Ap1000核島主要設(shè)備國產(chǎn)化

    The Localization of Main Epuipments in Nuclear lsland for AP1000
    許連義
    (中國機械工業(yè)聯(lián)合會核電辦公室，北京  100825)

        摘  要：簡要介紹了APl 000主要設(shè)備的特點及其制造難度、技術(shù)引進和國產(chǎn)化情況。我國將通過前2個核電自主化依托工程項目及其4套機組的建設(shè)，引進核電新技術(shù)，圍繞國產(chǎn)化進行技術(shù)攻關(guān)，使APl000的設(shè)備國產(chǎn)化比例不斷提高，到第5套機組時基本實現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化。
        關(guān)鍵詞：APl000；第三代核電；技術(shù)引進：國產(chǎn)化
        Abstract：The article briefly introduces the characteristics，manufacturing difficulty，technology impo~，andlocalization Ofmain eqmpments OfAPl000．China will introduce new nucleartechnology,tackle the keyproblemsOflocalization，through the construction Oftwo nuclearpower selfZreliantprojects with fourumts，making a steadyenhancement of equipment localization rate for APl000，and It will basically realizing a tatal localization for the construction of the fifth unit．
        Keywords：APl000；The thirdgeneration nuclear power；Technology introduction；Equipment localization
1 APl000核島主要設(shè)備國產(chǎn)化進展情況
        2006-12—16，中美兩國政府簽訂了MOU  《諒解備忘錄》；2007-03-01，國家核電技術(shù)公  司籌備組與西屋聯(lián)隊(包括WESTINGHOUSE， WEBSTONE等公司)之間簽訂了引進APl000核  電技術(shù)和設(shè)備的框架協(xié)議；2007-05-22，國家核  電技術(shù)有限公司在北京人民大會堂成立；目前，整  個核島系統(tǒng)，包括ll項核島主設(shè)備和儀控的設(shè)計  ／制造技術(shù)引進談判工作已基本結(jié)束。
        經(jīng)過與美國西屋、威布斯通、EMD、SPX、派爾，韓國斗山，意大利安薩爾多等公司多次協(xié)商談判，  簽訂了核島設(shè)備國內(nèi)分交生產(chǎn)合同，在第一、第二  座核電廠的4套核島設(shè)備中，中方國產(chǎn)化設(shè)備價值  比平均約為60％；為滿足這4套核電機組和今后  國產(chǎn)化的需要，國內(nèi)許多設(shè)備制造企業(yè)正在進行技  術(shù)改造和關(guān)鍵工藝攻關(guān)的準備工作。
2 APl000主要設(shè)備簡介
        APl000為非能動核電廠，電功率1170MW，  核島主設(shè)備除了特有的主泵和爆破閥等極少量的設(shè)備外，其他主要設(shè)備與目前國內(nèi)為廣東嶺澳核  電擴建項目制造的二代加核電設(shè)備相近。如：廣東核電系M 310型，而APl000為M 314型反應(yīng)堆，其壓力容器僅比M310高0．61m，外徑約4.4m，重374t(CPR一1000的壓力容器重337t)，核燃料組件仍為157組；只是蒸汽發(fā)生器為△-125型直立式，每套核電機組有2臺，單臺重633t，高22．5m，每臺有10025根U型管，管的外徑為17．48mm，壁厚1．02mm，管板直徑4．41m，厚0．797m，單臺蒸汽發(fā)生器比CPR-1000的重。雖然U型管徑比CPR-1000的細，但其制造仍然是 深孔鉆、脹管、焊接和堆焊等技術(shù)和工藝；不過其下部水室封頭則須大型鍛件壓制成型。每臺蒸汽發(fā)生器有2臺屏蔽泵垂直懸掛在水室封頭下面，泵的進水口與水室封頭出水口直接進行對接焊，泵的出水口則與主管道焊接，因此，有效地縮短了主管道的長度。圖1為APl000冷卻劑系統(tǒng)主設(shè)備布置。
3  APl000核島主要設(shè)備的關(guān)鍵制造難點
        (1)APl000的主泵是屏蔽泵，是美國電氣機械公司(EMD)獨自開發(fā)用于APl000的主泵。與以往采用的軸封式主泵不同，屏蔽泵電機功率為5 500kW，60Hz，6900V，其功率之大、要求之高，使制造過程存在很大困難。電機殼體及用鎳基合金材料屏蔽的電機轉(zhuǎn)子和定子均是一回路介質(zhì)的壓力邊界，不允許一回路帶有放射性的水外泄，因此，對厚度僅為0．381mm的屏蔽套材料(HASTEIIOY-C276)的焊接和冷、熱裝配，以及水石墨潤滑軸承、陶瓷密封端子、主泵葉輪和導(dǎo)葉等零部件的加工和裝配精度要求極高；在電機軸上還裝有3個軸承，2個徑向和1個雙向推力軸承，并帶有2個轉(zhuǎn)動慣量很大的飛輪，而且屏蔽泵必須在1：1的試驗回路上進行型式試驗，在各種性能都滿足APl000核電廠要求后，才能正式投入產(chǎn)品的生產(chǎn)。在第4套核電機組上至少有2臺國產(chǎn)屏蔽泵參與機組運行。屏蔽式主泵結(jié)構(gòu)如圖2所示。

