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见证高温堆进行时丨饮冰十年,大器终成——记高温堆蒸汽发生器生产制造纪实
时间:2022年09月22日 来源:《中国核能》2022年第四期 点击量:448 分享:

开篇 :敢于亮剑,首获合同

2008年,当百年奥运的圣火传到神州大地之时,哈电集团在核电市场也传来振奋人心的消息 :哈尔滨锅炉厂有限责任公司与中核能源科技有限公司签订了高温气冷堆核电站示范工程两台蒸汽发生器设备的订货合同,最终用户为华能山东石岛湾核电有限公司。

高温气冷堆是我国拥有完全自主知识产权的核电技术,是国际公认的新一代先进反应堆,具有安全性好、综合效益高、建造周期短、用途广泛等优点。清华大学的高温气冷堆研发成果一直处于国际领先行列,并得到国家的大力支持。在2006年1月国务院发布的“国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)”中,“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站示范工程”被列入国家“十一五”重大科技专项。蒸汽发生器是高温气冷堆核电站最重要的设备,采用单元式螺旋管结构,立式布置,由19个换热单元构成,对制造精度、材料选择等要求极高。

高温堆蒸汽发生器合同签订之日,正值哈电集团进行产业结构调整之时。基于对新能源发展趋势的研判,哈电集团将核电产业作为产业结构调整的主攻方向。2007年,在哈尔滨动力设备股份有限公司秦皇岛分公司的基础上成立了具有独立法人资格的哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司,作为哈电集团的出海口基地和核岛主设备制造基地。2009年,高温堆蒸汽发生器的供货合同也转移至重装公司,以哈锅核电公司为主体的承制巴基斯坦C2蒸汽发生器的全部人员也随之转移至重装公司。这样,高温堆蒸汽发生器的制造任务落在了重装公司肩上。

而在当时,重装公司基本建设尚未完成,各核电项目都处于开工前的技术准备阶段。虽有50余名具备核岛主设备制造经验的技术人才转入,但从事项目管理、设计、工艺、质保、采购等工作的大部分人员都是刚从高校毕业的尚无工作经验的年轻学生。在装备上更是“捉襟见肘”,下料、成型、焊接和热处理等设备不足以满足要求,有些设备又先天不足,核电产品开工压力巨大。在技术准备阶段,由于高温堆蒸发器是全新的产品、全新的技术,而且制造方和设计方在交流上处于初期的磨合阶段,在多数技术问题的解决上,各方意见不一、沟通不够顺畅,以致项目进展极为缓慢。随着石岛湾现场施工的不断推进,产品最终交货压力日益加大。项目一开始,摆在重装人面前的,注定是一场严峻的挑战。

第二篇 :开拓创新,攻坚克难

高温气冷堆作为“示范工程项目”,本身就意味着没有经验可借鉴,对所有人而言,都是陌生的。它的陌生,不仅在于全球首次制造,产品新、技术新、工艺新,还在于其蒸汽发生器产品结构复杂特殊,焊接机加量大,对人员资质、设备能力、质量保证等要求极高,更在于其设计构想和思路从未经过实际制造的检验,图纸转化、工艺方案制定、设备选型、材料采购……每一个环节都必须在理论与实践这对相伴相生的矛盾体之间,不断寻求最优方案,找到最佳的平衡点。最初两年的合同执行期已证明是不可能完成的任务,材料选择、产品设计、结构等等均面临大量需要创造性解决的问题。

高温堆蒸汽发生器对材料要求之高史无前例。T22和800H换热管、800H锻 件、6625镍基合金材料、SA240TP304板材等关键材料都要求进行高温持久试验,最短为1万小时,最长高达3万小时,供应商没有试验数据,大部分材料只能边生产边试验。T22和800H换热管都为多头螺旋盘管,且需进行过渡段空间弯管,形状及其复杂。仅传热管一项,从供货合同签订到最后一批800H管材交货前后历时8年。因其特殊性,一些材料一时都找不到供应商,还有很多材料由于技术要求复杂、价格昂贵,在招标过程中同时要解决大量技术澄清,进行大量的价格分析和价格谈判。

在图纸转化过程中,清华大学负责提供设计总图和设计要求,施工图设计则由重装公司负责。本就时间紧、任务重,蒸汽出口连接管设计更是全新结构,设计过程无可参凭,尤其必须充分考虑、提前预见实际操作的可行性,部分设计结构更要通过电脑三维立体模拟焊接与装配,进行大量的试验验证。面对困境,技术人员坚持学习,与设计方和其他相关方进行深入讨论和分析,不断取长补短,攻克难关,一步一个脚印地迈开了高温气冷堆的技术准备之路。在不间断的技术攻关过程中,蒸汽发生器设计方案不断优化完善,从2009年至2015年,施工图先后6次升版,先后完成包括壳体,内件,蒸汽入口、蒸汽出口连接管支承与包裹施工图等在内的2461张首批高温气冷堆蒸汽发生器施工图纸。

