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上海2022年2月6日 /美通社/ -- 國家科技重大專項(xiàng) -- 全球首座具有第四代核電技術(shù)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(wǎng)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(yīng)堆，是兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器帶動(dòng)一臺(tái)汽輪機(jī)發(fā)電。目前1號(hào)反應(yīng)堆正穩(wěn)步向單堆滿功率推進(jìn)，而2號(hào)反應(yīng)堆也在開展各項(xiàng)試驗(yàn)，有望于今年年中雙堆滿負(fù)荷投入商業(yè)運(yùn)營。石島灣核電站滿功率運(yùn)行每年可發(fā)電14億度，為200萬居民提供生活用電，相對(duì)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(xiàng)核心設(shè)備。歷經(jīng)十余年攻關(guān)，自主研發(fā)制造，上海電氣先后攻克了多項(xiàng)世界性、行業(yè)性“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)，助力整個(gè)工程設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到93.4%。
擁有國內(nèi)最完整核電產(chǎn)業(yè)鏈
由華能集團(tuán)牽頭，于2012年開工建設(shè)的石島灣高溫氣冷堆示范工程因具有第四代核電技術(shù)安全特征受到世界矚目。它是我國16個(gè)國家重大科技專項(xiàng)之一，與北斗導(dǎo)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(dá)成“雙碳”目標(biāo)方面作出重要貢獻(xiàn)。
“如果說從二代核電技術(shù)到三代核電技術(shù)，我們實(shí)現(xiàn)了從‘跟跑’到‘并跑’，那么第四代核電技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了彎道超車?！闭劦缴虾ｋ姎夂穗姰a(chǎn)業(yè)發(fā)展之路，電站集團(tuán)副總工程師、核電部副部長周一工很有發(fā)言權(quán)。他介紹說，上海電氣從上個(gè)世紀(jì)70年代開始進(jìn)入核電領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，已成為國內(nèi)核電設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)鏈最完備的集團(tuán)，擁有全球集中度最高的核電設(shè)備制造基地，技術(shù)涵蓋二代及二代加、三代AP1000、EPR、CAP1400、華龍一號(hào)及四代高溫堆、快堆等核電技術(shù)。
石島灣示范工程的建設(shè)過程是一段前人沒有走過的路，尚無成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，面臨諸多挑戰(zhàn)。在艱難地探索攻堅(jiān)下，上核公司承制的高溫氣冷堆示范工程反應(yīng)堆壓力容器，高約30米，相當(dāng)于10層樓高，重約650噸，相當(dāng)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(shí)現(xiàn)了超大型反應(yīng)堆壓力容器設(shè)備的國產(chǎn)化制造。
一機(jī)床公司承制的高溫氣冷堆示范工程金屬堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)備，是世界上尺寸最大的薄壁型金屬堆內(nèi)構(gòu)件。設(shè)備逐一攻克了鍛件和鋼板落錘試驗(yàn)、低合金無縫鋼管制造、大型金屬波紋管制造等難關(guān)，并填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白。
第四代高溫氣冷堆常規(guī)島汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)大于前幾代核電機(jī)組，高溫氣冷堆產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)不僅遠(yuǎn)高于常規(guī)壓水堆核電機(jī)組，而且與常規(guī)火電汽輪機(jī)組也不盡相同。針對(duì)高溫氣冷堆特殊的蒸汽參數(shù)和運(yùn)行方式，上汽自主設(shè)計(jì)、開發(fā)、研制了全新的汽輪機(jī)機(jī)型，在核電機(jī)組上首次應(yīng)用。
上鼓研發(fā)制造的主氦風(fēng)機(jī)，被譽(yù)為第四代核電高溫氣冷堆的“心臟”，解決了三元高效葉輪設(shè)計(jì)及制造、高溫下腔體軸承冷卻絕熱、大口徑閥門及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等多個(gè)重大技術(shù)難題，建立了耐高溫耐高壓的閉式試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終成功完成了主氦風(fēng)機(jī)設(shè)備出廠驗(yàn)證試驗(yàn)。
