平台游戏官网:国之重器哈电集团完全国产化商用高温气冷堆创造核电历史,高温气冷堆示范工程第二台蒸汽发生器

4月14日,国家科技重大专项——高温气冷堆核电站示范工程华能石岛湾核电站1#蒸汽发生器在哈电集团重型装备有限公司完成验收,并于4月17日,在相关方的共同见证下交货发运。这是继全球首台球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器产成发运后,哈电集团取得的又一成果,标志着哈电集团承制的拥有我国自主知识产权的两台高温气冷堆蒸汽发生器圆满完工。

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作为第四代核电技术的先进代表堆型,石岛湾200MW高温气冷堆核电站具有固有安全性好、发电效率高、用途广泛、小容量模块化建造等特点,是我国最新设计和开发的第一座具有完全自主知识产权、具备商用规模的模块式高温气冷堆示范型核电站。蒸汽发生器作为高温气冷堆核电系统中最关键的设备之一,其作用是将核反应堆的热量转换成接近600摄氏度的水蒸气,推动汽轮发电机组产生电能,业内称之为“核电之肺”。

网络搜索“哈电集团”,几乎总是和一个个“国之重器”紧密相连。这个有着共和国装备制造业“长子”称号的哈电集团,通过攻克一项又一项大国重器的世界级研发制造难关,一次次刷新着世界装备制造业领域的最高纪录。

据了解,高温气冷堆蒸汽发生器采用螺旋管换热结构,换热效率更高、结构布置更紧凑,设备总高约25米,最大外径约4.5米,总重接近500吨。哈电重装经过十年钻研,先后攻克并掌握了大直径法兰密封面加工技术,大直径马鞍形接管厚壁低合金钢焊接、跑道型大开孔加工,镍基合金管子管板胀接和焊接、低合金耐热钢管子管板胀接和焊接、大直径镍基合金全位置内孔焊接、大厚度镍基合金拼接、换热管对接、厚壁低合金钢窄间隙焊接等30余项关键工艺技术,其中10项技术通过核能行业技术鉴定。

哈电集团的全称是哈尔滨电气集团公司,也即原哈尔滨电站设备集团公司,经国务院国有资产监督管理委员会同意和哈尔滨市工商行政管理局核准,哈尔滨电站设备集团公司自2009年2月24日起更名为哈尔滨电气集团公司。

高温气冷堆蒸汽发生器项目的顺利完工,是我国产学研强强联合促进研发周期长、制造难度大的科技成果市场化的一个成功典范。哈电人肩负起了“承载民族工业希望,彰显中国动力风采”的历史使命,引领着核电重大装备的发展方向。

哈尔滨电气集团公司是由国家“一五”期间前苏联援建的156项重点建设项目中的6项沿革发展而来,是在原哈尔滨“三大动力厂”、阿城继电器厂及哈尔滨绝缘材料厂的基础上,为适应成套开发、成套设计、成套制造和成套服务的市场发展要求,组建而成的我国最大的发电设备、舰船动力装置、电力驱动设备研究制造基地和成套设备出口的国有重要骨干企业集团之一,也是中央管理的54户关系国家安全和国民经济命脉的国有重要骨干企业之一。

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9月29日23时58分,国家“十一五”科技重大专项——高温气冷堆核电站示范工程华能石岛湾核电站2#蒸汽发生器在哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司(以下简称哈电重装)圆满完成压力试验,标志着蒸汽发生器主体制造完成。10月31日,这台拥有我国完全自主知识产权的全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器,将在业主方、总包方、设计方、制造方共同见证下,实现交货发运。这是我国首个自主化国产化的第四代核电标志之作,是又一项堪称世界工程的大国重器,哈电集团再次创造了一项将永载史册的历史纪录。

“这台高温气冷堆核电蒸汽发生器的研制成功,从设计、材料、工艺各个环节都实现了完全的自主创新,为我国核电在‘一带一路’中顺利走出去开辟了一条全新道路,可以完全不受人制约。”哈电重装党委书记、董事长王守革自豪地总结说。

“可以说这个高温气冷堆是一个为国争光的‘争气堆’!这个项目历时十年,哈电重装人十年艰辛磨砺,铸就国之重器,将国之重器的核心技术牢牢掌握在我们自己手里。全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器的自主化国产化,让国之重器不再惧怕‘卡脖子’。”哈电重装总经理高旭光持有相同的观点。

