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ZH-65型蒸汽發生器:鑲嵌在華龍一號上的閃耀明珠

來源:中國核動力研究設計院 發布日期:2022-06-08

2019年10月1日,在中華人民共和國成立70周年華誕的盛大典禮上,搭載著華龍一號模型的四川彩車從天安門前經過。坐在電視機前的中核集團華龍一號蒸汽發生器總設計師張富源激動地說到:“快看,那就這是我們中國自主研發的華龍一號!”四川彩車上華龍一號四個鮮紅的大字格外醒目,吸引著全世界的目光。

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“契合著國家‘一帶一路’的政策,我國自主研究設計,擁有完全自主知識產權的第三代核電站華龍一號應運而生?!闭勂鹑A龍一號,從1997年一開始就直接參加了這個項目研究設計的張富源頗為自豪地說,華龍一號的皇冠上有一顆璀璨的明珠,它的名字叫“ZH-65型蒸汽發生器”。這顆明珠,承擔著打破國外壟斷,助力我國核電“走出去”的重任。


打破壟斷 從零開始


了解核電站的人都知道,“蒸汽發生器”是核電站不可缺少的主設備之一,是連接核電站一回路系統和二回路系統的樞紐。堆芯產生的高溫、高壓且帶高放射性的反應堆冷卻劑從蒸汽發生器內的U形傳熱管中流過,加熱傳熱管外的水,產生濕度等符合設計要求的飽和水蒸汽,再被送去發電,所以它又被稱為“核鍋爐”。


蒸汽發生器結構復雜,由近萬個零件構成,價格昂貴,每臺動輒就近兩億元。在2007年以前,大型核電站的蒸汽發生器的設計技術及知識產權都掌握在美國、法國等少數幾家設計公司手中。國內百萬千瓦級核電站的蒸汽發生器都是外國公司負責設計的,不但價格昂貴,而且技術轉讓條款也十分苛刻,限制了我國核電產業的發展。

 

“最初設計ACP1000(華龍一號的前身)的時候,也考慮過購買國外的蒸汽發生器技術,但是技術轉讓條款苛刻,使得我們無法接受。要打破技術瓶頸,促進中國核電產業轉型升級,就必須進行自主創新,掌握關鍵技術?!睆埜辉凑f,要攻克核心技術、掌握關鍵技術,就得開展設計技術攻關。要打破外國公司的技術壟斷,獲得完整的自主知識產權,就必須在技術上創新。到了2010年,中核集團公司很有先見地提出了核電要“走出去”的發展思路。ACP1000要能出口,蒸汽發生器要能走出國門,就需要有“出身證”“路條”,技術自主研發的步伐更加的急迫。為解決這一“瓶頸”問題,以實際行動落實集團公司的發展戰略,核動力院及時成立了院級“出口核電站蒸汽發生器自主設計攻關組”,由張富源掛帥,擔任院攻關組組長,兼專家組組長,全面主持技術攻關工作。


“ZH-65型蒸汽發生器”自主研發之路正式開啟。


攻堅克難 自主創新


“當時決定進行蒸汽發生器自主研發的時候,條件很艱苦,沒有經費,也沒有試驗設備,是院領導拍板,我們院自籌經費也要干起來?!闭f到當時的科研條件,張富源感慨地說。除了經費不足外,更艱巨的一點是沒有試驗裝置。但是有了院的大力支持,技術人員都充滿的激情和干勁兒。最終,通過到全國各地調研,在河南南陽石油開采油田建造了利用油田產高溫高壓蒸汽做熱源的國內首個大型、技術先進的汽水分離裝置和管子支承板熱態性能試驗臺架,開始了“ZH-65型蒸汽發生器”的重要試驗。


“那時候是冬天,河南下著大雪,我們團隊就租了一個集裝箱當宿舍,住在油田試驗裝置旁邊,方便我們進行試驗。周圍什么都沒有,吃飯還得騎車到附近的小鎮才能買到?!睆埜辉凑f,為了不耽誤油田正常的工作進度,試驗大多在半夜或雙休日進行,以確保如期完成試驗,取得關鍵試驗數據。


在“ZH-65型蒸汽發生器”研發過程中,有一大難點,就是傳熱管的研發。傳熱管是蒸汽發生器最關鍵的部件,每臺蒸汽發生器有5835根17.48×1.02(mm)規格的因科鎳爾合金U形傳熱管,總重約60噸。2012年以前,這種規格的傳熱管全靠進口,費用高達150萬元一噸。


“必須把用于華龍一號蒸汽發生器上的傳熱管靠我們自己搞出來!”這是張富源給攻關組定下的目標。通過兩年的努力,團隊研究設計出了能抗高溫高壓、耐腐蝕、傳熱性能好的傳熱管,造價降低了一半。


蒸汽發生器的自主化研發就是這么一步一步走過來的。


2015年,經過5年不斷地研究、設計、修改和設計驗證試驗,張富源帶領團隊成員完成了“ZH—65型蒸汽發生器”自主設計技術攻關任務,獲得了該型蒸汽發生器設計技術的完全自主知識產權,拿到了技術出口的“通行證”。

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“ZH—65型蒸汽發生器”高約21米、最“胖”的部位直徑約4.6米、體重365噸,通體亮白,設計人員都稱它為“大白”。


作為國內第一款由中國核電人負責設計、擁有完全自主知識產權、第三代大型壓水堆核電站華龍一號專用的蒸汽發生器,“ZH—65型蒸汽發生器”達到并部分超過了國際第三代核電站蒸汽發生器的技術水平,被譽為華龍一號皇冠上的一顆璀璨明珠。


今后,這顆明珠也將被鑲嵌到華龍一號批量化工程中,繼續閃耀著光輝。


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