压力容器

华龙一号做世界核工业的引领者人民出版社

发布时间:2023/4/29 14:39:18   
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所谓重器,一要既大且重,亦要为系统之重要物件。

华龙一号的核岛中,有成千上万件复杂的各类设备和装置。其中一些设备动辄高达一二十米,重逾数百吨,站在其下仰望,只觉硕大无比,人之与其相比,则渺小已极。如此设备,却与笨重毫不着边,其精密程度仍以毫米相计,故而其材料、设计、制造、安装都面临巨大考验,每一个阶段都有难点,每一段进展都是呕心沥血的产物,正是经过一次次的优化,方能达到如今的水平,是当之无愧的华龙重器。

年8月20日上午,由中国核动力研究设计院自主设计和招标采购、中国一重集团承制的华龙一号全球首堆(福清5号机组)反应堆压力容器现场交付会在中国一重盛大召开。这标志着,反应堆压力容器设计者多年的辛勤与付出终于到了收获的时刻。这一重大时刻是我国自主研发三代核电技术的一次重大实践,也是我国核电事业的重大突破,中国技术、中国制造再度唱响世界。

华龙一号核岛布局示意图

反应堆压力容器用于包容反应堆堆芯部件、堆内构件及控制和测量组件,盛装反应堆冷却剂等工作介质,是防止放射性物质泄漏的第二道安全屏障。华龙一号反应堆压力容器,总高约13米,总重吨,简简单单的数字背后,凝聚的是设计者长达十数年的辛勤努力和付出。中国核动力研究设计院在完成我国首座自主研发设计的60万千瓦核电站秦山核电二期工程后,就启动了自主百万千瓦核电技术的研发工作,在主打产品“二代+”风行之际,核动力院反应堆结构设计研究室的研发团队就将设计目光投向了华龙家族。在“二代+”核电工程设计的基础上,率先提出了“堆芯”方案,即CNP堆型,自主编制了压力容器的总体结构方案文件,并在此基础上研发了CP设计方案,但仍未跳出“二代+”的设计框架。

在日本福岛核泄漏事故后,研发团队未雨绸缪,将他国经验教训转换为设备升级换代的动力,大幅改进了反应堆压力容器的结构设计,以更安全为设计理念,最终形成了目前的华龙一号家族。

华龙一号反应堆压力容器及其设计团队

作为我国首个具有完全自主知识产权的核电机组设计方案,其反应堆压力容器完全由我国自主设计,满足三代核电的安全和功能的要求,同时基于国内制造厂的制造能力进行相关设计及改进,完全实现了国产化,为华龙跨出国门做好了准备。

这是一段漫长的旅程,回首来路,反应堆压力容器在东北黑土地上初具雏形,在渤海之滨完成验收,在福清堆坑中蓄势待发,而它最初的起点是天府之国成都的中国核动力研究设计院。

与以往的“二代+”产品不同,华龙一号反应堆压力容器的设计标准为新版的RCC—M标准(法国《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》的简称)。有别于常用的旧版本,这对于设计团队、制造方、业主都是一个全新的挑战,而设计团队无疑将肩负起更多的责任。从重新对新标准的学习研究,到规范培训;从制造厂的技术交底,到长期驻厂看护其成长;从处理制造厂的技术联系单,到协调三方处理问题……设计人员与反应堆压力容器一起成长,提高自身的核心设计能力,也经历了许许多多难忘的故事。

华龙一号反应堆压力容器

华龙一号反应堆压力容器是如何铸就的,全国五一巾帼标兵、全国三八红旗手罗英最有发言权。

为了弄懂核电压力容器制造过程中的关键技术,罗英驻厂服务六百天,连续三个春节在斗山度过。在制造厂里,工人可以倒班,但作为中方代表的她却不能下班,随时有技术上的问题需要她去解决。现场环境艰苦异常,可罗英同志却硬生生地坚持了下来。

如今,中国核动力研究设计院专门成立了以“罗英”命名的创新工作室,并荣获了四川省首批五一巾帼创新工作室荣誉称号。在创新工作室里,专门陈列着一台华龙一号反应堆压力容器的模型。罗英对这个模型的呵护特别细致,闲暇之时也常常会注视着它。在她的目光中,折射着华龙一号反应堆压力容器问世的艰辛旅途。

年伊始,华龙一号反应堆压力容器的设计工作正式吹响了集结号。

相比于之前的“二代+”核电项目,华龙一号做出了巨大的改进与提升,这就使得反应堆压力容器的结构也要完全重新研究与设计。而这其中尤以反应堆压力容器顶盖的设计过程最为曲折。