首个完全国产化商用高温气冷堆创造核电历史

作为第四代核电技术的先进代表堆型,石岛湾200MW高温气冷堆核电站具有固有安全性好、发电效率高、用途广泛、小容量模块化建造等特点,是我国最新设计和开发的第一座具有完全自主知识产权、具备商用规模的模块式高温气冷堆示范型核电站,是新一代核能发电技术,该工程的建设对世界先进核能发电技术进步具有里程碑式的意义。

蒸汽发生器是高温气冷堆核电系统中最关键的设备之一,其作用是将核反应堆的热量转换成接近600摄氏度的过热蒸汽,推动汽轮发电机组产生电能,业内称之为“核电之肺”。高温气冷堆蒸汽发生器采用螺旋管换热结构,换热效率更高、结构布置更紧凑,设备总高约25米,最大外径约4.5米,总重接近500吨。该设备的成功制造,将为高温气冷堆示范电站的顺利实施和商业化推广提供有力保障,为高温气冷堆设备的国产化作出重要贡献。

由哈电重装承制的高温气冷堆石岛湾2#蒸汽发生器这一国之重器,设计方为清华大学核能与新能源技术研究院、总包方为中核能源科技有限公司、业主方为华能山东石岛湾核电有限公司,而从设计图纸到工艺生产,再到产成,实现这一宏伟蓝图的,正是哈电重装这支“国家队”。十年间,面对这个设计新、材料新、工艺新的全新核电装备,四方协同创新一切从零开始,走过了艰辛的十年。

“期间几度崩溃、几度挫败,可谓步步惊心,迈过一道道坎,才终于迎来了柳暗花明。”参与制造的哈电重装技术人员80后代表张渲楠、王强、郑明涛、宿静静几乎都有这样的感受。

哈电重装在十年制造历程中,不断推动技术创新,攻克一项项世界级制造难题,在项目制造过程中共形成53项实用新型和发明专利,完成18项国家科技重大专项,十项技术获得核能行业技术鉴定,哈电重装成为国内首个也是唯一完全掌握第四代核岛主设备蒸汽发生器制造技术的企业。

创建核电“产学研用”协同创新典型模式

高温气冷堆是具有中国自主知识产权的第四代核电技术,从原理结构设计到制造工艺设计均开创了国内外核电技术的先河。哈电重装与清华核研院之间紧密合作,打破国内核电传统设计模式,探索出了与研究院所紧密合作的“产学研用”一体化核电产品设计新模式——联合设计。

联合设计是高温气冷堆蒸汽发生器特有的一种工程实践方式,清华大学负责产品结构设计和相关计算,哈电集团负责绝大部分施工图设计。这种创新性的工程模式,使产学研紧密结合,在保证蒸汽发生器设计要求前提下,对材料、结构、制造检验要求等进行了系统论证,使其具备良好的经济性和工艺性。

蒸汽发生器内件连接管布管及装配工艺设计,是整个高温气冷堆的关键设计难点,直接影响蒸汽发生器运行的安全。给水连接管和蒸汽连接管的设计,既要满足有限空间内的连接管的空间布局,还要满足产品热应力、流致振动、装配、焊接、检验及返修操作的可行性。

复杂形状连接管工艺设计及装配尚无经验可以借鉴,为开展连接管设计工作,哈电重装派遣设计工程师和工艺工程师与清华大学开展联合设计,历时三年,通过反复推敲和论证,在六套设计方案中对比筛选出最优的设计方案,并制造了产品1∶1模型,结合模型对每支连接管的装配(装焊)顺序模拟实际工况进行验证,对计算机模拟设计的装配(装焊)顺序进行优化。通过对狭小空间复杂形状连接管布管设计及工艺优化研究,掌握了高温气冷堆蒸汽发生器给水侧、蒸汽侧连接管的布管设计原理、连接装配工艺,通过模型验证了连接管的装配移动路径等关键参数,保证连接管装配的可行性、焊接及返修操作的可行性。

“蒸汽发生器整个制造过程就是一个‘产学研用’结合协同创新的典型模式,在这一完整体系中,哈电重装全程参与设计并最终让图纸变为现实,彰显了企业作为创新主体的重要作用。”高旭光认为,这为其他科技型企业在创新中发挥主体作用提供了有价值的借鉴。

