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秦山二期:奏响核电自主化“春之歌”

作者:
来源:
科技日报
2022/04/14 09:54
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【摘要】:
“这是我国核电工作者记录历史的方式,秦山核电站就像一支‘报春曲’,我国核电事业迎来春天。”中核集团秦山核电党委书记、董事长黄潜如是解读。

秦山二期核电站风光

秦山一期核电站厂房

2014年7月10日,中核集团自主研制的先进核燃料元件(CF3)在秦山核电完成首个燃料循环堆内辐照考验。

2014年6月3日,秦山核电二期工程1号机组111大修提前结束,创造了国内同类型压水堆核电站十年换料大修的最短工期纪录。

2002年2月6日,秦山核电二期工程1号机组首次并网成功。

  从秦山一期30万千瓦机组起步,到秦山二期工程实现核电国产化重大跨越,再到华龙一号示范工程全面建成投运,我国核电技术水平和综合实力跻身世界第一方阵。

  中国工程院院士叶奇蓁开玩笑说:“经过秦山二期,我们哪个国家的设备都见过了,而且都是各国最先进的设备,它们怎么回事我们都清楚。”

  88岁的中国工程院院士叶奇蓁对春天有着别样的感情。

  1986年春天,因为一个美丽的“意外”,阔别故土海宁多年的叶奇蓁被委以重任,从此将个人事业的巅峰之作和家乡紧紧联系在了一起。

  在浙江秦山核电基地的山麓上,至今仍可看到一块刻着“秦山春晓”四个大字的石碑。

  “这是我国核电工作者记录历史的方式,秦山核电站就像一支‘报春曲’,我国核电事业迎来春天。”中核集团秦山核电党委书记、董事长黄潜如是解读。

  在我国核电历史上,秦山二期有着特殊的地位。

  它是我国“九五”期间唯一自主建设的核电站。“自主设计、自主建造、自主运营、自主管理”“大型商用”,字字珠玑,重若千钧,奏出了核电站自主化的“春之歌”。

  2002年4月15日,秦山核电二期工程1号机组正式投入商业运行。20年来,电流从东海之滨的杨柳山下,输向华东电网,点亮了万家灯火。今年3月25日,华龙一号示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组正式具备商业运行条件。

  从秦山一期30万千瓦机组起步,到秦山核电二期工程实现核电国产化重大跨越,再到华龙一号示范工程全面建成投运,我国核电技术水平和综合实力跻身世界第一方阵。

  不可能别人制裁就不干了

  核电,是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能。一颗原子核,直径只有一根头发丝的一亿分之一,却蕴藏着惊人能量。1千克的铀235裂变以后产生的能量,大致相当于2700吨标准煤充分燃烧释放的热量。

  核电是战略高科技产业,是大国必争之地。发展核电是和平时期保持和拥有强大核实力的重要途径。

  在我国核电发展史上,1986年是个重要年份。彼时,近万人的核工业建设大军从祖国西北、西南等地向秦山集结,我国第一座核电站、秦山核电一期工程正如火如荼地展开。

  也就是在1986年前后,面对华东电力日趋紧张的情况,中央决定趁热打铁,紧邻秦山一期,再建设一座大型商用核电站。

  1986年初,经国务院常务会议研究确定采用“以我为主、中外合作”的方针,在秦山核电基地规划建设四台60万千瓦的商用核电机组,分两批建设。

  1986年6月,作为计算机信息管理方面的专家,叶奇蓁在和法国人商讨大亚湾核电站建设计划时,突然接到新任务,让他参与秦山二期工程建设。

  秦山二期设计初期,我国采取中外联合设计路线,决策权在中方。刚从大亚湾回到北京的第二天,叶奇蓁便被叫去参与和外方的谈判,商讨联合设计的事宜。然而,到了20世纪80年代末期,因国际环境变化,中外联合设计路线走不通了。但核电站建设计划不能因此中止。