       (2)主回路管道改變了過去的離心鑄造工藝，而采用了鍛造、加工、彎管的整體不銹鋼管道，管道中間不允許有環(huán)焊縫，這要求有更多的不銹鋼水，其冶煉、澆鑄、鍛造、熱處理、深孔加工、彎管等工藝都有較大困難。目前，中國第一重型機械集團公司、中國第二重型機械集團公司、上海重工集團公司等都在抓緊研制；中國船舶重工集團公司已試制并彎制成主管道的樣管，國家核電技術(shù)有限公司擬組織有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、專家和人員前去實地考察，如樣管符合要求，則從首臺機組開始即可實現(xiàn)國產(chǎn)化，否則將在3，4號機組實現(xiàn)。鍛件彎制主管道如圖3所示。

        (3)爆破閥也是APl000非能動裝置中的一種特殊設(shè)備，足用電信號引爆炸藥來執(zhí)行閥門開啟功能的。在核電廠發(fā)生設(shè)計基準事故和嚴重事故情況下，它執(zhí)行或協(xié)助執(zhí)行反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)自動卸壓，低壓安注、和安全殼再循環(huán)的功能。電控爆破閥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        每臺機組中有12臺3種規(guī)格、2種口徑(356mm和203mm)和2種壓力(17．1MPa和1．46MPa)的爆破閥，它采用與ADS系統(tǒng)第1，2，3級不同類型的閥門，達到多樣性的要求，以改善概率安全分析的結(jié)果。具體作用是：
        1)第4級自動卸壓：組成自動卸壓系統(tǒng)(ADS)第4級自動卸壓子系統(tǒng)，系2路并聯(lián)，每一路的爆破閥通過常開直流電動閘閥連接到反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的熱管段，一旦反應(yīng)堆回路壓力超過限定值，電信號即引爆炸藥，開啟此爆破閥，將主回路水排出，以達到卸壓目的。本子系統(tǒng)共有4臺直徑為356mm的爆破閥。
        2)低壓安注：安全殼內(nèi)換料水箱(1RWST)的水靠重力通過并聯(lián)的2路爆破閥向反應(yīng)堆堆芯注水。低壓安注回路中有4臺直徑為203mm的爆破閥。
        3)安全殼再循環(huán)：再循環(huán)水一路通過爆破閥和止回閥，另一路通過爆破閥和常開直流電動閥實現(xiàn)安全殼再循環(huán)，實現(xiàn)對堆芯的長期冷卻。低壓再循環(huán)回路中有4臺直徑為203mm的爆破閥。
        電控爆破閥的位置如圖5所示。

