上海核电50年活动征文

50 years of nuclear power activities in Shanghai

【50周年系列活动】
上汽厂核电汽轮机发展回顾

从上个世纪70年代周总理亲自批准的728项目开始,上海核电汽轮机的发展经历了40多年,从无到有、自主创新、跳跃发展的光辉历程。

一、我国第一台秦山核电汽轮机

1978年我国改革开放进入了一个新的发展时期,周总理亲自关注的728项目再次提到议程。1980年底我国与美国西屋公司签订了首个大型成套设备—300MW/600MW火电设备的技术转让合同。当时728工程总体部门认为我国不具备核电汽轮机的制造能力,也应和火电一样采用外国技术和产品。由于西方对核电技术转让的限制,因此728总体部门确定核电汽轮机系统(包括MSR-汽水分离器)直接向国外采购,即使国外公司也无300MW容量全速核电汽轮机的设计制造业绩。我国首个核电站的研制,核电汽轮机技术和产品的发展又走到了一个十字路口:一是,按728总体工程部门建议,进口西方公司的产品(开始与GE、德国KWU、三菱等公司进行技术交流)。按此路线我国核电汽轮机一起步,其核心技术就掌握在外国公司手中,所谓的国产化至多是另部件的加工制造;另一是,走自主创新,自主设计制造的道路。

首先上海汽轮机厂以马佩庆、朱代书等一批核电汽轮机的技术专家提出反对从国外进口,要求自主研制的建议。在时任上海汽轮机厂副厂长总工程师于同尘主持下,广大科技工作者以严谨的科学态度,针对下列2个方面的问题进行了大量细致深入的技术分析工作:

1)总体变更为上汽自主方案的可行性;

2)展示上海汽轮机厂核电汽轮机的设计和制造能力,消除坚持要求进口方案同志的疑虑。

为推出我国第一台核电汽轮机自主方案,上海汽轮机厂就转速与功率、蒸汽腐蚀、热力方案、结构刚性、加工制造等专题一次一次向国家科委、计委、经委、机械部、核电工业部的汇报,自1982年-1983年在上海陆续举行了三次重大专项研讨和汇报会议:

1982年3月延安饭店会议,介绍上海自主创新的核电汽轮机方案;

1982年 7月衡山宾馆会议,对取代原方案的可行性论证;

1982年6月上海市市长汪道函,陈锦华分别做出上海应积极承担我国首台核电汽轮机的批示;

1983年宝山宾馆会议对自主核电汽轮机的扩大设计方案进行评审。

在上海汽轮机厂自主发展核电汽轮机的三次重大会议基础上,中央和上海市政府对首台核电汽轮机的研制给予充分的信任和政策支持。728项目做出我国第一台秦山核电采用上海汽轮机自主设计方案的决策,我国核电汽轮机的设计制造开始了一个全新的自主开发历程。秦山(世界各国相同)的成功经验表明,没有充分的技术贮备,没有政府的信任和政策支持,一个国家要实现核电装备的自主化,只是纸谈兵。

在细致、深入的科学验证基础上,针对核电安全性的要求,为降低首台产品的风险,上海汽轮机在自主核电创新的原则下,充分利用改革开放的有利条件,采取了一条‘以我为主、中外合作’的技术路线。时任总工程师伍能、副总工程师、设计处长郑云之提出了在秦山310MW核电汽轮机的开发中,采取中方设计,外方复核的合作方式。以很小的代价,通过工程服务方式,得到外国公司在核电领域的经验,设计能力的支持,不仅消除了用户和部分同志对第一台核电汽轮机自主设计制造能力的担忧,也为我国的核电产品技术进入国际市场奠定了基础。1991年秦山以及2000年首台出口巴基斯坦等4台机组二十多年成功、优异的业绩,打响了上海核电汽轮机的自主品牌。

二、大容量发电核电汽轮机2大关键技术突破

2006年起,随着核电二代到二代加的CPR1000,单机容量达到近1100MW;2010年后的三代AP1000,华龙1号的1250MW;欧洲的EPR-1700MW;我国的CAP1400、CAP1700等一系列堆型的发展,大容量核电汽轮机的技术和产品进入了一个新的发展阶段。虽然我国大容量高温高压高转速的汽轮机设计制造无论是技术水平、性能、产量、品种均遥居世界领先地位,但同时期,自岭奥半速百万核电项目开始,核电有关部门为半速常规岛核电汽轮机确定的指导方针仍然是只相信老外,要求各个制造厂引进国外技术和产品。目前我国半速百万千瓦核电汽轮机的技术分别来自西门子、法国ALSTOM和日本三菱。在这种外方技术产品控制的不利条件下,我国核电装备制造业再一次面临如何自主创新,如何突破西方国家阻止中国制造的挑战!

