三門一期AP1000核島主設(shè)備制造國產(chǎn)化綜述

劉世輝， 陳富彬， 周新華

三門核電有限公司 浙江臺州 317112

三門一期AP1000核島主設(shè)備制造國產(chǎn)化綜述

劉世輝， 陳富彬， 周新華

三門核電有限公司 浙江臺州 317112

介紹了三門一期AP1000項目核島主設(shè)備制造國產(chǎn)化的歷程，論述了AP1000三代核電技術(shù)與CPR1000二代加技術(shù)的先進性。對AP1000核島主設(shè)備制造企業(yè)在引進吸收國外技術(shù)與國產(chǎn)化道路上采取的措施、技術(shù)提升和獲得的成果進行了討論，為后續(xù)AP1000機組核島主設(shè)備國產(chǎn)化提供參考和借鑒。

核電； 國產(chǎn)化； 綜述

原子能的利用，是人類能源利用史上的一個偉大創(chuàng)舉。但1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故和1979年美國三里島核泄漏，以及2011年日本福島核事故給人們留下了巨大的陰影，加劇了人們對核的恐懼。

隨著世界經(jīng)濟快速發(fā)展，發(fā)展中國家對能源需求進一步增加，石化燃料引起的污染加劇和2015年底巴黎氣候大會達成的減排協(xié)議，使核能作為當(dāng)今世界一種解決溫室效應(yīng)的重要能源利用方式得到重新重視。目前，我國在運、在建核電機組48臺，約 48GW。2015年核準(zhǔn)8臺核電機組，大約 10GW。為了更好地解決環(huán)境問題，未來4～5年約有30臺核電機組要核準(zhǔn)[1]。各國在吸取前車之鑒后，將努力提高安全性作為核電發(fā)展的首要條件。在新核準(zhǔn)的核電機組中，三代核電占據(jù)了絕大部分份額，我國引進消化吸收的AP1000三代核電技術(shù)就是其中之一。2016年5月26日，世界首臺AP1000核電機組——三門1號機組冷試成功，預(yù)示著我國走在了世界核電發(fā)展的前列。

1 三門一期AP1000核島主設(shè)備制造國產(chǎn)化的意義

我國在《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》《核電安全規(guī)劃(2011—2020年)》等文件中明確提出采用世界先進技術(shù)、統(tǒng)一技術(shù)路線的方針策略，把依靠自己的技術(shù)力量同引進國外先進成熟核電技術(shù)與管理經(jīng)驗結(jié)合起來,全面引進消化吸收先進核電技術(shù),達到掌握技術(shù)、降低造價、自我發(fā)展新一代核電技術(shù)的目的,實現(xiàn)自主設(shè)計、自主制造、自主建設(shè)、自主營運[2]。法國、日本和韓國就是成功的例子。所以，核電國產(chǎn)化是我國的一項戰(zhàn)略性選擇，是解決核電技術(shù)瓶頸約束的必由之路,對提升我國重大裝備制造業(yè)的技術(shù)能力意義重大，同時也為我國核電技術(shù)走出去打下堅實基礎(chǔ)。三門核電一期工程就是肩負國家重任的“十二五”工程項目。離三門1號機組投運已越來越近，回顧8年來走過的國產(chǎn)化之路，充滿了艱辛與坎坷。

2 三門核電一期AP1000核島主設(shè)備與CPR1000核島主設(shè)備的差異

AP1000核電站是美國西屋公司設(shè)計的第三代先進壓水堆核電站，單堆兩環(huán)路設(shè)計,采用非能動安全系統(tǒng)，功率1.25GW，設(shè)計壽命60年[3]。AP1000增加了多個關(guān)鍵設(shè)備，在核電站中屬首次設(shè)計、首次制造。同時對CPR1000等二代加核島主設(shè)備的部分結(jié)構(gòu)與工藝進行了改進，提高了設(shè)備的安全性能。一些核島主設(shè)備的鍛件相比CPR1000，設(shè)備尺寸大，部件數(shù)量有所增加。為了滿足電站60年的使用壽命，AP1000對材料的機械性能、耐磨、抗腐蝕、鑒定試驗等提出了更高要求，特別是AP1000的核級閥門、儀表、電纜等，均要做設(shè)備鑒定試驗，接受嚴酷的環(huán)境考驗。

