殼體與內(nèi)件套件
熱氦氣覆蓋板完成裝焊
換熱管對(duì)接焊
吳儒杰 鄭明濤 李 堯
網(wǎng)絡(luò)搜索“哈電集團(tuán)”，幾乎總是和一個(gè)個(gè)“國(guó)之重器”緊密相連。這個(gè)有著共和國(guó)裝備制造業(yè)“長(zhǎng)子”稱號(hào)的哈電集團(tuán)，通過(guò)攻克一項(xiàng)又一項(xiàng)大國(guó)重器的世界級(jí)研發(fā)制造難關(guān)，一次次刷新著世界裝備制造業(yè)領(lǐng)域的最高紀(jì)錄。
9月29日23時(shí)58分，國(guó)家“十一五”科技重大專項(xiàng)——高溫氣冷堆核電站示范工程華能石島灣核電站2#蒸汽發(fā)生器在哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司（以下簡(jiǎn)稱哈電重裝）圓滿完成壓力試驗(yàn)，標(biāo)志著蒸汽發(fā)生器主體制造完成。10月31日，這臺(tái)擁有我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首臺(tái)球床模塊式高溫氣冷堆核電蒸汽發(fā)生器，將在業(yè)主方、總包方、設(shè)計(jì)方、制造方共同見證下，實(shí)現(xiàn)交貨發(fā)運(yùn)。這是我國(guó)首個(gè)自主化國(guó)產(chǎn)化的第四代核電標(biāo)志之作，是又一項(xiàng)堪稱世界工程的大國(guó)重器，哈電集團(tuán)再次創(chuàng)造了一項(xiàng)將永載史冊(cè)的歷史紀(jì)錄。
“這臺(tái)高溫氣冷堆核電蒸汽發(fā)生器的研制成功，從設(shè)計(jì)、材料、工藝各個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了完全的自主創(chuàng)新，為我國(guó)核電在‘一帶一路’中順利走出去開辟了一條全新道路，可以完全不受人制約。”哈電重裝黨委書記、董事長(zhǎng)王守革自豪地總結(jié)說(shuō)。
“可以說(shuō)這個(gè)高溫氣冷堆是一個(gè)為國(guó)爭(zhēng)光的‘爭(zhēng)氣堆’！這個(gè)項(xiàng)目歷時(shí)十年，哈電重裝人十年艱辛磨礪，鑄就國(guó)之重器，將國(guó)之重器的核心技術(shù)牢牢掌握在我們自己手里。全球首臺(tái)球床模塊式高溫氣冷堆核電蒸汽發(fā)生器的自主化國(guó)產(chǎn)化，讓國(guó)之重器不再懼怕‘卡脖子’。”哈電重裝總經(jīng)理高旭光持有相同的觀點(diǎn)。
首個(gè)完全國(guó)產(chǎn)化商用高溫氣冷堆創(chuàng)造核電歷史
作為第四代核電技術(shù)的先進(jìn)代表堆型，石島灣200MW高溫氣冷堆核電站具有固有安全性好、發(fā)電效率高、用途廣泛、小容量模塊化建造等特點(diǎn)，是我國(guó)最新設(shè)計(jì)和開發(fā)的第一座具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具備商用規(guī)模的模塊式高溫氣冷堆示范型核電站，是新一代核能發(fā)電技術(shù)，該工程的建設(shè)對(duì)世界先進(jìn)核能發(fā)電技術(shù)進(jìn)步具有里程碑式的意義。
蒸汽發(fā)生器是高溫氣冷堆核電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，其作用是將核反應(yīng)堆的熱量轉(zhuǎn)換成接近600攝氏度的過(guò)熱蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能，業(yè)內(nèi)稱之為“核電之肺”。高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器采用螺旋管換熱結(jié)構(gòu)，換熱效率更高、結(jié)構(gòu)布置更緊湊，設(shè)備總高約25米，最大外徑約4.5米，總重接近500噸。該設(shè)備的成功制造，將為高溫氣冷堆示范電站的順利實(shí)施和商業(yè)化推廣提供有力保障，為高溫氣冷堆設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化作出重要貢獻(xiàn)。
由哈電重裝承制的高溫氣冷堆石島灣2#蒸汽發(fā)生器這一國(guó)之重器，設(shè)計(jì)方為清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院、總包方為中核能源科技有限公司、業(yè)主方為華能山東石島灣核電有限公司，而從設(shè)計(jì)圖紙到工藝生產(chǎn)，再到產(chǎn)成，實(shí)現(xiàn)這一宏偉藍(lán)圖的，正是哈電重裝這支“國(guó)家隊(duì)”。十年間，面對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)新、材料新、工藝新的全新核電裝備，四方協(xié)同創(chuàng)新一切從零開始，走過(guò)了艱辛的十年。
“期間幾度崩潰、幾度挫敗，可謂步步驚心，邁過(guò)一道道坎，才終于迎來(lái)了柳暗花明。”參與制造的哈電重裝技術(shù)人員80后代表張渲楠、王強(qiáng)、鄭明濤、宿靜靜幾乎都有這樣的感受。
哈電重裝在十年制造歷程中，不斷推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，攻克一項(xiàng)項(xiàng)世界級(jí)制造難題，在項(xiàng)目制造過(guò)程中共形成53項(xiàng)實(shí)用新型和發(fā)明專利，完成18項(xiàng)國(guó)家科技重大專項(xiàng)，十項(xiàng)技術(shù)獲得核能行業(yè)技術(shù)鑒定，哈電重裝成為國(guó)內(nèi)首個(gè)也是唯一完全掌握第四代核島主設(shè)備蒸汽發(fā)生器制造技術(shù)的企業(yè)。
創(chuàng)建核電“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新典型模式
高溫氣冷堆是具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第四代核電技術(shù)，從原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到制造工藝設(shè)計(jì)均開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)外核電技術(shù)的先河。哈電重裝與清華核研院之間緊密合作，打破國(guó)內(nèi)核電傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，探索出了與研究院所緊密合作的“產(chǎn)學(xué)研用”一體化核電產(chǎn)品設(shè)計(jì)新模式——聯(lián)合設(shè)計(jì)。
