都地區的相關專利中心進行查閱、調研。最終通過分析評價,反饋到設計進行優化,保證了ZH-65型蒸汽發生器的百分之百自主知識產權。
為解決熱工水力設計中遇到的具體問題,組織了全院有關專家召開了一次又一次的會診協調會。為解決熱工水力設計所需的設計瞬態、水力載荷等設計計算輸入問題,熱工水力和事故分析專業的同志“超常態”地“超前”進行計算分析工作。
為保證設計、試驗等有關各項工作協調地按時向前推進,攻關組的同事個個夙興夜寐、廢寢忘食。對他們來說,加班成為了常態,幾個主要研發人員的全年加班時間達到了1000小時,甚至有的達到了1500小時。家人生病、老人病重,他們都很難抽出時間請假照顧。有人新婚燕爾卻仍然戰斗在設計工作的第一線,始終把ZH-65的研發工作放在第一位。
為了利用好河南南陽油田鍋爐蒸汽車間所帶來寶貴的用汽“窗口”時間,按進度計劃要求完成管子支承板水力特性熱態試驗和汽水分離裝置熱態性能試驗,試驗人員頭戴雪花、腳踩冰雪,男女老少齊上陣,一天24小時堅守在野外冰天雪地的試驗現場。
“中核之子”
2012年3月5日,核動力院在成都召開了“ACP1000目標工程蒸汽發生器標準設計審查會”。以葉奇蓁院士為首的專家組一致認為,ZH-65型蒸汽發生器的技術性能完全滿足國內相關法規標準以及ACP1000機組的技術要求,可用于ACP1000目標工程。
截止到2014年底,攻關組已先后完成了蒸汽發生器設計攻關的初步設計和詳細設計。詳細設計包括熱工水力計算、應力分析、瞬態分析等。全套詳細設計圖紙、制造、檢驗和試驗相關的技術文件(近千張設計圖紙,300余份設計文件)。同時,完成了蒸汽發生器設計相關的全套10個計算分析軟件的研發十多項專利的申報(已有近10項專利正式授權)。
在研發方面,設計、建設了4臺/套大型SG實驗研究裝置。完成了設計驗證所需的4個大項共10個分項的設計驗證試驗研究。這些試驗的結果充分驗證了設計的合理性和正確性。
另外,為解決關鍵零部件國產化的問題,核動力院聯合相關單位研制了新型密封墊片并于2013年通過了國家能源局組織的國家級鑒定。
2014年8月底,計劃中用于的ZH-65型蒸汽發生器,已分別在哈電集團(秦皇島)重型裝備有限公司和東方電氣(廣州)重型機器有限公司正式開工制造。
ZH-65型蒸汽發生器是在中核集團公司自主設計、目前已成功用于紅沿河核電站等核電工程的55/19B型蒸汽發生器的基礎上,經過改進設計、試驗驗證的產品。它具有目前國際第三代壓水堆核電蒸汽發生器的水平,既是中國制造、也是中國創造,其知識產權完全屬于中核集團公司,是名副其實的“中核之子”。
當下,“ZH-65”正在茁壯成長,蓄力揚帆起航、走出國門!
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