  “联合设计不成,我们就自己搞。不可能别人制裁,我们就不干了。”身为秦山核电二期工程总设计师,叶奇蓁和团队被逼上“梁山”,开始探索秦山二期自主设计。

  20世纪70年代,叶奇蓁曾参与设计我国生产、发电两用堆,后又组织编制了秦山核电一期工程的计划网络,积累了丰富的核电设计经验。然而,面对秦山二期,他仍然感到困难重重。

  与秦山一期相比,秦山二期不是简单的数字变化——机组功率从30万千瓦提升至60万千瓦,而是由此带来的反应堆堆芯、主回路系统布置以及相关辅助系统等多方面变化,复杂程度大大增加,许多参数要重新试验、计算。更重要的是,按照以往的国际经验,对一个新堆型,应先建原型堆,再建示范堆,成熟后建商用堆。但秦山二期则是国际上首次对新堆型直接进行商用堆建设。

  为了利用好当时中国唯一在建的大型商用核电站,有的技术人员直接参加到大亚湾核电站建设中;有的技术人员利用大亚湾核电站的施工文件,增进学习了解;有的技术人员查阅国际上的文献资料,以补充施工文件上没有的东西。

  然而,如果将大亚湾核电站一回路的三个环路变为60万千瓦核电站两个环路,环路减少一个,所有布局就要重新设计。“归根结底,大亚湾的设计只能当参考,真正的设计还要靠自己摸索。”叶奇蓁总结。

  北京西三环边的马神庙附近,坐落着叶奇蓁当时工作的核工业第二设计研究院(中国核电工程有限公司前身)。刚搬到这里时,附近还是农田,设计院的大楼就坐落在农田之中。因大楼内经常彻夜灯火通明,夜晚远远望去晶莹剔透,当时被外人戏称为“水晶宫”。就是在这里,叶奇蓁和设计人员不分昼夜地围绕秦山二期进行了攻关。

  消息传到法国人耳中,他们对中方的总体设计同样很感兴趣,主动提出派出10名专家前来考察。

  主参数、主系统、总体布置和主设备布局,法国人对这四个设计方案都表示认同,但唯独在两个环路布局上,提出应采用90°夹角布置,认为“有利于提升抗震性能”。

  叶奇蓁等人经过周密考虑后仍然坚持了原来60°夹角的设计。“我们主要考虑今后加一个环路,就可开发百万千瓦级核电站,维持了原60°夹角的设计,亦与国际上大部分环路布置一致。”

  但同时,秦山二期在压力容器上增加了两个管嘴,使其成为六支撑结构。这样既与国际上环路设计一致,又增强了抗震能力。

  凭借着特有的钻研精神,加之对各类经验的总结、吸收、创新,秦山二期依靠自主设计,实现了由30万千瓦原型堆到60万千瓦标准化商用堆的历史性跨越。

  不要认为洋东西就比我们的好

  作为大型商用核电站,秦山二期另一个重要标签就是“商用”。

  “商用”二字意味着其必须严格遵守施工期限、投资规模、技术指标等要求,并且具备大规模、标准化生产条件。这使得秦山二期在设备采购阶段必须“货比三家”,优中选优。

  由于在设计中参考了法国标准,因此法国厂商在设备采购时被优先考虑。法国人同样知道这一点,在谈判过程中要价颇高,并提出如果想获得信贷优惠,就必须所有设备一起打包购买。但时任秦山二期总经理的于洪福并不接招,他决定主动引入竞争,邀请日本、德国、美国等多国厂商共同参与设备竞标。

  效果立竿见影,在当时国际核电市场低迷的大背景下,各国厂商纷纷拿出最优惠的条件参与竞标。最终,由于多方竞争的引入,秦山二期整体设备采购成本较此前降低了30%。

  设备虽然有了,但其多样化来源给后续工作带来了巨大困难。主要设备来自8个国家47个厂商,若加上配件设备,来源国家达20余个,不同设备堆放在一起,好似在举办国际展览会,堪称“万国造”。

