今天0时41分，“华龙一号”全球首堆并网成功！“四川造”元素太厉害！

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11月27日0时41分

“华龙一号”全球首堆——

中核集团福清核电5号机组

首次并网成功，发出第一度电

这标志着我国真正意义上成为拥有世界先进水平的三代核电技术的国家，正式进入核电技术先进国家行列。

经现场确认，该机组各项技术指标均符合设计要求，机组状态良好，为后续机组投入商业运行奠定坚实基础。

2019年10月1日

当四川彩车走过北京天安门时

“华龙一号”四个大字赫然在目

▲2019年国庆阅兵画面

“华龙一号”的今日成效，

和四川有着长达数十年的不解情缘

从核心的堆芯设计到产业链配套等各方面

“华龙一号”都不乏四川元素

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“华龙一号”的“四川造”

1.

“巨龙”体内的刚强“龙骨”

核反应堆，是整个核动力工程的核心技术之一，其功能性、安全性和先进性直接决定整个核动力工程的性能。“华龙一号”作为中国第三代核电自主品牌，是代表中国高端制造技术扬帆出海的两大名片之一，凝聚着几代工程科研人员的共同心血。

华龙一号核电站效果图

华龙一号全球首堆“腾飞”在即，而这条核动力“巨龙”的各个关键部位，都离不开四川人打造的科技之美。

2018年3月15日，我国国产第三代核电华龙一号全球首堆福清5号机组堆内构件验收暨交付大会在东海之滨举行。车间大门缓缓打开，有“龙骨”美誉之称的堆内构件在聚光灯前掀去神秘面纱，正式迈出了它在国产核电和关键设备研制舞台上亮相的最美一步。

而它的出生地，却在四川。“华龙一号”福清5号机组堆内构件由中国核动力研究设计院负责研发设计，是我国第三代核电技术华龙一号关键设备大家庭中的重要一员。它满足国内和国际最先进的核电法规标准，具备完整自主知识产权。

堆内构件流致振动试验

别看它的名字平淡无奇，但在在核反应堆的所有设备里，堆内构件属于关键中的关键。它为堆芯提供支承和定位，就好比“巨龙”躯体中的“骨骼”。

堆内构件位于反应堆一回路主设备压力容器之中。10多米的高度和近200吨的重量，让这副“龙骨”无比刚强坚实。整个核电运行的核心和动力源泉——核燃料组件，就安装在堆内构件里。堆内构件小心翼翼地盛托起这个“心””，并为“心脏”上延伸出来的各条“血管”提供精准地连接和定位。

体积虽大，它却是个不折不扣的“精密设备”。

堆内构件中，有两块直径近4米的圆形板，板上有许多孔洞，177组燃料组件就要从这些孔洞中穿过，被牢牢地固定在堆内构件中。“每组燃料组件的尺寸为214*214毫米，每组的间隙仅为1毫米，按技术要求，其间的公差不能超过零点零几毫米。”中国核动力研究设计院核动力设计研究所副所长曹锐说。

要在如此巨大的设备上保证头发丝般细致的精度，如何做到？曹锐说，在构件的加工上，除了各个环节对尺寸近乎严苛的把控之外，车间的温度还必须恒定在20多摄氏度，“因为哪怕是冬天夏天不同的气温，都会让构件热胀冷缩，产生几毫米的误差。”

不仅如此，设备安装时，上下两块板之间相隔4米多的距离，要求孔与孔之间必须对齐。在4米多的距离上，两个孔的对齐误差不能超过0.25毫米，“上下的孔对齐，才能保证控制棒能够顺利插下来”，曹锐说。这样才能让核裂变反应“可控”，一旦控制棒不能顺利插下来，将造成严重的核事故。

此外，堆芯的布置、材料的性能、制造的难度、与其他设备的接口、热工水力的影响……这些都是堆内构件在研发过程中需要攻克的一道道难关。

“龙骨”的制造需要用到多种牌号、不同类别的金属材料。为了给这些庞大的材料数据定“规则”、立“规矩”，每一份材料的力学要求、化学成分、金相检验等都必须有章可循；作为第三代核电技术，所有的堆芯测量装置都从堆内构件的上方引入，密密麻麻的导管要在堆内构件上部不大的空间内布置得井然有序、互不干涉，其难度堪比一台复杂的外科手术。

2.

