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哈电集团:让国之重器不惧“卡脖子”

网络搜索“哈电集团”,几乎总是和一个个“国之重器”紧密相连。这个有着共和国装备制造业“长子”称号的哈电集团,通过攻克一项又一项大国重器的世界级研发制造难关,一次次刷新着世界装备制造业领域的最高纪录。

9月29日23时58分,国家“十一五”科技重大专项——高温气冷堆核电站示范工程华能石岛湾核电站2#蒸汽发生器在哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司(以下简称哈电重装)圆满完成压力试验,标志着蒸汽发生器主体制造完成。10月31日,这台拥有我国完全自主知识产权的全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器,将在业主方、总包方、设计方、制造方共同见证下,实现交货发运。这是我国首个自主化国产化的第四代核电标志之作,是又一项堪称世界工程的大国重器,哈电集团再次创造了一项将永载史册的历史纪录。

“这台高温气冷堆核电蒸汽发生器的研制成功,从设计、材料、工艺各个环节都实现了完全的自主创新,为我国核电在‘一带一路’中顺利走出去开辟了一条全新道路,可以完全不受人制约。”哈电重装党委书记、董事长王守革自豪地总结说。

“可以说这个高温气冷堆是一个为国争光的‘争气堆’!这个项目历时十年,哈电重装人十年艰辛磨砺,铸就国之重器,将国之重器的核心技术牢牢掌握在我们自己手里。全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器的自主化国产化,让国之重器不再惧怕‘卡脖子’。”哈电重装总经理高旭光持有相同的观点。

首个完全国产化商用高温气冷堆创造核电历史

作为第四代核电技术的先进代表堆型,石岛湾200MW高温气冷堆核电站具有固有安全性好、发电效率高、用途广泛、小容量模块化建造等特点,是我国最新设计和开发的第一座具有完全自主知识产权、具备商用规模的模块式高温气冷堆示范型核电站,是新一代核能发电技术,该工程的建设对世界先进核能发电技术进步具有里程碑式的意义。

蒸汽发生器是高温气冷堆核电系统中最关键的设备之一,其作用是将核反应堆的热量转换成接近600摄氏度的过热蒸汽,推动汽轮发电机组产生电能,业内称之为“核电之肺”。高温气冷堆蒸汽发生器采用螺旋管换热结构,换热效率更高、结构布置更紧凑,设备总高约25米,最大外径约4.5米,总重接近500吨。该设备的成功制造,将为高温气冷堆示范电站的顺利实施和商业化推广提供有力保障,为高温气冷堆设备的国产化作出重要贡献。

由哈电重装承制的高温气冷堆石岛湾2#蒸汽发生器这一国之重器,设计方为清华大学核能与新能源技术研究院、总包方为中核能源科技有限公司、业主方为华能山东石岛湾核电有限公司,而从设计图纸到工艺生产,再到产成,实现这一宏伟蓝图的,正是哈电重装这支“国家队”。十年间,面对这个设计新、材料新、工艺新的全新核电装备,四方协同创新一切从零开始,走过了艰辛的十年。

“期间几度崩溃、几度挫败,可谓步步惊心,迈过一道道坎,才终于迎来了柳暗花明。”参与制造的哈电重装技术人员80后代表张渲楠、王强、郑明涛、宿静静几乎都有这样的感受。

哈电重装在十年制造历程中,不断推动技术创新,攻克一项项世界级制造难题,在项目制造过程中共形成53项实用新型和发明专利,完成18项国家科技重大专项,十项技术获得核能行业技术鉴定,哈电重装成为国内首个也是唯一完全掌握第四代核岛主设备蒸汽发生器制造技术的企业。

创建核电“产学研用”协同创新典型模式

高温气冷堆是具有中国自主知识产权的第四代核电技术,从原理结构设计到制造工艺设计均开创了国内外核电技术的先河。哈电重装与清华核研院之间紧密合作,打破国内核电传统设计模式,探索出了与研究院所紧密合作的“产学研用”一体化核电产品设计新模式——联合设计。

联合设计是高温气冷堆蒸汽发生器特有的一种工程实践方式,清华大学负责产品结构设计和相关计算,哈电集团负责绝大部分施工图设计。这种创新性的工程模式,使产学研紧密结合,在保证蒸汽发生器设计要求前提下,对材料、结构、制造检验要求等进行了系统论证,使其具备良好的经济性和工艺性。

蒸汽发生器内件连接管布管及装配工艺设计,是整个高温气冷堆的关键设计难点,直接影响蒸汽发生器运行的安全。给水连接管和蒸汽连接管的设计,既要满足有限空间内的连接管的空间布局,还要满足产品热应力、流致振动、装配、焊接、检验及返修操作的可行性。

复杂形状连接管工艺设计及装配尚无经验可以借鉴,为开展连接管设计工作,哈电重装派遣设计工程师和工艺工程师与清华大学开展联合设计,历时三年,通过反复推敲和论证,在六套设计方案中对比筛选出最优的设计方案,并制造了产品1∶1模型,结合模型对每支连接管的装配(装焊)顺序模拟实际工况进行验证,对计算机模拟设计的装配(装焊)顺序进行优化。通过对狭小空间复杂形状连接管布管设计及工艺优化研究,掌握了高温气冷堆蒸汽发生器给水侧、蒸汽侧连接管的布管设计原理、连接装配工艺,通过模型验证了连接管的装配移动路径等关键参数,保证连接管装配的可行性、焊接及返修操作的可行性。

“蒸汽发生器整个制造过程就是一个‘产学研用’结合协同创新的典型模式,在这一完整体系中,哈电重装全程参与设计并最终让图纸变为现实,彰显了企业作为创新主体的重要作用。”高旭光认为,这为其他科技型企业在创新中发挥主体作用提供了有价值的借鉴。

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