  不同设备间的接口标准不一、设计各异,大大小小成千上万的接口需要在后期设计中协调统一。

  叶奇蓁记得,有一次在进行冷却回路的水质接口设计时,美国主泵设备厂商的一位年轻工程师突然跑过来跟中方人员说,设备冷却回路里加次氯酸钠不合理,应该加铬酸钾。

  “冷却系统又不是只冷却主泵,还要冷却其他设备。尤其电机是铜制造的,跟其他材质不一样,怎么能加铬酸钾呢?”叶奇蓁觉得莫名其妙,赶紧回去翻合同,发现和美国签的主泵合同中写的确实是加入铬酸钾。主泵是美国的,但电机可是法国的。他又赶紧让人去查,随后想办法进行协调统一,解决了二者间接口的问题。

  叶奇蓁开玩笑说,“经过秦山二期,我们哪个国家的设备都见过了,而且都是各国最先进的设备,它们怎么回事我们都清楚。”

  但仅仅见过还不够。

  采购来源多样的背后,是当时落后的国产核电装备制造水平。许多设备即使将图纸交到厂家手中,也无法制造。叶奇蓁仍然记得,他前往哈尔滨汽轮机厂考察时看到,其汽轮机叶片生产仍停留在木制模具、手工打造阶段。而当时引进自美国的汽轮机其叶片已采用了先进的可控涡设计,这需要借助三轴甚至五轴数控机床才能实现。

  既然决定了走核电自主化道路,核电装备便不可能永远依靠“万国造”。于洪福同样对此感触颇深,“该合作的要合作,但我们能干的也绝不让,不要认为洋东西都比我们的好,我不迷信这个。”

  最终,通过科研攻关、技术引进、合作制造等方式,秦山二期总计55项关键设备中的47项实现了国产化,包括压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等。我国核电装备制造水平达到了新的高度。尤其是哈尔滨汽轮机厂通过对引进技术的消化、吸收、创新,制造出了我国首台600兆瓦(MW)级核电汽轮机,实际功率达650MW。

  焊缝处也要打上钢印

  “九五”期间我国开工的核电站一共有4座,但秦山二期是唯一自主建设的。在秦山二期核电站的建设现场没有一个外国人,所有的施工管理全部由中国人完成。

  “首堆必拖”是国际核电建设的“魔咒”,秦山二期不信这个。

  秦山二期是我国首次在核电站建设中采用招标制、工程监理制等现代工程项目管理模式,将工程管理水平提升到了全新高度,也奠定了我国后续商用核电站建设的基础模式。最终,秦山二期1号机组在图纸极其紧张的情况下,提前47天投入商业运行,打破“魔咒”,开了个好头。

  提前绝不等于马虎,作为秦山核电二期工程施工总承包单位,从组建开始,中原核电建设公司秦山二期工程项目经理部精心谋划,组织编制了《秦山核电二期工程质量保证大纲》及62个管理程序,对施工单位的技术能力和质保能力进行了严格评审和规范,为项目顺利推进奠定了基础。

  时任中原核电建设公司秦山核电二期工程项目部质保工程师的张齐兵对此印象格外深刻。作为质保工程师,张齐兵要负责本单位和其他分包建设单位的质保管理。

  张齐兵至今记得,核电站防水要求严格,在秦山二期尚未浇筑第一罐混凝土前,要在混凝土垫层上铺设防水垫层。

  “我现在还记得那个工艺,叫作‘氰凝二布五涂’。”张齐兵回忆道,当时由于气候条件不佳,施工人员在无纺布上涂抹防水材料时起了气泡。气泡虽然不大,但混凝土浇灌上去后便会将气泡挤破,防水垫层将出现渗漏。

