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Ap1000核島主要設備國產化

    The Localization of Main Epuipments in Nuclear lsland for AP1000
    許連義
    (中國機械工業聯合會核電辦公室，北京  100825)

        摘  要：簡要介紹了APl 000主要設備的特點及其制造難度、技術引進和國產化情況。我國將通過前2個核電自主化依托工程項目及其4套機組的建設，引進核電新技術，圍繞國產化進行技術攻關，使APl000的設備國產化比例不斷提高，到第5套機組時基本實現設備國產化。
        關鍵詞：APl000；第三代核電；技術引進：國產化
        Abstract：The article briefly introduces the characteristics，manufacturing difficulty，technology impo~，andlocalization Ofmain eqmpments OfAPl000．China will introduce new nucleartechnology,tackle the keyproblemsOflocalization，through the construction Oftwo nuclearpower selfZreliantprojects with fourumts，making a steadyenhancement of equipment localization rate for APl000，and It will basically realizing a tatal localization for the construction of the fifth unit．
        Keywords：APl000；The thirdgeneration nuclear power；Technology introduction；Equipment localization
1 APl000核島主要設備國產化進展情況
        2006-12—16，中美兩國政府簽訂了MOU  《諒解備忘錄》；2007-03-01，國家核電技術公  司籌備組與西屋聯隊(包括WESTINGHOUSE， WEBSTONE等公司)之間簽訂了引進APl000核  電技術和設備的框架協議；2007-05-22，國家核  電技術有限公司在北京人民大會堂成立；目前，整  個核島系統，包括ll項核島主設備和儀控的設計  ／制造技術引進談判工作已基本結束。
        經過與美國西屋、威布斯通、EMD、SPX、派爾，韓國斗山，意大利安薩爾多等公司多次協商談判，  簽訂了核島設備國內分交生產合同，在第一、第二  座核電廠的4套核島設備中，中方國產化設備價值  比平均約為60％；為滿足這4套核電機組和今后  國產化的需要，國內許多設備制造企業正在進行技  術改造和關鍵工藝攻關的準備工作。
2 APl000主要設備簡介
        APl000為非能動核電廠，電功率1170MW，  核島主設備除了特有的主泵和爆破閥等極少量的設備外，其他主要設備與目前國內為廣東嶺澳核  電擴建項目制造的二代加核電設備相近。如：廣東核電系M 310型，而APl000為M 314型反應堆，其壓力容器僅比M310高0．61m，外徑約4.4m，重374t(CPR一1000的壓力容器重337t)，核燃料組件仍為157組；只是蒸汽發生器為△-125型直立式，每套核電機組有2臺，單臺重633t，高22．5m，每臺有10025根U型管，管的外徑為17．48mm，壁厚1．02mm，管板直徑4．41m，厚0．797m，單臺蒸汽發生器比CPR-1000的重。雖然U型管徑比CPR-1000的細，但其制造仍然是 深孔鉆、脹管、焊接和堆焊等技術和工藝；不過其下部水室封頭則須大型鍛件壓制成型。每臺蒸汽發生器有2臺屏蔽泵垂直懸掛在水室封頭下面，泵的進水口與水室封頭出水口直接進行對接焊，泵的出水口則與主管道焊接，因此，有效地縮短了主管道的長度。圖1為APl000冷卻劑系統主設備布置。
3  APl000核島主要設備的關鍵制造難點
        (1)APl000的主泵是屏蔽泵，是美國電氣機械公司(EMD)獨自開發用于APl000的主泵。與以往采用的軸封式主泵不同，屏蔽泵電機功率為5 500kW，60Hz，6900V，其功率之大、要求之高，使制造過程存在很大困難。電機殼體及用鎳基合金材料屏蔽的電機轉子和定子均是一回路介質的壓力邊界，不允許一回路帶有放射性的水外泄，因此，對厚度僅為0．381mm的屏蔽套材料(HASTEIIOY-C276)的焊接和冷、熱裝配，以及水石墨潤滑軸承、陶瓷密封端子、主泵葉輪和導葉等零部件的加工和裝配精度要求極高；在電機軸上還裝有3個軸承，2個徑向和1個雙向推力軸承，并帶有2個轉動慣量很大的飛輪，而且屏蔽泵必須在1：1的試驗回路上進行型式試驗，在各種性能都滿足APl000核電廠要求后，才能正式投入產品的生產。在第4套核電機組上至少有2臺國產屏蔽泵參與機組運行。屏蔽式主泵結構如圖2所示。

       (2)主回路管道改變了過去的離心鑄造工藝，而采用了鍛造、加工、彎管的整體不銹鋼管道，管道中間不允許有環焊縫，這要求有更多的不銹鋼水，其冶煉、澆鑄、鍛造、熱處理、深孔加工、彎管等工藝都有較大困難。目前，中國第一重型機械集團公司、中國第二重型機械集團公司、上海重工集團公司等都在抓緊研制；中國船舶重工集團公司已試制并彎制成主管道的樣管，國家核電技術有限公司擬組織有關領導、專家和人員前去實地考察，如樣管符合要求，則從首臺機組開始即可實現國產化，否則將在3，4號機組實現。鍛件彎制主管道如圖3所示。

        (3)爆破閥也是APl000非能動裝置中的一種特殊設備，足用電信號引爆炸藥來執行閥門開啟功能的。在核電廠發生設計基準事故和嚴重事故情況下，它執行或協助執行反應堆冷卻劑系統自動卸壓，低壓安注、和安全殼再循環的功能。電控爆破閥結構如圖4所示。