項(xiàng)目啟動(dòng)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(shù)能力和高度的責(zé)任心，打造了上海電氣核電項(xiàng)目的新標(biāo)桿。
“百分考卷99分便是不及格”
2016年初，一機(jī)床承制的金屬堆內(nèi)構(gòu)件堆芯殼進(jìn)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(nèi)部焊接過程中工人師傅們不得不鉆到筒體內(nèi)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(yīng)堆壓力容器項(xiàng)目在上核公司進(jìn)入最終沖刺階段。精細(xì)鉗工工種算得上產(chǎn)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(fù)，密封面修復(fù)就是其中的重要一環(huán)。反應(yīng)堆密封面在焊接中，會(huì)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(yīng)力和設(shè)備壽命，最嚴(yán)重的后果是極小的凸點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致密封環(huán)的損壞，帶來可怕的核泄漏。
因此，這項(xiàng)技術(shù)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(shì)之間切換，一種姿勢(shì)有時(shí)要保持幾個(gè)小時(shí)。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(shí)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(gè)星期都收不回原位。
“極致，便是我對(duì)工匠精神的踐行”，上核公司高級(jí)技師華建國說，他參與的核電主島關(guān)鍵設(shè)備超過60套，運(yùn)行在全國80%以上的核電站，手中從未出過一件次品。“核電設(shè)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(yán)謹(jǐn)。
高溫氣冷堆設(shè)備的質(zhì)量檢查非常嚴(yán)格，補(bǔ)焊時(shí)常發(fā)生。補(bǔ)焊就是焊接后通過目視尺寸檢查或探傷檢測(cè)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(bǔ)焊部位及其周圍往往會(huì)產(chǎn)生新的不平面，這種疤痕最難修復(fù)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。地地道道的精細(xì)活兒，華建國憑著一把小銼刀，反復(fù)修磨，補(bǔ)焊的疤痕果然達(dá)到了精度要求。在設(shè)備驗(yàn)收時(shí)，業(yè)主指著平滑如初的密封面問：“符合要求已經(jīng)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(jiān)持、專注，把每一個(gè)細(xì)節(jié)都做到極致，是上海電氣核電技術(shù)人才長期摸爬滾打積累下來的寶貴經(jīng)驗(yàn)，是一種高素質(zhì)的體現(xiàn)。
凝聚幾代核電人智慧和心血
設(shè)備制造能力的突破，當(dāng)然離不開技術(shù)研發(fā)的支撐。上鼓核電項(xiàng)目管理負(fù)責(zé)人張杰民自豪地說：“上鼓早于1992年就開始了高溫氣冷堆實(shí)驗(yàn)堆主氦風(fēng)機(jī)的研發(fā)，在老一輩技術(shù)研發(fā)人員的帶領(lǐng)下，實(shí)現(xiàn)了在先進(jìn)核能核心裝備技術(shù)上的重大突破?！睖吖?，上鼓老一輩的技術(shù)研發(fā)人員，因?yàn)樾愿竦木髲?qiáng)和在技術(shù)研發(fā)上的執(zhí)著，被大家稱呼為“湯司令”。在石島灣項(xiàng)目主氦風(fēng)機(jī)研制過程中，70多歲的他已身患癌癥，但仍然堅(jiān)守在研發(fā)工作的前線，帶領(lǐng)青年科研工作者解決了一系列的技術(shù)難題?？梢哉f，這個(gè)項(xiàng)目凝聚了上海電氣幾代核電人的智慧與心血。
上汽設(shè)計(jì)處賀小忠回憶起2008年項(xiàng)目汽輪機(jī)招標(biāo)時(shí)的一件趣事。當(dāng)時(shí)，經(jīng)過技術(shù)分析、層層論證，上汽首次提出不配置再熱器的方案。經(jīng)過反復(fù)的分析計(jì)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(jiǎn)，對(duì)于系統(tǒng)來說越簡(jiǎn)單安全性也越好。業(yè)主震驚于這個(gè)投標(biāo)方案，認(rèn)為這個(gè)方案比他們的招標(biāo)書要求更優(yōu)，甚至廢棄了原來的招標(biāo)書，按照我們的方案編寫標(biāo)書，重新招標(biāo)。結(jié)果，毋庸置疑，上汽中標(biāo)了。此外，憑借雄厚的技術(shù)實(shí)力，上汽還承擔(dān)了國家重大專項(xiàng)《大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站》中高溫汽冷堆汽輪機(jī)研發(fā)課題。通過課題研究，上汽針對(duì)全新的高溫氣冷堆，從多個(gè)核電汽輪機(jī)關(guān)鍵技術(shù)展開攻關(guān)，積累了一批科研成果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，極大地提升了上海電氣核電汽輪機(jī)的研發(fā)水平。
