2016年11月,由中核集團中國核動力研究設計院自主研發設計的“華龍一號”示范工程全球首臺蒸汽發生器研制成功;2017年4月,“華龍一號”反應堆壓力容器完成出廠前考驗,同月,“華龍一號”核電廠安全級DCS平臺“龍鱗”系統通過專家審查,達到技術成熟度等級要求;2017年7月,三代核電棒控棒位系統試驗結束,標志著我國具備了三代核電該系統全套供貨能力……捷報一個個傳來,在關鍵設備自主化這條道路上,核動力院人用一個又一個烙印上“中核”標簽的成果,推動我國自主化三代核電設備制造進入新篇章。
從知其然到知其所以然
在核電站所有主設備中,蒸汽發生器重量最重、造價最高,是最重要的主設備之一。但是由于其設計結構及熱工水力條件復雜,涉及的專業面廣、技術集成度高、需要驗證的試驗多,直到2011年,國內仍然沒有突破大型核電站蒸汽發生器的設計知識產權。“十二五”期間,核動力院將“具有完整的核蒸汽供應系統集成供貨能力”作為發展的重要戰略目標。2011年年底,核動力院成立了院級“核電站項目蒸汽發生器自主設計攻關組”,由主管院領導直接領導,整合院內資源,對蒸汽發生器自主設計進行專項技術攻關。
“以前我們做的僅僅是國外的復制、翻版,雖然完成了二代加核電技術蒸汽發生器的設計,但只能說是知其然。只有自主設計,從源頭做起,掌握核心技術,才能知其所以然!”核動力院設計所三室主任黃偉告訴記者。為此,核動力院3個主體所、近20個專業投入到了設計攻關工作中。為保證設計、試驗各項工作按時推進,從確認實驗參數到制定合格指標,從搭建實驗臺架到完成試驗驗證,從原材料自主供貨到大型鍛件研制,攻關組人員廢寢忘食、不知疲倦,逐個攻破。歷時6年,攻關組最終突破國外技術壟斷,在國內首次實現了對蒸汽發生器的綜合實驗驗證。
九層之臺,起于累土。黃偉告訴記者:“成功不是一蹴而就的。正是靠著院里50余年的工程經驗、技術積累,形成的一批設計團隊,以及先進的試驗設施、高效的項目管理水平,蒸汽發生器自主化設計才能有條不紊地按計劃完成。”
厚積薄發,核動力院在近幾年的設備國產化過程中,快速實現了眾多重大跨越:在核電主管道方面,經過多年攻關,核動力院已經掌握了鍛造主管道的設計、制造、檢驗的核心技術,獲得了多項專利;在核電閥門方面,掌握了核島關鍵閥門設計、制造、試驗及鑒定的核心技術,突破了國外封鎖;院里研制的核電廠安全級DCS系統已經正式供貨國內市場……
展現中國制造的新高度
控制棒驅動機構作為反應堆中唯一運動的關鍵設備,承擔著反應堆的啟動、功率調節、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能,其設備性能直接關系到反應堆運行的安全性和可靠性。上世紀90年代,國際上僅有西屋和阿海琺兩家核電巨頭掌握了設計與制造的關鍵技術。由于技術封鎖,我國只能進口設備而不能掌握關鍵技術。
“這也說明核心技術是買不來的,唯有通過自己的研究開發,才能形成具有自主知識產權的核電設備品牌。”核動力院設計所二室副主任余志偉的話擲地有聲。于是,早在秦山二期核電站建設期間,核動力院就開展了驅動機構的研制。通過5年研究,院里成功研發了ML-A型控制棒驅動機構,性能達到國際同期核電站用驅動機構的先進水平。
進入新世紀,為了實現我國自主研發設計的三代核電技術“華龍一號”更長的設計壽命、更高的抗震等級、更高的可靠性等設計指標,助力“華龍一號”走出去,核動力院人又開展了新一輪的創新——研制適用于三代核電站的控制棒驅動機構。凝心聚力,攻堅克難。核動力院人立足前沿科技,進行攻關,最終成功研制出具有完全自主知識產權的ML-B型控制棒驅動機構。
“控制棒驅動機構熱態運行壽命及抗震能力是驅動機構的關鍵技術指標,現在我們自主研制的ML-B型驅動機構已成功通過1500萬步(約合100年)的熱態壽命以及0.3g的抗震試驗驗證,創造了驅動機構的世界紀錄,處于世界領先水平。”說到這里,余志偉的激動之情溢于言表。除此之外,核動力院還具備了自主研發、自主設計、自主試驗和自主制造各種類型控制棒驅動機構的能力,能夠滿足各種用途的反應堆需求。
同樣,在反應堆壓力容器C型密封環的研制中,為了打破國外壟斷,降低中國核電站運行的技術風險,從2007年開始,核動力院和寧波天生密封件有限公司攜手進行C形密封環的國產化研制工作,歷時近10年,最終實現了國產C形密封環的實堆運行,實現了真正意義上的國產化商用,為我國核電站安全運行建立了一道堅實的防線!
“我們制造,帶來繁榮與成長;我們創造,走向自主和強大。”在核電關鍵設備自主創新道路上,核工業人用自主化、系列化的產品,創造了中國制造新的高度,也彰顯著從核大國邁向核強國的決心。
帶動產業鏈 助力制造業升級
核電是我國“走出去”的一張國家名片。核電關鍵設備的研制與生產涉及材料學、力學、物理學等眾多基礎學科,隨著核電關鍵設備的研制成功,我國核電具有自主創新能力和自主知識產權的產業鏈正在形成。
黃偉告訴記者:“核電主管道的制造和檢驗要求非常高,在主管道研制過程中,核動力院和國內的供貨商針對大型不銹鋼鍛件的冶煉、鍛造、加工及彎制成型等關鍵技術進行了大量的試制和試驗。主管道研發成功,也意味著國內供貨商已經掌握了此類關鍵技術。”
據了解,除了在“華龍一號”的核電設備研制過程中,核動力院與國內核電裝備制造企業通過共同努力,完成了自主三代核電站關鍵設備、關鍵部件、關鍵材料等的自主研發外,同時,在模塊化小型堆關鍵設備研發中,該院還牽頭聯合國內20余家單位,開展了12項主設備攻關,實現主設備全部自主化。目前,該院已實現了40余種不同核電關鍵設備在國內所有在建在役核電廠的供貨,在產品供貨方面實現產值30多億元。核電設備自主化產生的輻射作用正在帶動工業產值的增長。而隨著越來越多核電關鍵設備的國產化,核動力院將和國內設備供應商一同成長,助力制造業升級,用“中核夢”助推中國夢。