華龍一號全球首堆併網成功 標誌我國正式進入核電技術先進國家行列

11月27日0時41分

「華龍一號」全球首堆——

中核集團福清核電5號機組

首次併網成功，發出第一度電

這標誌著我國真正意義上成為擁有世界先進水平的三代核電技術的國家，正式進入核電技術先進國家行列。

經現場確認，該機組各項技術指標均符合設計要求，機組狀態良好，為後續機組投入商業運行奠定堅實基礎。

2019年10月1日

當四川彩車走過北京天安門時

「華龍一號」四個大字赫然在目

▲2019年國慶閱兵畫面

「華龍一號」的今日成效，

和四川有著長達數十年的不解情緣

從核心的堆芯設計到產業鏈配套等各方面

「華龍一號」都不乏四川元素

今天，川觀新聞就來為你揭秘

「華龍一號」的「四川造」

1.

「巨龍」體內的剛強「龍骨」

核反應堆，是整個核動力工程的核心技術之一，其功能性、安全性和先進性直接決定整個核動力工程的性能。「華龍一號」作為中國第三代核電自主品牌，是代表中國高端製造技術揚帆出海的兩大名片之一，凝聚著幾代工程科研人員的共同心血。

華龍一號核電站效果圖

華龍一號全球首堆「騰飛」在即，而這條核動力「巨龍」的各個關鍵部位，都離不開四川人打造的科技之美。

2018年3月15日，我國國產第三代核電華龍一號全球首堆福清5號機組堆內構件驗收暨交付大會在東海之濱舉行。車間大門緩緩打開，有「龍骨」美譽之稱的堆內構件在聚光燈前掀去神秘面紗，正式邁出了它在國產核電和關鍵設備研製舞臺上亮相的最美一步。

而它的出生地，卻在四川。「華龍一號」福清5號機組堆內構件由中國核動力研究設計院負責研發設計，是我國第三代核電技術華龍一號關鍵設備大家庭中的重要一員。它滿足國內和國際最先進的核電法規標準，具備完整自主智慧財產權。

堆內構件流致振動試驗

別看它的名字平淡無奇，但在在核反應堆的所有設備裡，堆內構件屬於關鍵中的關鍵。它為堆芯提供支承和定位，就好比「巨龍」軀體中的「骨骼」。

堆內構件位於反應堆一迴路主設備壓力容器之中。10多米的高度和近200噸的重量，讓這副「龍骨」無比剛強堅實。整個核電運行的核心和動力源泉——核燃料組件，就安裝在堆內構件裡。堆內構件小心翼翼地盛託起這個「心」」，並為「心臟」上延伸出來的各條「血管」提供精準地連接和定位。

體積雖大，它卻是個不折不扣的「精密設備」。

堆內構件中，有兩塊直徑近4米的圓形板，板上有許多孔洞，177組燃料組件就要從這些孔洞中穿過，被牢牢地固定在堆內構件中。「每組燃料組件的尺寸為214*214毫米，每組的間隙僅為1毫米，按技術要求，其間的公差不能超過零點零幾毫米。」中國核動力研究設計院核動力設計研究所副所長曹銳說。

要在如此巨大的設備上保證頭髮絲般細緻的精度，如何做到？曹銳說，在構件的加工上，除了各個環節對尺寸近乎嚴苛的把控之外，車間的溫度還必須恆定在20多攝氏度，「因為哪怕是冬天夏天不同的氣溫，都會讓構件熱脹冷縮，產生幾毫米的誤差。」

不僅如此，設備安裝時，上下兩塊板之間相隔4米多的距離，要求孔與孔之間必須對齊。在4米多的距離上，兩個孔的對齊誤差不能超過0.25毫米，「上下的孔對齊，才能保證控制棒能夠順利插下來」，曹銳說。這樣才能讓核裂變反應「可控」，一旦控制棒不能順利插下來，將造成嚴重的核事故。

此外，堆芯的布置、材料的性能、製造的難度、與其他設備的接口、熱工水力的影響……這些都是堆內構件在研發過程中需要攻克的一道道難關。

「龍骨」的製造需要用到多種牌號、不同類別的金屬材料。為了給這些龐大的材料數據定「規則」、立「規矩」，每一份材料的力學要求、化學成分、金相檢驗等都必須有章可循；作為第三代核電技術，所有的堆芯測量裝置都從堆內構件的上方引入，密密麻麻的導管要在堆內構件上部不大的空間內布置得井然有序、互不幹涉，其難度堪比一臺複雜的外科手術。

2.