除了技术上的难题,满足高温堆蒸发器生产制造的装备能力先天不足。由于产品整体高度过高,厂房有效高度不够,按高温堆蒸发器制造工艺需求,需在厂房地面向下深挖地坑,以满足产品立式装配的需求。该地坑直径和深度尺寸过大,业内基本没有相似工程案例,重装公司多次与地质勘查单位、设计单位、监理单位和施工单位开展技术交底交流,最终确定了施工方案和图纸。但开挖过程危险重重,厂区地质情况复杂,岩脉多,且岩层硬度高,传统机械开挖设备无法进行,只能采取爆破方式将岩层粉碎,而地坑开挖后地下水渗出量非常大,地坑必须及时有效地降水,否则随时可能引发大面积塌方。坑体大体积混凝土浇筑,地坑外壁的防水,地坑内的异型旋转爬梯,温湿度设备安装和地坑封闭组合盖板的制造安装等等工序,同样面临诸多难题,施工人员一一展开技术攻关,在摸索中如期完成建设任务。

高温堆蒸发器对作业环境要求非常高,必须建造专门的清洁室。清洁室的结构形式在全国是首例,采用轻钢结构骨架,轻体悬挂铅板来进行辐射防护,整面墙体不能有薄弱部位和环节,否则都无法对辐射做到有效防护。因高度大,须用18mm和25mm厚的电解一号铅板悬挂于钢结构墙体之上,而铅板容重大,硬度低且变形严重,安装难度大 ;而所有材料和工具都是非标的,市场上无法采购,重装公司自行设计了多种工具和工装,最终做到铅版墙体没有一丝缝隙,每一个固定螺栓都制作了专门的铅帽进行防护,完成安装后又反复进行了多次试验,结果均满足防辐射要求。

由于高温堆蒸发器所用设备性能比较高端,使用范围经常超出标准情况,一些设备不仅国内外厂商从未制造过,没有制造经验,采购费用极其昂贵。为加快制造进度,装备人员根据需求开展设备的自主研发或者联合研发。设备研发团队先后设计制造了4整套环缝焊接设备,每一套设备的加工制造成本还不到进口成套设备的十分之一,大大降低了生产成本,为产品技术准备和开工制造打下坚实的基础。

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全球首台HTR-PM蒸汽发生器

第三篇 :精诚合作,共渡难关

高温堆蒸汽发生器项目的制造,对设计方、制造方、业主方来说均属“生命工程”。对于设计方,这是一个体现设计者智慧的全新生命,最迫切地看到它一天天地成长到成熟 ;对于制造方,它不仅证明企业的制造能力,同时也关乎着企业的生存发展 ;对于业主,新产品的成功制造将使核电站尽早投入运营,为企业带来经济效益。所以打造生命工程是三方共同的愿景,必须达成共识,充分理解信任并密切配合。清华大学、石岛湾公司、中核能源和重装公司等相关各方共同建立了项目协调会、工作组例会、总经理协调会、示范工程指挥部会议、项目专题会等多层次、全方位的会议协调机制,累计召开各类会议300余次。2012年11月14日,第一支高温气冷堆示范工程蒸汽发生器壳体正式开工制造。为更加有效的推动蒸汽发生器项目的进展,制造方与设计方组建设计团队,充分发挥设计方结构设计、理论计算优势,制造方的制造经验优势,对产品结构开展设计,并不断优化设计方案 ;清华大学、石岛湾公司、中核能源和哈电重装联合开展了部分原材料的采购工作,针对换热管、换热单元、6625合金等直接影响蒸发器进度的关键原材料,多次召开项目协调会和技术专题会,充分发挥团队的力量攻克各专业的技术、管理难题 ;制造过程中,面对现场突发的各类技术难题,相关各方第一时间响应,清华大学多位教授多次放弃假期,在接收到信息后第一时间赶赴重装公司,现场解决产品制造中出现的技术难题,中核能源、石岛湾公司派驻工作组长期驻厂,及时解决文件审批、质量见证等问题。

2016年,项目进入攻坚阶段。为提高效率,整合管理资源,重装公司决定将高温堆项目交由项目管理部统一管理,抽调管理、技术、生产骨干力量成立高温堆团队,公司党委书记、董事长王守革作为项目第一负责人,多次带队到业主方华能山东石岛湾有限公司、设计方清华大学进行协调,争取业主方的理解,共同推进项目进展 ;在项目组织方面,深入到项目的每一道工序,提出按序排计划,能并行的并行,能压缩的压缩,最大限度加快制造进度 ;在管理模式方面,强调创新方式方法,调动全员积极性,创新问题反馈和处理机制,时刻关注项目进展,及时牵头处理影响项目推动的各类问题,确保项目紧凑推进 ;创新生产组织模式,高温堆团队不分昼夜,不分班次,24小时不间断推进 ;创新考核奖励模式,在高温堆项目中,设置进度奖和质量奖,充分激发职工的工作积极性。王守革发挥技术专家优势,亲自推动重大技术问题处理,亲自参与工序设计和优化,并多次组织行业内有关专家对技术难点进行交流、探讨,在管管对接焊、蒸汽出口连接管质量问题  出口连接管的装焊处理、内件与壳体套装等多个难点攻克中,起到了决定性作用,最大限度地加快了制造进度。

