校企合作推動創新果實“瓜熟蒂落”

　　全球首座第四代核電站正式投產轉入商業運行

　　◎本報記者 都 芃

　　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定電功率水平上正式投產，轉入商業運行，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、中國核工業集團有限公司(以下簡稱“中核集團”)等攜手合作、自主創新，打造出一批我國自主研發設計、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新。

　　“球形燃料元件是石島灣高溫氣冷堆的重要創新。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，開發團隊采用“國內技術—國外產品互相迭代”的研發思路，首先以自主研發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，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生器是世界首臺直流逆流螺旋盤管式蒸汽發生器，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生器，諸多設計為世界首創，給裝配帶來挑戰。

　　“以出口連接管設計為例，每臺蒸發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，中核能源充分發揮紐帶作用，推動技術研發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，為設備性能優化提供了有力支撐，為后續系統試驗和反應堆冷態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，為機組后續穩定運行和研發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和核心裝備制造領域自主創新實力不斷增強。(科技日報)