聯(lián)合設(shè)計(jì)是高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器特有的一種工程實(shí)踐方式，清華大學(xué)負(fù)責(zé)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算，哈電集團(tuán)負(fù)責(zé)絕大部分施工圖設(shè)計(jì)。這種創(chuàng)新性的工程模式，使產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，在保證蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)要求前提下，對(duì)材料、結(jié)構(gòu)、制造檢驗(yàn)要求等進(jìn)行了系統(tǒng)論證，使其具備良好的經(jīng)濟(jì)性和工藝性。
蒸汽發(fā)生器內(nèi)件連接管布管及裝配工藝設(shè)計(jì)，是整個(gè)高溫氣冷堆的關(guān)鍵設(shè)計(jì)難點(diǎn)，直接影響蒸汽發(fā)生器運(yùn)行的安全。給水連接管和蒸汽連接管的設(shè)計(jì)，既要滿足有限空間內(nèi)的連接管的空間布局，還要滿足產(chǎn)品熱應(yīng)力、流致振動(dòng)、裝配、焊接、檢驗(yàn)及返修操作的可行性。
復(fù)雜形狀連接管工藝設(shè)計(jì)及裝配尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，為開展連接管設(shè)計(jì)工作，哈電重裝派遣設(shè)計(jì)工程師和工藝工程師與清華大學(xué)開展聯(lián)合設(shè)計(jì)，歷時(shí)三年，通過(guò)反復(fù)推敲和論證，在六套設(shè)計(jì)方案中對(duì)比篩選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，并制造了產(chǎn)品1∶1模型，結(jié)合模型對(duì)每支連接管的裝配（裝焊）順序模擬實(shí)際工況進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)的裝配（裝焊）順序進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)對(duì)狹小空間復(fù)雜形狀連接管布管設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化研究，掌握了高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器給水側(cè)、蒸汽側(cè)連接管的布管設(shè)計(jì)原理、連接裝配工藝，通過(guò)模型驗(yàn)證了連接管的裝配移動(dòng)路徑等關(guān)鍵參數(shù)，保證連接管裝配的可行性、焊接及返修操作的可行性。
“蒸汽發(fā)生器整個(gè)制造過(guò)程就是一個(gè)‘產(chǎn)學(xué)研用’結(jié)合協(xié)同創(chuàng)新的典型模式，在這一完整體系中，哈電重裝全程參與設(shè)計(jì)并最終讓圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，彰顯了企業(yè)作為創(chuàng)新主體的重要作用。”高旭光認(rèn)為，這為其他科技型企業(yè)在創(chuàng)新中發(fā)揮主體作用提供了有價(jià)值的借鑒。
核電國(guó)產(chǎn)化，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)撐起安全堡壘
高溫和持久安全是高溫氣冷堆的設(shè)計(jì)理念，蒸汽發(fā)生器特定的運(yùn)行溫度，獨(dú)有的換熱介質(zhì)環(huán)境對(duì)材料提出了更為嚴(yán)苛的要求，開展高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)需要龐大的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作支撐。哈電重裝作為央企，為打破核電制造技術(shù)的國(guó)外壟斷，肩負(fù)著核電技術(shù)國(guó)產(chǎn)化重任和歷史使命，因此在完成國(guó)家科技重大專項(xiàng)高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器制造技術(shù)研發(fā)同時(shí)，以材料國(guó)產(chǎn)化為立足點(diǎn)，為核電技術(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
高溫、高壓是高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的顯著特點(diǎn)。N06625合金、鎳基Incoloy-800H等高溫鎳基合金材料和相應(yīng)的高溫鎳基合金焊接材料，被廣泛應(yīng)用于高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器內(nèi)件高溫部件的加工制造中。該類材料在蒸汽發(fā)生器運(yùn)行溫度環(huán)境下的部分高溫性能數(shù)據(jù)僅來(lái)源于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)或參考文獻(xiàn)中，國(guó)內(nèi)研究幾乎處于空白。哈電重裝與國(guó)內(nèi)外相關(guān)材料供方進(jìn)行了數(shù)十次的技術(shù)交流，與國(guó)內(nèi)潛在供方合作，針對(duì)材料開展了一系列高溫性能試驗(yàn)，積累了詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)和制造提供了保證。
對(duì)高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)，哈電重裝創(chuàng)造性地提出來(lái)將Incoloy800H螺旋盤管和空間彎管、T22螺旋盤管、空間彎管應(yīng)用于核電主換熱設(shè)備的制造中。哈電重裝與國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、供應(yīng)商合作開發(fā)，完全實(shí)現(xiàn)了第四代核電換熱管的國(guó)產(chǎn)化制造。在材料研發(fā)過(guò)程中，克服和解決了Incoloy-800H管和T22管高溫性能降低等瓶頸性難題，創(chuàng)造性提出T22換熱管表面高溫氧化防腐蝕技術(shù)，填補(bǔ)了T22換熱管等鐵素體不耐蝕鋼在高鹽高濕度條件下長(zhǎng)時(shí)間不腐蝕的國(guó)內(nèi)空白，掌握了一套完整的高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器T22換熱管防腐工藝。
