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解密“华龙一号”“成龙”之路
来源:经济参考报 时间:2019/4/16 
1997年的一个午后,距离四川成都百余公里的山坳中,一栋两层办公楼里回荡着激烈争论的声音,二十几名科研人员在此讨论着中国自主百万千瓦级核电方案的主要技术参数。他们也许很难想象,彼时种下的“种子”,在二十余年后开花结果,化身为“华龙一号”,这一我国具有自主知识产权的第三代核电技术成果。

按照计划,“华龙一号”全球首堆示范工程――中核集团福清核电5号机组将于近期进行不装核燃料的冷态功能试验,即所谓的“冷试”,这是对机组性能的第一次全面考验。来自中国核动力研究设计院的专家日前接受了《经济参考报》记者的独家专访,揭示了“华龙一号”背后的“成龙”之路。

挺直腰杆

“华龙一号”完全“中国芯”

20世纪90年代初,我国自行设计、建造和运行管理的第一座30万千瓦压水堆核电站――秦山核电站投入运营。上文所述的1997年的那次讨论发生时,秦山核电站的二期主体工程正在建设,工程设计装机容量为两台65万千瓦压水堆核电机组。

“华龙一号”副总设计师、核反应堆及一回路系统总设计师刘昌文参与了那次讨论,“虽然秦山二期还在建设,但那时大家已经在讨论,什么时候中国能有自己的百万千瓦核电机组。”刘昌文回忆说。

在核电站中,核燃料在反应堆内发生反应放出核能,产生蒸汽驱动汽轮机,带动与汽轮机同轴的发电机发电,实现核能到热能再到电能的热量转换。其中的核燃料就好像一大把插在筷子笼里的筷子,这些“筷子”的数量以及排列方式,是一个核电机型最核心最重要的特征之一。

在国外的“121堆芯”“157堆芯”等技术的基础上,1997年的那次讨论创新性地提出了“177堆芯”的概念。虽然此后基于这一概念的核电机型经历了参研单位调整、技术要求变化、技术方案优化等历程,但直到“华龙一号”,“177堆芯”这一核心特征仍然未变,这一设计不仅可使核电机组的发电功率得到5%至10%的提升,同时也降低了堆芯内的功率密度,提高了核电站的安全性。

“华龙一号”的另一个重要特点就是采用了“能动+非能动”的安全系统设计。所谓“能动”,即靠电来驱动安全系统,保障核电站运行,但如果在极端情况下,核电站断电了,这时“非能动”就能派上用场,依靠重力、温差和压缩空气等自然力来驱动安全系统,通过蒸发、冷凝、对流、自然循环等自然过程来带走热量。

据了解,国际上众多核电型号中,有的强调“能动”,给安全系统做“加法”,增加冗余,有的型号则强调“非能动”。“华龙一号”融合了两者,既有“能动”的成熟稳定,也有“非能动”在丧失电源情况下的独特优势。

“除了‘177堆芯’和‘能动+非能动’,‘华龙一号’还有一个重要特点,它是我国具有完全自主知识产权的核电型号,共获得七百余件专利和一百余项软件著作权,覆盖了设计技术、专用设计软件、燃料技术、运行维护技术等众多领域。中国核电人可以挺直腰杆,送‘华龙一号’出海。”刘昌文说。

“硬怼”偏见

不眠不休攻坚核心技术

行走在福清核电5号机组的核岛内部,三个20米高的巨大白色圆柱体装置分外显眼,它们的学名叫“蒸汽发生器”,是核电站的主设备之一。

蒸汽发生器地处核电站一回路系统与外部的“两省交界”,堆芯产生的高温高放射性的水流淌在蒸汽发生器内部的传热管中,这些水在此将外部没有放射性的水加热,产生蒸汽,进而发电,它又被称为“核电之肺”,只是与人体不同,在这个“肺”中交换的是热量。