        在國內(nèi)核電廠的建設(shè)中，雖未使用過爆破閥，但在其他工程中卻有相當?shù)脑O(shè)計／制造基礎(chǔ)和使用經(jīng)驗。通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓和國產(chǎn)化談判，在APl000第4套機組中可完全實現(xiàn)12臺爆破閥的國產(chǎn)化。
        (4)大型鑄鍛件是當前世界采購的緊俏物資，在國際上采購十分困難。APl000反應(yīng)堆壓力容器所需的大型鑄鍛件必須滿足60年壽命的要求，其中法蘭接管段、一體化上封頭、下封頭的毛胚約需350t的合金鋼錠，但目前只有日本可供貨，且很難訂上貨。國內(nèi)一重集團已為我國核電擴建項目冶煉鍛造出法蘭接管段，鑄造出不銹鋼泵殼體，鍛造出APl000一體化頂蓋鍛件；該公司也在為型線復(fù)雜的蒸發(fā)器下部水室封頭翻邊工藝進行試驗，以便與屏蔽泵殼體采取對接焊。采用翻邊工藝則需要更大的鍛造能力、更高的技術(shù)和更復(fù)雜的工裝，一重集團目前已有1．5萬t的水壓機和600t的鑄鋼能力；二重集團和上海重工集團也分別在制造1．6萬t和1．65萬t的大型水壓機和600t級的鑄錠室。一個國家具有3臺如此大型的水壓機已屬世界之最了，從硬件設(shè)施看，為研制三代核電大型鑄鍛件奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前，一重集團已為百萬千瓦級核電鍛造出壓力容器和一體化頂蓋；二重集團也鍛造出了管板；上重集團計劃2007年底鍛造出CPR-1000堆內(nèi)構(gòu)件的不銹鋼底板。按此情況，我國制造出大型鑄鍛件已為時不遠了。
        APl000的反應(yīng)堆壓力容器及蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)如圖6，圖7所示。

      壓力容器、蒸汽發(fā)生器等一回路主設(shè)備，過去一重、上海鍋爐、東方鍋爐等單位均有生產(chǎn)業(yè)  績，因為二代加核電與APl000相差不大，所以在APl000第3，4套機組上完全可以實現(xiàn)國產(chǎn)化，  特別是穩(wěn)壓器設(shè)備，在APl000第l套機組上就完全可以實現(xiàn)國產(chǎn)化。(5)其他設(shè)備，包括堆內(nèi)構(gòu)件和控制棒驅(qū)動機  構(gòu)也有別于過去的設(shè)備。比如，堆內(nèi)構(gòu)件更多采用了焊接方式，需要一定的工藝試驗和攻關(guān)；驅(qū)動機構(gòu)要進行必要的試驗，以使其材料、零件和加工工藝能滿足60年的壽命要求，在第3，4套機組上可實現(xiàn)國產(chǎn)化。環(huán)型吊車和裝卸料機構(gòu)除第1套由國外供貨外，其余3套皆由國內(nèi)生產(chǎn)。
      (6)由45mm厚鋼板成型的大型模塊組焊成  核島的安全殼，最大模塊重近千噸，因體積較大，  技術(shù)雖由意大利安薩爾多公司負責(zé)，但首臺恐怕  還須在國內(nèi)制造，后幾臺將由中核建23公司和有  關(guān)單位負責(zé)技術(shù)、制造和施工。
      (7)核二、三級閥門近年來國內(nèi)有關(guān)企業(yè)已  為秦山、嶺澳核電站供過貨，也積累了一定經(jīng)驗，  可以繼續(xù)為APl000提供部分閥門。
3 主設(shè)備設(shè)計／制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓
      西屋公司轉(zhuǎn)讓核島工藝與系統(tǒng)設(shè)計，提供主  要設(shè)備的技術(shù)規(guī)格書和指導(dǎo)圖，以及核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)主設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計。
      國家核電技術(shù)有限公司與西屋電氣公司商定，  其他設(shè)備的設(shè)計與制造技術(shù)由西屋(分包方)聯(lián)隊提供。具體的主設(shè)備技術(shù)轉(zhuǎn)讓見表1。
      目前，對主設(shè)備的設(shè)計、制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓談判已  基本結(jié)束(包括反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機構(gòu)、反應(yīng)堆冷卻劑水泵、爆破閥、儀控設(shè)備和環(huán)型吊車、裝卸料機、安全殼等)。大型鑄鍛件的冶煉、澆注、鍛造、熱處理和核級閥門等不屬本次的技術(shù)轉(zhuǎn)讓范圍，沒有進行談判。

5  結(jié)  論
      據(jù)不完全初步估計，APl000的4套核島機組每套的國產(chǎn)化價值比例分別為40％，50％，60％和80％，4套機組平均國產(chǎn)化價值比例約為60％，從第5套機組開始可以基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。主設(shè)備的國產(chǎn)化計劃見表2。