        每臺機組中有12臺3種規格、2種口徑(356mm和203mm)和2種壓力(17．1MPa和1．46MPa)的爆破閥，它采用與ADS系統第1，2，3級不同類型的閥門，達到多樣性的要求，以改善概率安全分析的結果。具體作用是：
        1)第4級自動卸壓：組成自動卸壓系統(ADS)第4級自動卸壓子系統，系2路并聯，每一路的爆破閥通過常開直流電動閘閥連接到反應堆冷卻系統的熱管段，一旦反應堆回路壓力超過限定值，電信號即引爆炸藥，開啟此爆破閥，將主回路水排出，以達到卸壓目的。本子系統共有4臺直徑為356mm的爆破閥。
        2)低壓安注：安全殼內換料水箱(1RWST)的水靠重力通過并聯的2路爆破閥向反應堆堆芯注水。低壓安注回路中有4臺直徑為203mm的爆破閥。
        3)安全殼再循環：再循環水一路通過爆破閥和止回閥，另一路通過爆破閥和常開直流電動閥實現安全殼再循環，實現對堆芯的長期冷卻。低壓再循環回路中有4臺直徑為203mm的爆破閥。
        電控爆破閥的位置如圖5所示。

        在國內核電廠的建設中，雖未使用過爆破閥，但在其他工程中卻有相當的設計／制造基礎和使用經驗。通過技術轉讓和國產化談判，在APl000第4套機組中可完全實現12臺爆破閥的國產化。
        (4)大型鑄鍛件是當前世界采購的緊俏物資，在國際上采購十分困難。APl000反應堆壓力容器所需的大型鑄鍛件必須滿足60年壽命的要求，其中法蘭接管段、一體化上封頭、下封頭的毛胚約需350t的合金鋼錠，但目前只有日本可供貨，且很難訂上貨。國內一重集團已為我國核電擴建項目冶煉鍛造出法蘭接管段，鑄造出不銹鋼泵殼體，鍛造出APl000一體化頂蓋鍛件；該公司也在為型線復雜的蒸發器下部水室封頭翻邊工藝進行試驗，以便與屏蔽泵殼體采取對接焊。采用翻邊工藝則需要更大的鍛造能力、更高的技術和更復雜的工裝，一重集團目前已有1．5萬t的水壓機和600t的鑄鋼能力；二重集團和上海重工集團也分別在制造1．6萬t和1．65萬t的大型水壓機和600t級的鑄錠室。一個國家具有3臺如此大型的水壓機已屬世界之最了，從硬件設施看，為研制三代核電大型鑄鍛件奠定了堅實的基礎。目前，一重集團已為百萬千瓦級核電鍛造出壓力容器和一體化頂蓋；二重集團也鍛造出了管板；上重集團計劃2007年底鍛造出CPR-1000堆內構件的不銹鋼底板。按此情況，我國制造出大型鑄鍛件已為時不遠了。
        APl000的反應堆壓力容器及蒸發器結構如圖6，圖7所示。

      壓力容器、蒸汽發生器等一回路主設備，過去一重、上海鍋爐、東方鍋爐等單位均有生產業  績，因為二代加核電與APl000相差不大，所以在APl000第3，4套機組上完全可以實現國產化，  特別是穩壓器設備，在APl000第l套機組上就完全可以實現國產化。(5)其他設備，包括堆內構件和控制棒驅動機  構也有別于過去的設備。比如，堆內構件更多采用了焊接方式，需要一定的工藝試驗和攻關；驅動機構要進行必要的試驗，以使其材料、零件和加工工藝能滿足60年的壽命要求，在第3，4套機組上可實現國產化。環型吊車和裝卸料機構除第1套由國外供貨外，其余3套皆由國內生產。
      (6)由45mm厚鋼板成型的大型模塊組焊成  核島的安全殼，最大模塊重近千噸，因體積較大，  技術雖由意大利安薩爾多公司負責，但首臺恐怕  還須在國內制造，后幾臺將由中核建23公司和有  關單位負責技術、制造和施工。
      (7)核二、三級閥門近年來國內有關企業已  為秦山、嶺澳核電站供過貨，也積累了一定經驗，  可以繼續為APl000提供部分閥門。
3 主設備設計／制造技術轉讓
      西屋公司轉讓核島工藝與系統設計，提供主  要設備的技術規格書和指導圖，以及核蒸汽供應系統主設備的基礎設計。
      國家核電技術有限公司與西屋電氣公司商定，  其他設備的設計與制造技術由西屋(分包方)聯隊提供。具體的主設備技術轉讓見表1。
      目前，對主設備的設計、制造技術轉讓談判已  基本結束(包括反應堆壓力容器、蒸汽發生器、堆內構件、控制棒驅動機構、反應堆冷卻劑水泵、爆破閥、儀控設備和環型吊車、裝卸料機、安全殼等)。大型鑄鍛件的冶煉、澆注、鍛造、熱處理和核級閥門等不屬本次的技術轉讓范圍，沒有進行談判。

5  結  論
      據不完全初步估計，APl000的4套核島機組每套的國產化價值比例分別為40％，50％，60％和80％，4套機組平均國產化價值比例約為60％，從第5套機組開始可以基本實現國產化。主設備的國產化計劃見表2。