由于AP1000設(shè)計、鑒定試驗等要求的提高，增加了制造難度，并且使制造周期延長，直接提高了機組的造價，還導(dǎo)致了設(shè)備研發(fā)和制造成功率的降低，進而增加了設(shè)備的制造成本。相比CPR1000二代加核電技術(shù)，三門核電一期AP1000機組對核島關(guān)鍵主設(shè)備做了大量的改進，見表1。

表1 AP1000核島主設(shè)備相較CPR1000的主要改進項目

3 三門核電一期AP1000核島主設(shè)備制造國產(chǎn)化的過程和成果

作為AP1000全球首堆的三門1號機組核島于2009年4月澆灌第一罐混凝土。由于AP1000機組的設(shè)計方對核電站的設(shè)備做了大量的改進，技術(shù)要求更高，質(zhì)保要求更嚴，制造難度更大，使用壽命要求更長，因此設(shè)計方、參建方、設(shè)備供貨商都經(jīng)歷了新技術(shù)研究與探索階段，尤其是核島主設(shè)備制造過程中出現(xiàn)了大量的質(zhì)量問題，甚至設(shè)備報廢，這給設(shè)備制造工期、設(shè)備造價等方面帶來了很大影響。為了積極貫徹國家關(guān)于AP1000核電技術(shù)快速國產(chǎn)化的戰(zhàn)略決策，在國內(nèi)核島主設(shè)備主要供貨商還在摸索的背景下，三門核電作為業(yè)主方積極參與到國家核電主導(dǎo)的AP1000核電三代技術(shù)國產(chǎn)化引進工作中，盡管在經(jīng)濟性上做出了犧牲，但在AP1000自主化攻關(guān)平臺上(圖1)積極鼓勵國產(chǎn)化制造，并在2號機組上大規(guī)模實現(xiàn)國產(chǎn)化，從1號機組的10%國產(chǎn)化率提高到2號機組的60%國產(chǎn)化率。

圖1 AP1000三代核電國產(chǎn)化攻關(guān)平臺

3.1 打造產(chǎn)業(yè)鏈同盟，積極支持AP1000核島主設(shè)備國產(chǎn)化

三門核電全力支持國家引進AP1000第三代核電技術(shù)，以及AP1000核電設(shè)備國產(chǎn)化制造，為此，三門核電和國核工程一起與上海電氣、中國一重、哈電重裝公司等國內(nèi)大型制造企業(yè)結(jié)成AP1000制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，打造AP1000設(shè)計、制造、建設(shè)、運營的聯(lián)合航母，鎖定設(shè)備資源，共同承擔(dān)新技術(shù)帶來的風(fēng)險。三門核電與國核一起確定了核島主設(shè)備制造的國產(chǎn)化安排[4](表2)，其中，除了主泵和爆破閥之外，壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機構(gòu)等核島主設(shè)備在三門2號機組中完全實現(xiàn)了100%的國產(chǎn)化，特別是穩(wěn)壓器、安注箱、堆芯補水箱在1號機組的建設(shè)中就實現(xiàn)了國產(chǎn)化[5]，如圖2～圖7所示。

表2 三門一期核島主設(shè)備的國產(chǎn)化制造情況

圖2 2號機組首臺國產(chǎn)化堆內(nèi)構(gòu)件

圖3 2號機組首臺國產(chǎn)化蒸發(fā)器

圖4 2號機組首臺國產(chǎn)化壓力容器

圖5 2號機組首臺國產(chǎn)化主管道

圖6 1號機組國產(chǎn)化堆芯補水箱

圖7 1號機組國產(chǎn)化穩(wěn)壓器

為解除制造廠前期技術(shù)消化投入過大、后期沒有訂單的后顧之憂，三門核電主動出擊，同時也提前鎖定主設(shè)備制造資源，與上海電氣、哈電重裝等核島主設(shè)備制造企業(yè)簽訂了三門二期及后續(xù)項目意向合同[5](表3)，確保了企業(yè)產(chǎn)品制造的連續(xù)性和經(jīng)濟利益。尤其是為了鼓勵最后兩個沒有國產(chǎn)化的核島主設(shè)備，三門核電與國核工程一起與沈鼓集團、中核蘇閥簽訂了三門二期核島主設(shè)備的采購合同，明確在三號機組開始首臺爆破閥的國產(chǎn)化制造，在四號機組開始首臺主泵的國產(chǎn)化制造工作。