在成都，他们“揪出”了10秒之前产生的电流

反应堆堆芯在密闭的压力容器里静悄悄运行，看不见、摸不着，怎样才能知道堆芯是否运行正常？

“时刻监视堆芯运行情况是确保‘华龙一号’安全、经济运行的前提。”中国核动力研究设计院核动力设计研究所副所长李庆说。

堆芯测量系统

在过去，监视堆芯运行的探测器是从反应堆底部穿入，在堆内移动进行数据采集，而数据的处理和分析采用离线方式，往往要滞后半天到一天时间。更重要的是，反应堆底部穿孔，大大增加了底部冷却剂泄露的危险。

“国产第三代核电的一个重要技术特征，就是采用了堆内功率分布测量系统。”李庆说，首先，该系统的探测器探头是从堆芯上部穿入，堆芯底部是没有穿孔的，这大大增加了安全性。在177个燃料组件中，布置了308个探头，数据实时测量、在线输出，从而能够实时了解堆芯是否运行正常。

“这个系统的研发在国内没有基础，软件系统构架、物理模型建立、探测器选型、信号延迟处理、探测器布置、功率拓展……面对一个个问题，我们的研发团队从零开始。”李庆说。

“华龙一号”选取的堆芯探测器，是在综合研究了国际主流的三代核电站的探测器使用情况并结合了“华龙一号”自身设计特点后，选取的一款最适合的探测器——铑自给能中子探测器。不过，该探测器有个最大的问题：信号较反应堆实时中子通量情况有延迟，如果不消除信号的延迟，很难确保监测系统的实时性。

“就是说探测器收集到的电流，有的是实时产生的，有的是10秒、20秒之前产生的，我们要把它弄清楚。”李庆说，探测器延迟消除技术，也是国际上核电站的关键技术之一。

经过集智攻关，李庆带领的团队突破了探测器延迟消除系列关键技术，性能指标与国外技术几乎一样。值得一提的是，这一技术，国外经历了几代人的研发积累和几百堆年的运行经验，而我国的研究人员在毫无经验积累的情况下，从研发到测试再到应用，仅用了5年时间。

3.

投入一个亿，他们做了四个试验

身高约21米、最“胖”的部位直径约4.6米、体重365吨，华龙一号全球首堆示范工程首台ZH-65型蒸汽发生器，被核动力院的设计人员亲切地称为“大白”。

蒸汽发生器吊装

几年前，我国还没有大型核电厂蒸汽发生器的自主知识产权，这是国内核电设计者心中挥之不去的阴影：国内建设最多的二代改进型核电机组，蒸汽发生器的知识产权是法国人的；田湾和秦山三期核电站的蒸汽发生器，分别是俄罗斯和加拿大负责设计的；国产60万机组在自主化的诸多领域均有所突破，但蒸汽发生器仍采用了美国的设计……

“‘华龙一号’要走出国门，就必须拥有属于自己的蒸汽发生器。”中国核动力研究设计院核电项目总设计师、华龙一号ZH-65型蒸汽发生器总设计师张富源说，核动力院人毫不犹豫地做出了自己的抉择：自主设计，自筹经费研发。

从2010年起，核动力院组建了蒸汽发生器研发攻关组，举全院之力，攻克难关。

“光是四大试验，我们就投入了一个亿。”张富源说，四大试验，是指管子支承板水力特性热态试验、汽水分离装置性能热态试验、u型传热管流致振动试验和蒸汽发生器综合性能热态试验。

“拿蒸汽发生器综合性能热态试验来说，这个试验前前后后历时三年。”张富源说，试验的目的，是为了考证出口蒸汽的湿度、压力、流量三个重要参数是否合格，就必须建造一个高度1:1、横向等比例缩小的模型装置，用高温高压蒸汽进行试验。