要知道第四代核電技術(shù)是以核安全為核心，基本不用再擔(dān)心發(fā)電產(chǎn)生的核污染，可以說它就是以核能利用的安全為目標(biāo)，以上海電氣為代表的核電承建方在這方面的研究應(yīng)用已走在了世界的前列。
助力“核大國”邁向“核強(qiáng)國”
越是“硬骨頭”越要用力啃；越是老大難，越要想辦法攻堅(jiān)克難。一機(jī)床的渦流限速器在整個(gè)機(jī)構(gòu)中，是裝配難度最大的部分，每組由12塊（6對(duì)）強(qiáng)磁永磁體組成，而該部件中其余零部件幾乎都具有導(dǎo)磁性，超強(qiáng)的導(dǎo)磁性在裝配過程中極有可能對(duì)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(duì)永磁體的性能，設(shè)計(jì)研制出了多套完整實(shí)用型專用工裝，有效提升裝配效率和裝配質(zhì)量，保證了裝配精度，并成功申請(qǐng)了多項(xiàng)專利。
100小時(shí)滿轉(zhuǎn)速滿功率穩(wěn)定運(yùn)行是上鼓主氦風(fēng)機(jī)出廠前的最后一道考驗(yàn)。雖然只有100小時(shí)，但整個(gè)調(diào)試過程及各轉(zhuǎn)速下的性能試驗(yàn)還需要在高溫高壓下運(yùn)行很長的時(shí)間，因此只要一啟機(jī)就需要調(diào)試人員連軸轉(zhuǎn)，24小時(shí)輪流調(diào)試。在調(diào)試過程中，一方面要維持溫度，另一方面還要應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。上鼓副總經(jīng)理錢敏龍回憶說：“閉式試驗(yàn)回路是高溫氣冷堆主氦風(fēng)機(jī)樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)設(shè)計(jì)制造的，由于工程機(jī)的技術(shù)變更，試驗(yàn)系統(tǒng)只能進(jìn)行局部的改造，整個(gè)試驗(yàn)過程中閥門傳動(dòng)軸的密封是難點(diǎn)，雖然試驗(yàn)中考慮了措施來增加試驗(yàn)密封效果，但在調(diào)試過程中，冷熱態(tài)的變化，增加了試驗(yàn)的難控度?！彼忉尩?，試驗(yàn)驗(yàn)證可以說是上鼓的“主戰(zhàn)場(chǎng)”，經(jīng)歷了重重困難，上鼓承擔(dān)的重任終于在2018年畫上完美的句號(hào)。
機(jī)組帶核沖轉(zhuǎn)是并網(wǎng)發(fā)電前的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。上汽作為上海電氣在該項(xiàng)目中最后的“值守人”，派出了一支經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。有一次深夜12點(diǎn)多，在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的上汽設(shè)計(jì)處栗勇被一通電話吵醒，原來是業(yè)主方對(duì)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)閥門指令存在疑惑。12月的山東，天氣已經(jīng)非常寒冷，他還是迅速從被窩里爬起來，叫醒兩個(gè)同伴，一起冒著深夜的嚴(yán)寒趕到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)，他們聯(lián)系了廠內(nèi)的專家團(tuán)隊(duì)，與業(yè)主一起召開現(xiàn)場(chǎng)視頻會(huì)。會(huì)議大概持續(xù)了半個(gè)小時(shí)，業(yè)主終于得到了滿意的答案。
自項(xiàng)目汽輪機(jī)進(jìn)入調(diào)式后，上汽項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)緊密結(jié)合，急用戶之所急，始終保持著快速的響應(yīng)機(jī)制。前方設(shè)計(jì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地操作，后臺(tái)專家團(tuán)隊(duì)24小時(shí)待機(jī)支援，做到了問題解決不隔天、不過夜。項(xiàng)目成功并網(wǎng)發(fā)電當(dāng)日，業(yè)主特地發(fā)來感謝信，贊賞上海電氣現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員的敬業(yè)精神，為上海電氣全程為石島灣核電項(xiàng)目保駕護(hù)航點(diǎn)贊。
十年磨一劍。項(xiàng)目建設(shè)期間，上海電氣演繹了一幕幕踐行匠人初心，銳意進(jìn)取、砥礪前行的動(dòng)人畫面。相信經(jīng)過首堆四代核能示范項(xiàng)目的歷練，上海電氣的核電實(shí)力定能助力我國從“核大國”向“核強(qiáng)國”邁進(jìn)。