在國產(chǎn)化制造的進程中，國內(nèi)各大制造廠也提升了技術(shù)力量，更新?lián)Q代了制造裝備，制造能力得到極大提高。

例如上海電氣上核公司在2號機組核島主設(shè)備制造過程中，在質(zhì)保體系建設(shè)、制造能力提升、人才隊伍建設(shè)、企業(yè)管理提升等方面付出了艱辛的努力和高昂的代價。上核公司對美國機械工程師協(xié)會(ASME)規(guī)范進行仔細研究消化，根據(jù)西屋技術(shù)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品設(shè)計圖紙和技術(shù)要求，對關(guān)鍵工藝難點通過工藝試驗、科研攻關(guān)進行技術(shù)開發(fā)，并積極進行蒸汽發(fā)生器制造國家重大專項的相關(guān)研究，掌握了關(guān)鍵制造技術(shù)，如管板鎳基埋弧堆焊技術(shù)、管板深

表3 三門后續(xù)項目核島主設(shè)備國產(chǎn)化制造情況

孔加工技術(shù)、U形管管板定位脹及全程液壓脹接技術(shù)、U形管管板焊接技術(shù)、U形管防變形熱處理技術(shù)，以及泵殼裝配、機加工及焊接技術(shù)等。為了建立完善的質(zhì)量保證體系，上核公司按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[8-9]、合同要求及公司實際情況編制了《三門項目AP1000核電產(chǎn)品質(zhì)量保證手冊》，同時引用了27份程序文件作為補充。為了建立并完善適合AP1000項目的核設(shè)備制造項目管理體系，由公司一把手帶隊，抽調(diào)各部門精兵強將組成AP1000國產(chǎn)化項目管理團隊，摸著石頭過河，不斷摸索，并結(jié)合其它項目的管理模式，歷經(jīng)了三個管理階段的變革，有效保證了三門2號機組蒸汽發(fā)生器制造工作在健康有序的狀態(tài)下推進。

3.2 克服進度、成本壓力，全力支撐核島主設(shè)備國產(chǎn)化

在AP1000國產(chǎn)化的過程中，三門核電一期工程承受了巨大的壓力。AP1000核島主設(shè)備的快速國產(chǎn)化導(dǎo)致很多設(shè)備出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量問題和進度延誤，如1號機組的主管道、穩(wěn)壓器、堆芯補水箱，以及2號機組的蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件等，這些設(shè)備都處在工程施工的關(guān)鍵路徑上(表4)，其交付進度延誤直接影響了現(xiàn)場相關(guān)區(qū)域的施工進展，對三門核電整體項目進度造成了嚴重的影響，進而使三門核電一期工程的建設(shè)成本大幅度增加。然而，考慮到AP1000核電技術(shù)國產(chǎn)化的重要性及對我國后續(xù)核電發(fā)展的影響，三門核電始終認為這樣的犧牲是值得的。

3.3 三門核電在AP1000核島主設(shè)備國產(chǎn)化中的應(yīng)對措施

為了實現(xiàn)AP1000核島主設(shè)備的國產(chǎn)化，三門核電和國家核電及相關(guān)企業(yè)一起落實AP1000技術(shù)轉(zhuǎn)讓的圖紙交付、人員培訓(xùn)、技術(shù)支持及質(zhì)保監(jiān)督，組織協(xié)調(diào)企業(yè)有序推進相關(guān)設(shè)備的制造，從文件吸收轉(zhuǎn)化、材料采購、制造文件準(zhǔn)備、設(shè)備制造等各個環(huán)節(jié)入手，幫助國內(nèi)企業(yè)充分理解和消化相關(guān)法規(guī)，完善質(zhì)保體系，改進制造工藝，幫助掌握AP1000設(shè)備制造技術(shù)，并建立嚴謹、規(guī)范的核電設(shè)備質(zhì)保體系。

