核電核島裝備國產(chǎn)化綜述

姚 堯，葛良全（成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院，四川成都，60059）

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核電核島裝備國產(chǎn)化綜述

姚 堯1，葛良全2
（成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院，四川成都，610059）

摘要：近幾年，受能源需求持續(xù)上漲和碳排放下降承諾的雙重壓力，繼續(xù)發(fā)展核電是我國能源戰(zhàn)略的必然選擇。為了適應(yīng)我國核電發(fā)展的需要，大力推進(jìn)核電裝備國產(chǎn)化已成為一個(gè)重大的戰(zhàn)略決策。本文以一重、東方電氣、上海電氣的核電裝備國產(chǎn)化為例，就中國核電核島裝備國產(chǎn)化進(jìn)行了概要性描述。通過對核電裝備國產(chǎn)化整體現(xiàn)狀的研究，提出今后中國核島裝備國產(chǎn)化努力方向。

關(guān)鍵詞：核電裝備；國產(chǎn)化；核島

0　引言

隨著，我國水電廠址越來越少，煤電對環(huán)境的壓力也越來越大，考慮到能源安全和環(huán)境安全，中國發(fā)展核電是必由之路。

目前，我國是世界上第7個(gè)能自主設(shè)計(jì)和建造核電站的國家，有17臺核電機(jī)組運(yùn)行，但核電主設(shè)備來自11個(gè)國家。近年來我國核能設(shè)備國產(chǎn)化率逐步提高，核電站建設(shè)國產(chǎn)化率超過60%，其中核島設(shè)備市場，東方電氣和上海電氣合計(jì)所占的市場份額已達(dá)到90%?！?十二五”期間，核電裝備發(fā)展將重點(diǎn)圍繞核電技術(shù)、裝備制造和關(guān)鍵材料三個(gè)方面展開。

圖1為一個(gè)壓水堆核電站的原理框圖， 核島包括反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、主泵、穩(wěn)壓器等主要大型設(shè)備；常規(guī)島則有汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、除氧器、給水泵、汽水分離再熱器等設(shè)備。本文將依據(jù)圖l對核電站主要設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)行概要性描述。

1　中國核電裝備制造業(yè)總體情況

我國核電裝備制造業(yè)起步較晚，整體實(shí)力較弱，生產(chǎn)技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)相比有一定差距。不過，近幾年來我國核電裝備制造業(yè)發(fā)展迅速，在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)后，積極創(chuàng)新，努力提高我國核電自主化的發(fā)展水平。

目前，我國已初步形成以上海電氣、哈爾濱電氣、東方電氣、中國一重、中國二重等企業(yè)代表，以上海、東北、四川三地為中心的三大核裝備生產(chǎn)基地，初步具備年產(chǎn)10套左右100萬kW級核島主設(shè)備的能力。上海、廣東、山東、江蘇、湖北等地明確創(chuàng)建以核電裝備及配套產(chǎn)品為主的核電產(chǎn)業(yè)園區(qū)，有的已初具規(guī)模。盡管我國具備國內(nèi)加工、制造大部分核島設(shè)備和常規(guī)島主設(shè)備的條件，但未能掌握全部技術(shù)，部分關(guān)鍵技術(shù)仍要依賴國外。比如秦山一期核電站頭幾年運(yùn)行業(yè)績良好，負(fù)荷因子達(dá)80%以上，連續(xù)運(yùn)行最高到200天，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)第四次燃料循環(huán)運(yùn)行后進(jìn)入換料和計(jì)劃檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)了堆內(nèi)構(gòu)件機(jī)械損壞，花費(fèi)上千萬美元聘請美國西屋公司幫助修復(fù)。原因是沒有掌握核島的全部設(shè)計(jì)技巧，在設(shè)計(jì)中存在一定的技術(shù)盲區(qū)和缺陷。

2　 我國核電核島裝備國產(chǎn)化現(xiàn)狀

核電裝備主要包括：核島設(shè)備、常規(guī)島設(shè)備、輔助設(shè)備、儀表控制系統(tǒng)、核電材料。評價(jià)核電裝備國產(chǎn)化現(xiàn)有能力，首先評價(jià)5項(xiàng)主要設(shè)備的現(xiàn)有國產(chǎn)化能力，。因?yàn)檫@5項(xiàng)主設(shè)備的造價(jià)約占設(shè)備總造價(jià)的一半；核電裝備為核一級或重要設(shè)備，技術(shù)要求高；這些設(shè)備是檢驗(yàn)國產(chǎn)化能力的關(guān)鍵設(shè)備，也是科研攻關(guān)或引進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。

2.1壓力容器

壓力容器用于固定和包容堆芯及堆內(nèi)構(gòu)件，使核燃料的裂變反應(yīng)限制在一個(gè)密封的空間內(nèi)進(jìn)行。它和一回路管道共同組成高壓冷卻劑的壓力邊界，是防止放射性物質(zhì)外逸的第二道屏障之一。目前，國內(nèi)有設(shè)計(jì)、制造核潛艇、30萬千瓦、60萬千瓦反應(yīng)堆壓力容器的經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)核電設(shè)備供應(yīng)商已基本掌握了AP1000大型鍛件制造技術(shù)，但企業(yè)的過程控制水平，無論是成本控制、工藝控制還是質(zhì)量控制還有很大的提升空間，關(guān)鍵是要對上、下封頭的壓制、加工及環(huán)縫、接管段、安全段的焊接等技術(shù)進(jìn)行研究。