核电国产化,基础数据撑起安全堡垒

高温和持久安全是高温气冷堆的设计理念,蒸汽发生器特定的运行温度,独有的换热介质环境对材料提出了更为严苛的要求,开展高温气冷堆蒸汽发生器的设计需要庞大的基础实验数据作支撑。哈电重装作为央企,为打破核电制造技术的国外垄断,肩负着核电技术国产化重任和历史使命,因此在完成国家科技重大专项高温气冷堆蒸汽发生器制造技术研发同时,以材料国产化为立足点,为核电技术设计提供理论依据。

高温、高压是高温气冷堆蒸汽发生器的显著特点。N06625合金、镍基Incoloy-800H等高温镍基合金材料和相应的高温镍基合金焊接材料,被广泛应用于高温气冷堆蒸汽发生器内件高温部件的加工制造中。该类材料在蒸汽发生器运行温度环境下的部分高温性能数据仅来源于国外标准或参考文献中,国内研究几乎处于空白。哈电重装与国内外相关材料供方进行了数十次的技术交流,与国内潜在供方合作,针对材料开展了一系列高温性能试验,积累了详实的实验数据,为蒸汽发生器的设计和制造提供了保证。

对高温气冷堆蒸汽发生器的设计,哈电重装创造性地提出来将Incoloy800H螺旋盘管和空间弯管、T22螺旋盘管、空间弯管应用于核电主换热设备的制造中。哈电重装与国内相关研究机构、供应商合作开发,完全实现了第四代核电换热管的国产化制造。在材料研发过程中,克服和解决了Incoloy-800H管和T22管高温性能降低等瓶颈性难题,创造性提出T22换热管表面高温氧化防腐蚀技术,填补了T22换热管等铁素体不耐蚀钢在高盐高湿度条件下长时间不腐蚀的国内空白,掌握了一套完整的高温气冷堆蒸汽发生器T22换热管防腐工艺。

哈电重装投入大量的人力、物力和财力,与相关研究机构一道,模拟蒸汽发生器实际运行工况环境下对换热管材料及焊接接头开展了抗水蒸汽氧化试验、晶间腐蚀说明性试验、高温持久及蠕变试验等,为蒸汽发生器的设计选材和设计安全寿命提供了数据支持。

步步创新,步步惊心

石岛湾高温气冷堆蒸汽发生器示范工程,是具有中国自主知识产权的第四代核电技术,从设计、材料和制造处处都需要创新、试验和论证。可谓每一步都是创新,而每一步创新又伴随着步步惊心。“常常艰难地迈过一个坎,紧接着还有无数个坎在等着我们继续跨越。”哈电重装项目管理部部长邱振帮总结说。

哈电重装在十年制造过程中攻克了30余项关键工艺技术,其中高精密换热管对接焊工艺、镍基合金环缝内孔全位置自动TIG焊接工艺、镍基合金焊接材料和焊接接头高温持久试验和低合金材料管子管板仰焊工艺等18项重大工艺技术均为国内首创,达到国际先进水平。

蒸汽发生器换热管高精密焊接及无损探伤,是蒸汽发生器制造过程中难度最大,耗时最长的关键工艺。蒸汽发生器内狭小空间的换热管高精密焊接是制约产品设计和制造的最大难点之一,涉及异种钢对接焊缝(T22与Incoloy800H)、同种钢对接焊缝(800H与800H和T22与T22)三种焊接接头,最小操作空间仅为41mm。在结构上包括螺旋盘管与螺旋盘管对接、螺旋盘管与空间弯管之间的对接接头。考虑到蒸汽发生器运行温度高,以及产品在役涡流检查的可实现性,换热管对接焊缝成型和内在质量要求极为苛刻。产品焊接工艺从无到有,开发及制造历时将近7年之久。

通过与国际知名焊接设备供应商合作开发,哈电重装设计出了适用于蒸汽发生器结构的专用焊接设备。成立专门的换热管生产团队,开展24小时不间断生产模式,工艺技术人员不间断现场服务,多种手段保证了换热管高精密焊接工序的顺利进行。

高温气冷堆蒸汽发生器换热管对接焊缝的无损检验,受到焊接操作空间小、重复曝光操作次数高、无法实现连续操作等因素的制约,严重影响了产品制造进度。为解决这些难题,哈电重装质量控制部无损检测技术人员设计出一种高温堆换热管焊缝专用X射线探伤仪,配备专用工具,可以自由调节机头角度和高度,精确调节和确定探伤仪焦距,满足快速检测需求。不仅保质保量还缩短了制造周期。

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