更艰巨的是没有试验装置。“试验要使用高温高压蒸汽，当时院里的条件并不具备，我们就全国到处找蒸汽。”张富源说，最终团队在河南南阳石油开采油田建造了利用油田产高温高压蒸汽做热源的国内首个大型、技术先进的汽水分离装置和管子支承板热态性能试验台架，开始了ZH-65型蒸汽发生器的设计验证试验。

“那时候是冬天，河南下着大雪，我们团队就租了一个集装箱当宿舍，住在油田试验装置旁边，方便我们进行试验。”张富源说。

历时6年，核动力院终于了攻下蒸汽发生器研发的难关。ZH-65型蒸汽发生器在抗震能力、抗流致振动能力、汽水分离效率等多个方面较二代改进型机组蒸汽发生器均有了质的飞跃，技术上完全达到了国际三代核电蒸汽发生器的同等水平，具有高度的成熟性、可靠性和工程实用性。

4.

1500万步！它是世界第一

长度11米、最大直径65毫米，这个高高瘦瘦的家伙，叫做控制棒驱动机构，它在“华龙一号”上面，绝对是个小个头。然而，它却是反应堆最关键的设备之一。

如果说反应堆是核电站的“心脏”，那么控制棒驱动机构，就是这个“心脏”的“开关”。另一个生动的比喻是，它就好比汽车的油门和刹车。

控制棒驱动机构由棒位探测器组件、驱动杆行程套管组件、线圈组件、密封壳组件、钩爪组件、驱动杆组件和隔热套组件组成。从外观上看，它是一根长长的管子，它的作用，简单来说，就是抓起或放下控制棒组件，控制着反应堆的启动、运行和停堆。

别小看了它。在控制棒驱动机构领域，“四川造”已经做到了世界第一。而它的生产厂商，就在位于都江堰市的四川华都核设备制造有限公司。

11月25日，记者走进华都公司的生产车间，高精度数控机床正在对密封壳组件进行打磨。“这就是‘华龙一号’上面使用的密封壳，按照技术要求，它需要紧紧地插入压力容器顶盖的孔内，因此误差不能超过0.02毫米。”四川华都核设备制造有限公司总工程师朱清说，这个数字，还不到一根头发丝的1/2。

控制棒驱动机构

难点还不止于此。“驱动杆行程套管的深孔加工，要在一根长达4.2米、直径仅65毫米的管子上掏一个笔直的‘盲孔’，还要保持孔的内部光洁如桌面。”公司研发部部长王学良说，就这一项技术，公司经过了4年攻关，掌握了“独门秘籍”。

还有应用在“华龙一号”上的双齿钩爪。过去，由于仅有法国掌握了相关技术，3个小香蕉般大小的钩爪售价高达10万人民币。“难点在于小孔堆焊。”朱清说，制造钩爪需要把钴基合金一层层地焊接在奥氏体不锈钢上，其中出现一点点杂质、气孔都不行。目前，华都制造的钩爪，哪怕用专业的工业探伤设备看钩爪内部，都找不到一点焊接的痕迹，成本比从国外购买下降了60%。

在车间一角，有一个高达24米的综合实验台架，“华龙一号”控制棒驱动机构的世界纪录，就是在这里跑出的。“要满足核电站60年的设计寿命，必须检验驱动机构的可靠性和寿命极限。”朱清说，钩爪抓起或放下控制棒，并不是一抓到底，而是抓一下、放一下，一步一步地“爬”上“爬”下。按照技术要求，600万步就能满足核电站的运行需求，但它却“爬”出了1500万步的世界纪录，把“第二名”的800万步远远甩在身后。

“一分钟72步，步长15.875毫米，每步误差不能超过半根头发丝。”朱清说，整个试验过程，没有出现一次失误。

据了解，该控制棒驱动机构由中国核动力研究设计院与华都公司联合研制，核动力院专门成立技术支持小组，在初始设计、原理样机研制、优化设计、工程样机制造与实验验证等全过程为企业提供智力支持，打通了产学研深度融合路径。华都公司每年的技术研发投入在3000万元左右，在国内市场占有率达到70%以上，综合技术实力已居世界领先水平。

原标题：《今天0时41分，“华龙一号”全球首堆并网成功！“四川造”元素太厉害！》

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