在成都，他們「揪出」了10秒之前產生的電流

反應堆堆芯在密閉的壓力容器裡靜悄悄運行，看不見、摸不著，怎樣才能知道堆芯是否運行正常？

「時刻監視堆芯運行情況是確保『華龍一號』安全、經濟運行的前提。」中國核動力研究設計院核動力設計研究所副所長李慶說。

堆芯測量系統

在過去，監視堆芯運行的探測器是從反應堆底部穿入，在堆內移動進行數據採集，而數據的處理和分析採用離線方式，往往要滯後半天到一天時間。更重要的是，反應堆底部穿孔，大大增加了底部冷卻劑洩露的危險。

「國產第三代核電的一個重要技術特徵，就是採用了堆內功率分布測量系統。」李慶說，首先，該系統的探測器探頭是從堆芯上部穿入，堆芯底部是沒有穿孔的，這大大增加了安全性。在177個燃料組件中，布置了308個探頭，數據實時測量、在線輸出，從而能夠實時了解堆芯是否運行正常。

「這個系統的研發在國內沒有基礎，軟體系統構架、物理模型建立、探測器選型、信號延遲處理、探測器布置、功率拓展……面對一個個問題，我們的研發團隊從零開始。」李慶說。

「華龍一號」選取的堆芯探測器，是在綜合研究了國際主流的三代核電站的探測器使用情況並結合了「華龍一號」自身設計特點後，選取的一款最適合的探測器——銠自給能中子探測器。不過，該探測器有個最大的問題：信號較反應堆實時中子通量情況有延遲，如果不消除信號的延遲，很難確保監測系統的實時性。

「就是說探測器收集到的電流，有的是實時產生的，有的是10秒、20秒之前產生的，我們要把它弄清楚。」李慶說，探測器延遲消除技術，也是國際上核電站的關鍵技術之一。

經過集智攻關，李慶帶領的團隊突破了探測器延遲消除系列關鍵技術，性能指標與國外技術幾乎一樣。值得一提的是，這一技術，國外經歷了幾代人的研發積累和幾百堆年的運行經驗，而我國的研究人員在毫無經驗積累的情況下，從研發到測試再到應用，僅用了5年時間。

3.

投入一個億，他們做了四個試驗

身高約21米、最「胖」的部位直徑約4.6米、體重365噸，華龍一號全球首堆示範工程首臺ZH-65型蒸汽發生器，被核動力院的設計人員親切地稱為「大白」。

蒸汽發生器吊裝

幾年前，我國還沒有大型核電廠蒸汽發生器的自主智慧財產權，這是國內核電設計者心中揮之不去的陰影：國內建設最多的二代改進型核電機組，蒸汽發生器的智慧財產權是法國人的；田灣和秦山三期核電站的蒸汽發生器，分別是俄羅斯和加拿大負責設計的；國產60萬機組在自主化的諸多領域均有所突破，但蒸汽發生器仍採用了美國的設計……

「『華龍一號』要走出國門，就必須擁有屬於自己的蒸汽發生器。」中國核動力研究設計院核電項目總設計師、華龍一號ZH-65型蒸汽發生器總設計師張富源說，核動力院人毫不猶豫地做出了自己的抉擇：自主設計，自籌經費研發。

從2010年起，核動力院組建了蒸汽發生器研發攻關組，舉全院之力，攻克難關。

「光是四大試驗，我們就投入了一個億。」張富源說，四大試驗，是指管子支承板水力特性熱態試驗、汽水分離裝置性能熱態試驗、u型傳熱管流致振動試驗和蒸汽發生器綜合性能熱態試驗。

「拿蒸汽發生器綜合性能熱態試驗來說，這個試驗前前後後歷時三年。」張富源說，試驗的目的，是為了考證出口蒸汽的溼度、壓力、流量三個重要參數是否合格，就必須建造一個高度1:1、橫向等比例縮小的模型裝置，用高溫高壓蒸汽進行試驗。

