12月6日，山東榮成石島灣，我國具有完全自主知識產權的全球首座第四代核電站——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程在穩(wěn)定電功率水平上正式投產，轉入商業(yè)運行，標志著我國在高溫氣冷堆核電技術領域已處于全球領先地位。

2003年開始，圍繞高溫氣冷堆示范工程，中國華能集團有限公司（以下簡稱“中國華能”）、清華大學、中國核工業(yè)集團有限公司（以下簡稱“中核集團”）等攜手合作、自主創(chuàng)新，打造出一批我國自主研發(fā)設計、自主生產制造的先進核電技術裝備。

從實驗室走向生產線

高溫氣冷堆的多個關鍵技術設備誕生于清華大學實驗室，在從實驗室走向生產線的過程中，中核集團與清華大學瞄準生產線操作重復性、智能化、自動化等特點，開展了大量適應性創(chuàng)新。

“球形燃料元件是石島灣高溫氣冷堆的重要創(chuàng)新。在球形燃料元件純化設備中，原來在學校中的燃料元件空間布局是由人工進行排列，到了工廠后則采用機器人定點操作布局，大大提高了速度和精度，減少了人為影響。”清華大學核能與新能源技術研究院（以下簡稱“核研院”）黨委書記唐亞平說。

主氦風機是高溫氣冷堆的關鍵設備，其作用相當于傳統壓水堆機組主泵，是高溫氣冷堆的“心臟”。“整個主氦風機中最關鍵也最棘手的難題，就是將電磁軸承技術用于主氦風機。”核研院主氦風機項目負責人王宏介紹，電磁軸承優(yōu)勢多，但將其應用于一回路的主氦風機，在世界上沒有先例，應用風險高，研發(fā)難度大。

清華大學在電磁軸承設計、控制及傳感器研制等方面具有領先技術水平。“這也是主氦風機采用電磁軸承技術路線的底氣。”但王宏同時表示，技術先進并不代表能直接落地應用，在主氦風機工程樣機研制初期，國產電磁軸承的產品成熟度及制造工藝等方面都較為欠缺，“比如電磁軸承定、轉子各部件的間隙控制，就涉及多個墊片的現場試裝與墊片厚度配磨。”

為了不影響整體工程進度，開發(fā)團隊采用“國內技術—國外產品互相迭代”的研發(fā)思路，首先以自主研發(fā)的國產電磁軸承為基礎，研制主氦風機工程樣機，驗證其設計可靠性；隨后，利用國外成熟電磁軸承產品，生產用于示范工程的主氦風機產品。與此同時，國產電磁軸承也借助技術反饋，不斷提升產品成熟度，達到后續(xù)工程技術要求，成功從實驗室走向應用一線，最終實現整個主氦風機關鍵部件國產化。

練就裝配“繡花”功夫

作為自主創(chuàng)新的世界首座示范工程，石島灣高溫氣冷堆多臺設備同樣為世界首創(chuàng)，設計新穎、精度要求高，對設備裝配提出極高要求，裝配團隊為此練就出一身“繡花”功夫。

石島灣高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器是世界首臺直流逆流螺旋盤管式蒸汽發(fā)生器，也是目前世界上換熱功率最大、蒸汽出口溫度最高的蒸汽發(fā)生器，諸多設計為世界首創(chuàng)，給裝配帶來挑戰(zhàn)。

“以出口連接管設計為例，每臺蒸發(fā)器有上千支形狀各異的連接管，直徑小、長度大，每支管平均要拐七八個彎。”中核能源科技有限公司（以下簡稱“中核能源”）主設備研究中心主任汪垠告訴科技日報記者，每支連接管的彎如何拐、裝配順序如何排、上千支連接管如何在狹小空間內緊密排列并滿足各項設計要求，這些問題牽一發(fā)而動全身，都需要全局考慮，且沒有任何經驗可供參考。

為了攻克裝配難題，中核能源充分發(fā)揮紐帶作用，推動技術研發(fā)單位清華大學與生產廠家哈爾濱電氣集團有限公司開展聯合攻關，先后設計出3種布管方案，并制作出3套實體模型，順利完成管路走向設計，并確定上千支連接管的裝配工藝順序，推動設備成功應用。

嚴苛調試為機組“排雷”

由于核技術的特殊性，核電站的調試工作有著近乎苛刻的要求，設備從制造下線到最終調試完成、投入運行，中間埋藏著許多預想不到的“雷點”，業(yè)內也將調試工作形象地稱作為機組安全“排雷”。

隔膜壓縮機是示范工程氦氣循環(huán)系統中的核心設備，調試難度大。為了確保設備在各種工況下都能可靠運行，試驗負責人、華能石島灣調試管理辦公室員工楊文明想了多種辦法惡化運行工況，用最嚴苛的條件頂格驗證設備性能。他排列組合出所有可能工況進行分類驗證，用一份詳盡的驗證數據，為設備性能優(yōu)化提供了有力支撐，為后續(xù)系統試驗和反應堆冷態(tài)試驗順利推進打下基礎。

華能石島灣核電公司總經理張延旭介紹，在示范工程調試運行過程中，中國華能和清華大學共同研發(fā)并掌握了高溫氣冷堆特有的調試運行六大關鍵核心技術，為機組后續(xù)穩(wěn)定運行和研發(fā)工作奠定了堅實基礎。

多方共同成立“主設備支持中心”、關鍵技術及設備“聯合總體室”，聯合舉辦核工程碩士班，建立“師徒制”……得益于一系列校企合作創(chuàng)新機制，石島灣高溫氣冷堆突破一大批“從0到1”的關鍵核心技術，解決多項“卡脖子”難題，一批關鍵設備出校園、下產線、進市場，從圖紙“樣品”變成了現實“產品”。

目前，石島灣高溫氣冷堆核電站首臺（套）設備達2200多臺（套），創(chuàng)新型設備有600余臺（套），設備國產化率達到93.4%，推動我國在先進核能技術研發(fā)和核心裝備制造領域自主創(chuàng)新實力不斷增強。

（記者 都 芃）