蒸汽发生器结构复杂,内部零件超过一万个,价格昂贵,动辄就上亿元人民币,以往大型核电站的蒸汽发生器的设计技术及知识产权掌握在美国、法国的少数几家设计公司手中。

在“华龙一号”的设计早期,相关方面曾经跟外国的公司谈,打算购买他们的三代核电蒸汽发生器技术,对方有钱赚自然乐见其成。然而,协议中有一个条款始终谈不下来。对方坚持,将来使用了这种蒸汽发生器技术的核电技术如果要出口,必须经过其同意。

“相当于我购买了你的轮胎来造汽车,我卖车的时候还必须通过你同意?”刘昌文回忆起当时的境况仍然难掩气愤。

中国核动力研究设计院此后自筹资金,组建攻关团队,从事蒸汽发生器设计研究近30年的专家张富源担任攻关组组长兼专家组组长。

研制蒸汽发生器,需要合适的蒸汽来测试设备性能,据张富源回忆,当时在河南南阳油田找到符合条件的蒸汽后,为了利用好宝贵的用汽“窗口”时间,实验连续进行,科研人员常常需要24小时守在野外冰天雪地的试验现场,啃馒头、泡方便面更是常事。

结构设计、知识产权、性能验证、软件设计、关键材料国产化、制造技术国产化等技术难关被连续攻克,仅仅27个月后,用于“华龙一号”的第三代核电ZH-65型蒸汽发生器问世,相比之下,美国、法国制造首台三代核电蒸汽发生器的时间用了将近40个月。与此同时,与国外三代核电蒸汽发生器相比,ZH-65型蒸汽发生器产生的蒸汽压力更高、蒸汽湿度更低、经济性更好。

蒸汽发生器只是一个缩影,先进堆芯测量系统、核燃料组件包壳材料……不再被“卡脖子”的故事在“华龙一号”的身上比比皆是。

骤遇“天灾”

好事多磨精益求精

技术上的难题,终究可以解决。但“华龙一号”前进的过程并非一帆风顺,也曾因外界的不可抗力,踩过急刹车。

2011年2月28日,“华龙一号”的前身――CP1000开始进行安全审查,顺利结束后,在3月8日准备开始现场负挖。然而,3月11日,日本东北部和关东首都圈发生里氏9级强震,并引发海啸,日本福岛第一核电站发生放射性物质泄漏事故。受其影响,我国暂停审批核电项目包括开展前期工作的项目,同时,全面审查在建核电站,切实排查安全隐患,确保绝对安全。

“想起来都心酸,‘华龙一号’真是好事多磨。”刘昌文说,“就好像婚礼上迎亲的队伍已经出去了,突然这婚不结了。对一些技术人员来说打击很大,毕竟从1997年开始,十余年的辛苦工作,戛然而止。但是喝闷酒也解决不了问题,大家就相互打气,相互鼓励,对标世界上最先进的技术和最严格的标准,改进我们的‘华龙一号’。”

此后科研人员对“华龙一号”进行了一系列安全升级。比如通过技术改进延长反应堆操纵员不干预的时间,最长可以达到72小时。如果出现事故,通过系统自身的作用能够让反应堆处在一个安全状态,避免人为操作失误。另外还增加了移动消防水泵、移动柴油发电机等应急设施。

“华龙一号”可以抵御目前已出现过的所有台风级别,可以抵御9级烈度的地震以及商用大型飞机的外部撞击。另外,福清核电站三面环海,但都是浅海,排水设施完备,可及时排水、排洪,从选址的角度已经充分考虑到海啸影响的问题。

2015年5月7日, “华龙一号”示范工程――中核集团福清5号核电机组正式开工建设,工期规划了62个月。直到今天,其建设进度都是满足各个时间节点的要求的,“首堆必拖延”的核电魔咒没有出现。

按照计划,“华龙一号”首堆将于近期进行不装核燃料的冷态功能试验,即所谓的“冷试”,这是对机组性能的第一次全面考验,而后便是热态功能试验,如果一切顺利,年底就能装入核燃料,预计2020年投入商运。

“‘华龙一号’遇到的困难太多了,就像爬山,”刘昌文笑着说,“爬到山顶上回头一看,才发现爬了这么高,还真的不容易,但过程中只是一门心思不断前进。”
责任编辑:myadmin
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