几年来,高温堆项目一直是重装公司生产制造部门的“支部牵头项目”,在2017年开展的“融入生产经营,争当质量先锋”以及2018年开展的“三推动、五提升、当先锋”党建载体活动中,高温堆蒸发器项目始终是支部攻关和和党员发挥先锋模范作用的重要阵地。党员带动群众,认真谋划,精心组织,顽强拼搏,确保了各个节点的完成,为产品交付奠定了坚实的基础。

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出口连接管的装焊

结尾 :十年坚守,百战功成

由于高温堆堆型的先进性,蒸汽发生器设计参数高、技术要求高,设备制造难度前所未有。高温堆蒸汽发生器的承压壳体总高将近26米,总重约260吨,通体为低合金高强度钢。最大接管的直径比一般成年人的身高还要高,仅筒体的马鞍形焊缝金属填充量就以吨计算 ;蒸发器外壁上的四组大型支承耳架,结构布置紧凑、操作空间刁钻、装焊顺序复杂,不间断手工焊时间要以数月计 ;蒸汽发生器多个部位采用法兰连接,每道法兰均为自紧式金属O型环密封,直径三四米的法兰密封槽表面粗糙度要求几乎为镜面。这对生产制造是一个极大的挑战。

焊接作为蒸发器制造过程的重要工序,受到材料、空间、结构、精度等多重因素影响。为了保证产品的顺利生产,技术人员先后进行多次工艺技术交底会,深入剖析产品结构及焊接难点,推敲焊接方案,仅换热管高精密焊接接头形式就设计了30余种,自主设计制造自动TIG焊接设备三套,各类工具工装数十套。通过反复焊接试验选择最优的接头形式和焊接工艺,总结影响焊接质量的因素及控制方法。为保障焊接质量,高温堆项目团队技术人员及操作人员从壳体制造到内件制造,从换热管对接到壳体、内件对接,从立式组装到气压试验,就像横穿地垄一样,一步一坎,面对似乎难以战胜、不可把控的困难,他们从不畏惧、从不放弃、从不低头,最终把困难一个个克服。

以出口连接管装焊为例,每台蒸发器有上千支形状怪异的连接管,从上千个分散的点位,缠绕汇拢后进入精密并排的管孔,每支连接管直径小、长度大,平均要拐七八个弯,且连接管的装配、焊接则涉及到多个专业、多道工序的耦合,需要全局考虑、不能顾此失彼。然而对于每支连接管的弯怎么拐、每支连接管装配的先后顺序怎么排,如何保证上千支连接管满满的挤在狭小空间内,同时满足流致振动、蒸汽温差等设计要求,技术人员没有任何经验可借鉴。从2009年开始,公司投入多名设计工程师、工艺工程师、焊接工程师、检验工程师,持续4年开展布管工艺设计。先后设计了3种布管方案,制作了3套实体模型,不仅完成了管路走向的设计,还制定了每支连接管的装配工艺顺序,并成功用于产品制造,实现了管子的穿针引线。

无数类似的经历贯穿了高温堆蒸发器制造的整个过程,诸多不同的难题被不同的方法解决,诸多不同的困难被不同的方式克服,摆在重装面前阻碍四代核电产品制造的诸多“绊脚石”被变成了“垫脚石”。2017年2月6日,蒸汽发生器壳体完成水压试验 ;2018年6月26日,蒸汽发生器内件完工,具备与壳体整体套装条件 ;2018年7月6日,蒸汽发生器内件与壳体完成整体套装 ;2018年9月29日,蒸汽发生器总装后气压试验合格 ;2018年10月28日,蒸汽发生器具备出厂条件。

十年坚守,百折不挠,一往无前,国之重器由此诞生。高温堆蒸汽发生器的成功制造,集中展示了哈电人肩负起了“承载民族工业希望,彰显中国动力风采”的使命和担当以及做“中国最好,世界一流”产品的信心,并正以“中国速度”向着发电设备技术国际领先水平奔跑。高温堆蒸发器的成功制造,也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。高温堆蒸发器的成功制造,集中体现了我国在装备制造业上的自主创新能力,在世界核电领域打造了一张靓丽名片。


(作者:张姝一   作者单位:哈电集团)


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