大容量半速核电汽轮机的2个关键—长叶片及大直径转子制造技术的突破,创建自主品牌的大容量核电汽轮机产品系列。

关键之一:开发国际领先水平的半速超长叶片系列

长叶片是决定机组容量和效率的关键技术,目前国内三家外国公司推出的核电汽轮机的末级排汽面积为20㎡的1400mm高度等级的长叶片,不能满足三代核电及我国中、北部沿海地区的要求。

为此自2008年起上海汽轮机厂针对性地制定了半速大容量长叶片的开发规划,建立了具有国际先进水平的长叶片设计制造体系,自主设计了世界上最完备的长叶片系列。在此同时,外国公司为长期限制中国核电汽轮机的自主开发,将中国企业控制在加工制造的地位,也加大更长叶片的开发,例如西门子制定的1700mm、ALSTOM的1905mm、三菱的1828mm开发计划。

作为合作伙伴,上海汽轮机必须直接面临西门子同步开1700mm叶片的挑战,开展了一场争夺‘制造权’出生证的斗争。在技术、可靠性、开发周期等各个方面开展了全面的竞争,2008年上海汽轮机厂按市场要求,支持西门子1700叶片的开发计划,在招标中对西门子1700mm叶片出现的技术问题给予多方位的支持,在阳江项目中争得出生证。但2008年因技术以及开发周期的问题无法满足进度要求,西门子又不得不取消了新1700mm叶片模块的计划。在这种形势下,为适应市场的要求,上海汽轮机厂果断地抓住了机遇,推出充分技术储备,自主开发的1710mm叶片,并首次取代西门子技术在AP1000项目中标,以自主知识产权的‘上海核电制造’直接将西门子的新长叶片模块压制在摇篮中。虽然西门子随后以各种方式,长达数年的努力,但其产品业绩仍然停留在1400mm,20㎡等级,始终无法跟上大容量核电的发展步伐。2个1700mm叶片出生证之争以上海汽轮机3个等级长叶片的优势全面压倒西门子而结束。

20㎡的1400mm叶片相比,上海汽轮机厂超长叶片系列容量大幅度扩展到25㎡的1710mm、30㎡的1905mm、36㎡的2200+。除1710mm叶片已用于我国AP1000,1205MW项目外;1905mm叶片已完成所有的设计试验制造,进入产品应用流程;世界上最大排汽面积的2200+叶片已完成设计,进入待产品试验流程。

具有国际先进水平超长叶片系列开发不仅标志着上海核电制造的技术和产品有跳跃性的提升,而且夺回了核电自主开发的品牌,为走入国际市场奠定了基础。

关键之二:焊接转子技术-大容量核电汽轮机的必由之路

除叶片之外,转子直径是另一个代表核电汽轮机容量和性能等级的关键设计参数。相对整锻转子直径不超过2800mm的限制,焊接转子是第三代大容量半速核电汽轮机发展的必由之路。

2016年上海汽轮机厂完成首个世界上最大直径为3130mm的1905叶片的试验焊接转子。上海汽轮机厂是世界上少数完全具有焊接转子独立自主知识产权的公司之一,2018年4月核电焊接转子技术推进会展示了上海制造焊接转子技术50年的发展里程,制造水平和能力均具世界领先水平。

三、我国第一个容量210MW等级的高温气冷堆核电汽轮机

2008年我国启动了发电容量为210MW的石岛湾高温气冷堆示范电厂项目。上海汽轮机对整个核电系统的热力过程、防水蚀技术、热力性能的分析和科学论证,在招标中提出核电热力系统无汽水分离器的优化方案,得到专家的认同,从而承接了我国、乃至世界上首台210MW容量高温气冷堆全速高压高温核电汽轮机的研制任务,处于核电高端领域的前列。

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