表4 三門核電一期工程主設(shè)備交貨延誤情況

在國產(chǎn)化過程中還學(xué)習(xí)了國外先進的企業(yè)管理經(jīng)驗，對國內(nèi)制造廠的成長起到了重要的推進作用。在三門核電一期工程主設(shè)備國產(chǎn)化進程中出現(xiàn)問題和遇到困難時，三門核電仍然積極支持設(shè)備國產(chǎn)化，采取一切可能的措施積極幫助和支持國內(nèi)企業(yè)攻堅克難，解決技術(shù)和工藝難題。

例如：在1號機組主管道、穩(wěn)壓器、堆芯補水箱等首次國產(chǎn)化設(shè)備的制造過程中，出現(xiàn)技術(shù)偏離和制造不符合規(guī)定等問題時，三門核電積極協(xié)調(diào)西屋公司給予分析評估和技術(shù)支持，并協(xié)調(diào)采購方向西屋支付相應(yīng)的評估費用；在三門2號機組反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件等主設(shè)備國產(chǎn)化制造過程中[10]，三門核電主動向國內(nèi)制造廠反饋三門1號機組相應(yīng)設(shè)備國外制造的經(jīng)驗，并協(xié)調(diào)1號機組的國外供貨廠家在必要時對國內(nèi)供貨廠給予技術(shù)支持；同時，三門核電安排有1號機組監(jiān)造經(jīng)驗的人員到國內(nèi)主設(shè)備制造廠駐廠監(jiān)造，在把關(guān)設(shè)備質(zhì)量的同時也為國內(nèi)制造廠提供了一定幫助(圖8)。上述措施為國內(nèi)制造廠的逐步成熟起到了助推作用。

圖8 三門核電與上海電氣解決三門 2號機組控制棒驅(qū)動機構(gòu)接線盒問題

4 總結(jié)

在三門核電一期工程建設(shè)中，設(shè)計滯后、設(shè)計變更、設(shè)備鑒定試驗，以及國產(chǎn)化過程中設(shè)備制造質(zhì)量問題等因素導(dǎo)致的設(shè)備進度延誤，在很大程度上增加了設(shè)備方面的投入和項目建設(shè)成本，但這些都是AP1000技術(shù)引進和首堆建設(shè)難免要交的學(xué)費。隨著三門1號機組的建成，及后續(xù)項目的陸續(xù)推進，AP1000的特點和優(yōu)勢會得到更加充分的體現(xiàn)。同時，項目建設(shè)單位、總承包單位、業(yè)主等各方單位的大量參建人員在處理各類問題過程中不斷汲取營養(yǎng)，學(xué)習(xí)、積累了核電建設(shè)和管理經(jīng)驗，這將是我國三代核電可持續(xù)發(fā)展的有力保障，也是三門一期項目為國家核電事業(yè)積累的一筆寶貴財富。

[1] 劉興.裝備國產(chǎn)化是核電“走出去”的重要基礎(chǔ)[J].中國核工業(yè)，2015(6)：29-33.

[2] 新華社.溫家寶主持召開國務(wù)院常務(wù)會議：討論通過能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃，再次討論并通過核電安全規(guī)劃和核電中長期發(fā)展規(guī)劃[N].人民日報，2012-10-25(1).

[3] 許連義.AP1000核島主要設(shè)備的國產(chǎn)化[J].中國核工業(yè)，2007(6)：14-15.

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[7] 王永峰，杜廣波，李浩.AP1000核電關(guān)鍵設(shè)備的制造特點及國產(chǎn)化[J].能源技術(shù)，2010，31(1)：28-33.

[8] 核設(shè)施的質(zhì)量保證大綱要求：ASME NQA-1—2004[S].

[9] 核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定：HAF003[S].

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An introduction was given on localization process during manufacturing of main nuclear island equipment for phase one AP1000 project at Sanmen, Taizhou with a discourse upon the sophistication of the third generation of nuclear power technology AP1000 and CPR1000Ⅱ+technology. Also presented a discussion on the measures taken by the manufacturing enterprises for main AP1000 nuclear equipment during introduction of foreign technology and the course of localization road of manufactures, technology upgrading and obtained results that might provide reference for subsequent localization of primary equipment of AP1000 nuclear island .

Nuclear Power; Localization of Manufactures; Overview

2016年6月

劉世輝(1975— )，男，碩士，高級工程師，主要從事設(shè)備監(jiān)造工作， E-mail：liush@smnpc.com.cn

TL37

A

1674-540X(2016)04-009-06