年3月,反应堆压力容器科研设计阶段的图纸已基本成形。然而,为了进一步提升三代核电的安全性和可靠性,上级要求对反应堆压力容器进行更进一步的改进提升,并严格规定了工程节点。经过反复讨论、反复验证、反复变更,在年3月到7月的四个月里,反应堆压力容器顶盖图纸共计改版11次,终于正式完成了科研设计阶段的结构设计内容。

福清5号机组核反应堆压力容器水压试验

这仅仅是科研设计阶段的改版,之后在年7月到年5月间,由于堆芯测量管座等接口的改动,顶盖的图纸又经历了10余次的改版。年8月,压力容器研发团队完成了施工设计阶段反应堆压力容器顶盖的图纸编校工作,后由于顶盖上控制棒驱动机构的改型,顶盖图纸又进行了适应性修改,后又增加了一体化堆顶结构改进项,在短短的一个月内图纸连续更改了三版,最终才形成了现在的结构容貌,保证了合同的签订和锻件的投料。

年3月至4月,福清5号机组反应堆压力容器制造厂在对热处理曲线进行复查时发现,反应堆压力容器中间热处理、最终热处理、焊接见证件的最终热处理不符合设计方提出的技术要求,这瞬间牵动了设计团队的每一根神经。此时距离规定的反应堆压力容器出厂水压试验还有不到两个月的时间,如果不能按时进行出厂水压试验,必将影响8月的设备交付,必将影响华龙一号的整体工程进度。

制造厂和核电业主接连向核动力院发函询问处理意见,都在焦急地等待着设计方的答复。此时所有的压力都落在了设计人员的身上,如若不能及时处理该问题,必将严重影响反应堆压力容器的交付和工程进度,而若不严谨审慎地处理,那么产品质量、核电运行安全也将无法保证。

福清5号机组核反应堆压力容器起吊

时任压力容器组副组长的邱天召集大家开会商讨处理意见,从材料性能方面、焊接角度、标准规范等方面进行综合考量。翻阅标准、查看资料、影响分析……大家各司其职,各显身手。在与标准的对比中,设计人员发现传统核电强国法国和美国的标准要求并不一致。大家没有一味地迷信外国准则,而是通过比对分析并结合实际的工程经验,提出了自己的解决方案。

第二天一早,顾不上昨夜的疲惫,迎着成都的朝阳,设计团队分头奔赴福清现场及大连制造厂,及时就该问题与核电业主和制造厂技术人员进行沟通。通过长达数月的技术讨论、性能验证、标准分析比对、沟通协调,实现了制造厂技术服务人员、福清现场技术人员以及核动力院设计人员三方联动的局面。我方提出的处理意见终于得到了多方的认可,在确保反应堆压力容器质量的前提下,顺利保证了工程进度,为反应堆压力容器的顺利交付迈出了坚实的一步。

此次解决热处理升降温速率的问题,是我国核电自主研发路上的一个缩影。曾经,我们在核电行业上是“跟跑者”,积极地向欧美核工业强国学习,将其标准规范奉为圭臬。如今,我们已经成为并跑者,对许多工程实际问题有了自己的思考。

福清5号机组核反应堆压力容器吊装

中国的工业基础、技术能力与欧美各国存在着差异,故虽共同追求核安全的信念,但是达到的途径和方法不尽相同。当然,对于欧美核电标准,我们仍须遵守、学习,但同时我们应更加自信、更加客观地去学习和研究,提升我们的核心设计能力。因为我们的心中始终怀揣着一个梦想,那便是做世界核工业的引领者,做核行业标准的制定者。

不忘初心,继续前进。年1月28日东海之滨的福清,在华龙一号全球首堆福清5号机组的穹顶之下,核反应堆压力容器正在缓缓地吊入堆坑。从成都、齐齐哈尔、大连、福清,设计人员越过了山丘,跨过了大海,始终陪伴在它的身旁,默默地注视着这个一路呵护成长的“孩子”迈向属于它的“成年礼”。

福清5号机组核反应堆压力容器的顺利入堆,标志着核反应堆压力容器的旅程暂时告一段落。但是,设计人员的脚步却不敢有丝毫停歇,回到驻地,背起行囊,马上又将出发。

从年起到年成功入堆,近十年的时间,设计人员见证了中国首台三代核电反应堆压力容器诞生的全过程,他们也与之一同成长。当年的它仅停留在大脑中,停留在图纸上,停留在他们的希冀中。当年的他们是青春年少,是满腔热血,是年少有为。回首来路,他们不负青春,不负初心,不负核动力人自主创新、勇攀高峰的使命。不忘初心,牢记使命,继续前进。前往福清,前往卡拉奇,前往漳州,前往海南,见证着中国核电事业一次又一次的腾飞!



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