更艱巨的是沒有試驗裝置。「試驗要使用高溫高壓蒸汽，當時院裡的條件並不具備，我們就全國到處找蒸汽。」張富源說，最終團隊在河南南陽石油開採油田建造了利用油田產高溫高壓蒸汽做熱源的國內首個大型、技術先進的汽水分離裝置和管子支承板熱態性能試驗臺架，開始了ZH-65型蒸汽發生器的設計驗證試驗。

「那時候是冬天，河南下著大雪，我們團隊就租了一個貨櫃當宿舍，住在油田試驗裝置旁邊，方便我們進行試驗。」張富源說。

歷時6年，核動力院終於了攻下蒸汽發生器研發的難關。ZH-65型蒸汽發生器在抗震能力、抗流致振動能力、汽水分離效率等多個方面較二代改進型機組蒸汽發生器均有了質的飛躍，技術上完全達到了國際三代核電蒸汽發生器的同等水平，具有高度的成熟性、可靠性和工程實用性。

4.

1500萬步！它是世界第一

長度11米、最大直徑65毫米，這個高高瘦瘦的傢伙，叫做控制棒驅動機構，它在「華龍一號」上面，絕對是個小個頭。然而，它卻是反應堆最關鍵的設備之一。

如果說反應堆是核電站的「心臟」，那麼控制棒驅動機構，就是這個「心臟」的「開關」。另一個生動的比喻是，它就好比汽車的油門和剎車。

控制棒驅動機構由棒位探測器組件、驅動杆行程套管組件、線圈組件、密封殼組件、鉤爪組件、驅動杆組件和隔熱套組件組成。從外觀上看，它是一根長長的管子，它的作用，簡單來說，就是抓起或放下控制棒組件，控制著反應堆的啟動、運行和停堆。

別小看了它。在控制棒驅動機構領域，「四川造」已經做到了世界第一。而它的生產廠商，就在位於都江堰市的四川華都核設備製造有限公司。

11月25日，記者走進華都公司的生產車間，高精度數控工具機正在對密封殼組件進行打磨。「這就是『華龍一號』上面使用的密封殼，按照技術要求，它需要緊緊地插入壓力容器頂蓋的孔內，因此誤差不能超過0.02毫米。」四川華都核設備製造有限公司總工程師朱清說，這個數字，還不到一根頭髮絲的1/2。

控制棒驅動機構

難點還不止於此。「驅動杆行程套管的深孔加工，要在一根長達4.2米、直徑僅65毫米的管子上掏一個筆直的『盲孔』，還要保持孔的內部光潔如桌面。」公司研發部部長王學良說，就這一項技術，公司經過了4年攻關，掌握了「獨門秘籍」。

還有應用在「華龍一號」上的雙齒鉤爪。過去，由於僅有法國掌握了相關技術，3個小香蕉般大小的鉤爪售價高達10萬人民幣。「難點在於小孔堆焊。」朱清說，製造鉤爪需要把鈷基合金一層層地焊接在奧氏體不鏽鋼上，其中出現一點點雜質、氣孔都不行。目前，華都製造的鉤爪，哪怕用專業的工業探傷設備看鉤爪內部，都找不到一點焊接的痕跡，成本比從國外購買下降了60%。

在車間一角，有一個高達24米的綜合實驗臺架，「華龍一號」控制棒驅動機構的世界紀錄，就是在這裡跑出的。「要滿足核電站60年的設計壽命，必須檢驗驅動機構的可靠性和壽命極限。」朱清說，鉤爪抓起或放下控制棒，並不是一抓到底，而是抓一下、放一下，一步一步地「爬」上「爬」下。按照技術要求，600萬步就能滿足核電站的運行需求，但它卻「爬」出了1500萬步的世界紀錄，把「第二名」的800萬步遠遠甩在身後。

「一分鐘72步，步長15.875毫米，每步誤差不能超過半根頭髮絲。」朱清說，整個試驗過程，沒有出現一次失誤。

據了解，該控制棒驅動機構由中國核動力研究設計院與華都公司聯合研製，核動力院專門成立技術支持小組，在初始設計、原理樣機研製、優化設計、工程樣機製造與實驗驗證等全過程為企業提供智力支持，打通了產學研深度融合路徑。華都公司每年的技術研發投入在3000萬元左右，在國內市場佔有率達到70%以上，綜合技術實力已居世界領先水平。