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(chan) 轉入商業(ye) 運行

　　◎本報記者 都 芃

　　12月6日，山東(dong) 榮成石島灣，我國具有完全自主知識產(chan) 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範工程在穩定電功率水平上正式投產(chan) ，轉入商業(ye) 運行，標誌著我國在高溫氣冷堆核電技術領域已處於(yu) 全球領先地位。

　　2003年開始，圍繞高溫氣冷堆示範工程，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(ye) 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(chan) 製造的先進核電技術裝備。

　　從(cong) 實驗室走向生產(chan) 線

　　高溫氣冷堆的多個(ge) 關(guan) 鍵技術設備誕生於(yu) 清華大學實驗室，在從(cong) 實驗室走向生產(chan) 線的過程中，中核集團與(yu) 清華大學瞄準生產(chan) 線操作重複性、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，到了工廠後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(wei) 影響。”清華大學核能與(yu) 新能源技術研究院(以下簡稱“核研院”)黨(dang) 委書(shu) 記唐亞(ya) 平說。

　　主氦風機是高溫氣冷堆的關(guan) 鍵設備，其作用相當於(yu) 傳(chuan) 統壓水堆機組主泵，是高溫氣冷堆的“心髒”。“整個(ge) 主氦風機中最關(guan) 鍵也最棘手的難題，就是將電磁軸承技術用於(yu) 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(you) 勢多，但將其應用於(yu) 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、控製及傳(chuan) 感器研製等方麵具有領先技術水平。“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，技術先進並不代表能直接落地應用，在主氦風機工程樣機研製初期，國產(chan) 電磁軸承的產(chan) 品成熟度及製造工藝等方麵都較為(wei) 欠缺，“比如電磁軸承定、轉子各部件的間隙控製，就涉及多個(ge) 墊片的現場試裝與(yu) 墊片厚度配磨。”

　　為(wei) 了不影響整體(ti) 工程進度，開發團隊采用“國內(nei) 技術—國外產(chan) 品互相迭代”的研發思路，首先以自主研發的國產(chan) 電磁軸承為(wei) 基礎，研製主氦風機工程樣機，驗證其設計可靠性；隨後，利用國外成熟電磁軸承產(chan) 品，生產(chan) 用於(yu) 示範工程的主氦風機產(chan) 品。與(yu) 此同時，國產(chan) 電磁軸承也借助技術反饋，不斷提升產(chan) 品成熟度，達到後續工程技術要求，成功從(cong) 實驗室走向應用一線，最終實現整個(ge) 主氦風機關(guan) 鍵部件國產(chan) 化。

　　練就裝配“繡花”功夫

　　作為(wei) 自主創新的世界首座示範工程，石島灣高溫氣冷堆多台設備同樣為(wei) 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(wei) 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台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(wei) 世界首創，給裝配帶來挑戰。

　　“以出口連接管設計為(wei) 例，每台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(ge) 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(nei) 緊密排列並滿足各項設計要求，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(wei) 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(yu) 生產(chan) 廠家哈爾濱電氣集團有限公司開展聯合攻關(guan) ，先後設計出3種布管方案，並製作出3套實體(ti) 模型，順利完成管路走向設計，並確定上千支連接管的裝配工藝順序，推動設備成功應用。

　　嚴(yan) 苛調試為(wei) 機組“排雷”

　　由於(yu) 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(cong) 製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(ye) 內(nei) 也將調試工作形象地稱作為(wei) 機組安全“排雷”。

　　隔膜壓縮機是示範工程氦氣循環係統中的核心設備，調試難度大。為(wei) 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(yan) 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(wei) 設備性能優(you) 化提供了有力支撐，為(wei) 後續係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，在示範工程調試運行過程中，中國華能和清華大學共同研發並掌握了高溫氣冷堆特有的調試運行六大關(guan) 鍵核心技術，為(wei) 機組後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(guan) 鍵技術及設備“聯合總體(ti) 室”，聯合舉(ju) 辦核工程碩士班，建立“師徒製”……得益於(yu) 一係列校企合作創新機製，石島灣高溫氣冷堆突破一大批“從(cong) 0到1”的關(guan) 鍵核心技術，解決(jue) 多項“卡脖子”難題，一批關(guan) 鍵設備出校園、下產(chan) 線、進市場，從(cong) 圖紙“樣品”變成了現實“產(chan) 品”。

　　目前，石島灣高溫氣冷堆核電站首台(套)設備達2200多台(套)，創新型設備有600餘(yu) 台(套)，設備國產(chan) 化率達到93.4%，推動我國在先進核能技術研發和核心裝備製造領域自主創新實力不斷增強。(科技日報)