2.2堆內(nèi)構(gòu)件

反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件包括裝在反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯上部支撐結(jié)構(gòu)、堆芯下部支撐結(jié)構(gòu)及壓緊彈簧等，是核設(shè)備中最關(guān)鍵設(shè)備之一。該設(shè)備國內(nèi)已有30萬千瓦核電站的設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)，有60、100萬千瓦部分的制造經(jīng)驗(yàn)，分包過嶺澳100萬千瓦核電站的堆內(nèi)構(gòu)件。上海電氣第一機(jī)床廠是主要制造企業(yè)，形成了30萬、60萬、100萬千瓦壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件的生產(chǎn)系列。

2.3蒸汽發(fā)生器

蒸汽發(fā)生器利用一回路冷卻劑從反應(yīng)堆中帶出的熱量加熱二回路給水并使其產(chǎn)生飽和蒸汽，干燥后供給二回路合格的蒸汽，是連接核電站一、二回路的關(guān)鍵設(shè)備。

圖1　核電站工作原理示意圖

二重在核電蒸汽發(fā)生器和管板鍛件方面已能批量制造，蒸汽發(fā)生器錐形筒體中筒節(jié)、下筒節(jié)等鍛件已實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，管板產(chǎn)品的合格率穩(wěn)定在80%以上。二重還成功鍛造出了整體技術(shù)參數(shù)和性能要求很高的3支核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)。2010年，二重成功鍛制2支AP1000核電站蒸汽發(fā)生器關(guān)鍵鍛件管板。與CPRl000管板相比，該管板屬超大特厚餅形件，探傷要求嚴(yán)，鍛造難度極大。它的鍛制成功是國家3代核電技術(shù)國產(chǎn)化的新突破。

2.4主泵

主泵用于驅(qū)動冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)的循環(huán)流動，連續(xù)不斷地將堆芯產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)給水，是核電站一回路的關(guān)鍵設(shè)備。由于其安全性、可靠性、穩(wěn)定性要求很高、制造難度大，我國的百萬千瓦級核電站主泵一直依靠進(jìn)口。其關(guān)鍵技術(shù)研究有機(jī)械密封，推力軸承，輔助系統(tǒng)儀表閥門等方面。

2009年12月7日，國內(nèi)首臺百萬千瓦核電主泵在四川德陽東方阿?，m核泵有限責(zé)任公司成功生產(chǎn)，并發(fā)往廣東嶺澳二期核電站。該產(chǎn)品的研制成功不僅填補(bǔ)了該型主泵國產(chǎn)化設(shè)備的空白，也打破了外商長期對同類產(chǎn)品市場和技術(shù)的壟斷。

哈電集團(tuán)和沈鼓集團(tuán)承擔(dān)AP1000主泵的國產(chǎn)化任務(wù)。東方電氣也在進(jìn)行主泵國產(chǎn)化努力，將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)12臺的目標(biāo)。未來中國將有10臺核電機(jī)組使用APl000主泵。

2.5穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器是控制反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的壓力的重要核島設(shè)備。國內(nèi)已有設(shè)計(jì)、制造30萬千瓦、60萬千瓦核電站和制造百萬千瓦同類產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。該設(shè)備設(shè)計(jì)、制造難度不大，除噴淋裝置和電加熱元件要進(jìn)口，均可立足國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造。

目前，我國承擔(dān)AP1000穩(wěn)壓器的生產(chǎn)廠家分別為上海電氣和東方電氣。三門1號和2號穩(wěn)壓器的生產(chǎn)廠家為上海電氣，海陽1號和2號穩(wěn)壓器的生產(chǎn)廠家為東方電氣。

3　結(jié)論

總的來看可以認(rèn)為我國已初步具備了制造百萬千瓦級核電站核島設(shè)備、常規(guī)島和相關(guān)設(shè)備的能力，但在設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算軟件、工程管理、設(shè)備配套供應(yīng)、集成能力等方面與國外先進(jìn)水平之間存在較大差距。所以，我國在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上，加快國內(nèi)核電裝備的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國核電裝備制造自主化、本土化的目標(biāo)。

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The equipment nationalization of the nuclear island of nuclear powe r station

Yao Yao1，Ge Liangquan2
（The college of Nuclear Technology and Automation Engineering，Chengdu University of Technology）

Abstract：In recent years，rising energy demand and carbon emission reduction commitment double pressure，continue to develop nuclear power is the inevitable choice of China's energy strategy.In order to adapt to the needs of the development of nuclear power in China，and vigorously promote the localization of nuclear power equipment has become a major strategic decision.In this paper， with CFHI， Dongfang Electric，Shanghai electric nuclear power equipment localization，for example，is China's nuclear localization of nuclear island equipment has carried on the summary description.Based on the research of the nuclear power equipment localization of the overall situation，put forward the future direction of China's nuclear equipment localization efforts.

Keywords：nuclear power equipment;Localization;Nuclear Island