  海水盐分大,一旦浸入腐蚀,后果严重。张齐兵要求返工重涂。但当时已是四月末,距离既定的正式开工日期仅剩一个多月,此时返工将会给工期带来巨大压力。施工单位坚决不同意。但张齐兵不管,坚持要求返工。“核电站设计寿命是几十年,宁肯后面加快进度累一点,也绝对不能马虎。”

  最终因为这段插曲,施工单位额外付出一周的时间。即使如此,张齐兵也从不妥协。正是由于对每一个质量关口的严把,他今天仍然可以自信地说,秦山二期质量万无一失。

  而在叶奇蓁看来,秦山二期不仅大大推动、完善了我国核安全理念的制度化、法制化、程序化,更是早已将其内化为了精神信仰,写入了每一个中国核电人的基因里,代代传承。“在核电站工作有一个特点,什么事就是什么事,不得弄虚作假,所有的东西都要有记录,即使焊工焊接完后也要在焊缝处打上钢印,终身负责。”

  有核电的地方就有秦山人

  2002年2月6日,秦山二期主控室里,当功率表上的数字从“0”开始不断向上攀升时,整个房间沸腾了,秦山二期1号机组提前23天并网成功。

  现场掌声雷动,人们热情拥抱,甚至喜极而泣。经过2个多月的试运行,4月15日,秦山二期1号机组正式投入商业运行。数千个日夜的艰辛结出了核电自主化最丰厚的果实。

  正因有了秦山二期的尝试与磨练,我国不仅掌握了60万千瓦核电站的设计与制造能力,同时也具备了向100万千瓦发起冲锋的能力。

  20世纪90年代,中核集团开始对自主百万千瓦级核电技术进行攻关,并于1996年提出了177堆芯方案,这也是华龙一号堆芯设计的雏形。华龙一号使用的CF3燃料组件,就是在秦山二期2号机组完成全部长循环辐照考验的。燃料组件性能达到国际同类产品先进水平,为华龙一号建设以及国内核电大规模应用奠定坚实基础。

  2000年,哈尔滨汽轮机厂为秦山二期生产出了我国首台650MW核电汽轮机。2016年,其采用完全自主研发技术设计的华龙一号汽轮机组通过专家评审,评审主任正是叶奇蓁,此时他已是中国工程院院士。

  秦山二期建设中,中国一重浇注了当时我国最大核电用钢锭,填补了核电装备国产化的一块空白。2018年,习近平总书记在中国一重视察其为华龙一号制造的蒸发器管板等核电产品展示后强调指出,制造业特别是装备制造业高质量发展是我国经济高质量发展的重中之重,是一个现代化大国必不可少的。现在,国际上单边主义、贸易保护主义上升,我们必须坚持走自力更生的道路。中国要发展,最终要靠自己。

  岭澳二期核电站、浙江三门核电站、海南昌江核电站……有秦山的地方就有秦山人,那些当初从各个单位汇聚到秦山脚下的年轻人们,如今又散落到了各个核电站。孙云根,硕士毕业即来到秦山二期,任设备处进口科科长,如今已是海南核电有限公司总经理;未晓朋,秦山二期时的学徒焊工,如今已成为核电管道焊接领域的“大国工匠”……他们在各个岗位为中国核电发展贡献力量。

  如今,秦山二期4台机组累计发电超过3045亿千瓦时,机组WANO综合指数连续保持满分,运行业绩处于世界核电行业先进水平,走出了一条我国核电自主发展的路子。

  秦山二期,这个曾经跟在别人后面努力追赶的“学生”,如今已是核电自主化发展中当之无愧的“老师”。当华龙一号向电网送出第一度电,当卡拉奇核电站内响起“中巴友谊万岁”的欢呼,回溯过往,我们终于读懂了秦山二期作为我国首座自主设计、自主建造、自主运营、自主管理的大型商用核电站所承载的意义,四个“自主”是那样掷地有声,重若千钧。(采 写:实习记者 都 芃 策 划:陈 瑜 实习记者孙瑜对本文亦有贡献) 

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