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龙八国际 -核电工程公司“华龙一号”全球首堆装卸料机研发纪实
文章来源:中国龙八国际 业报 日期:2018年02月07日

  2017年9月14日,中国核电工程有限公司北京龙八国际 程设计院核设备所异常安静,大家在等待着一个重要消息。突然,门外传来了一连串急促的脚步声。“来了,来了,验收结果出来了,我们设计的福清核电5号机组装卸料机通过验收。”瞬时间办公室里的人们都欢腾起来。历时两年半的时间,这台为“华龙一号”量身定制的装卸料机在这里完成全部研发设计,700多个日日夜夜的艰苦付出此刻终于画上了圆满的句号。

  装卸料机是核电站燃料操作与贮存(RFH)系统的关键设备,安装在反应堆安全壳内,可通过手动、半自动或全自动控制方式完成核岛厂房内装卸和转运燃料组件的任务。“这台专门为‘华龙一号’研发的首台装卸料机集合了我们二十多年来在技术、人才、实践中累积的经验,是在实现大型商业核电站装卸料机国产化基础上的又一次升级改造。这台装卸料机将为‘华龙一号’全球首堆装上第一炉核燃料,成功将它送上运行发电的‘起跑线’;不仅如此,我们此番对装卸料机进行升级后,在技术上实现了全部国产化、自主化,这就为‘华龙一号’走出国门创造了条件,也将‘华龙一号’整体核电技术送上了全球三代核电机组竞技的‘起跑线’。”核设备所副总工唐兴贵不无骄傲地表示。

  一场为了“三代”达标的攻坚战

  “华龙一号”是三代核电技术,按照三代核电的标准,其装卸料机在安全等一系列性能的要求上也需要相应提升。为了更好地完成任务,核设备所成立了设备先锋——装卸料机创新青年突击队,袁巍任青年突击队队长。

  袁巍在工作中表现出了超强的韧性和责任心。“其中抗震设计反复了太多次,给我留下的印象特别深刻。众所周知,抗震是三代核电的重要标志,‘华龙一号’抗震设计基准提高到了0.3g加速度。为了达到这一目标,我们前前后后改了很多版。”

  为了做到“三代”标准的达标,这样的变更还有许多。但摆在他们面前的时间却极为有限——必须在2015年1月上交所有图纸。当时是2014年7月,时间紧,任务急。袁巍与叶阳春等青年骨干抓紧时间着手绘制装卸料机所需要的上千张设备图纸。“那段时间同事们加班加点是常态,但为了装卸料机能按期交付,并能精准运用在‘华龙一号’上,一切的付出都是值得的。”核设备所装卸料机项目负责人李均笑着说道。

  为了能按节点出图,袁巍还与叶阳春利用自己在建模方面的技术优势,对图纸部分模块的检查采用三维建模的形式完成。“通过三维模型做出来的设计效果更直观,更好看,也更精准。”叶阳春说。就这样,装卸料机创新青年突击队用短短十个月时间完成了装卸料机所需要设备的所有图纸设计,完成了设计—校审—审定三级工作。

  当记者细问在设计图纸时是否遇到困难时,袁巍感叹道,“按照正常程序,应该先提供堆芯水池尺寸参数,然后通过参数设计图纸。但当时总体厂房的标高设计并没有固化,因为‘华龙一号’是新的堆型,大家都是第一次接触,都是摸着石头过河,所以只能在实践中不断改进,不断协调。可这就给设计出图造成了影响,因为参数一旦变动,设计数据也就需要不停地调整,但这一调整就不是一两个数据的事,牵连着好多数据都要做调整,甚至还会导致整体结构上的变化。”

  “我们团队打的是持久战,从设备的设计—制造厂的调试—现场的安装,我们都会一一跟进,并且对发现的设备问题进行反馈,总结经验,为以后的设备设计提供技术支持。全程的亲力亲为,不但是脑力的战斗,同时也是体力的战斗。”叶阳春表示,“从方家山工程开始,我们就养成了这样的‘好习惯’,在‘华龙一号’设计上,我们会延续这个传统,确保“华龙一号”首堆安全换料,助力‘华龙一号’走出国门。”

  一次为了100%国产化的百米冲刺

  “‘华龙一号’的堆芯与之前的堆型相比高度更高,池子也大,相应地装卸料机起升高度也发生了变化,深了1.2米左右。我们都知道,高度越高实现难度越难,如抓取深度、运行轨迹方面等都要进行调整。”唐兴贵说。“为此,我们完善载荷保护措施,对装卸料机的起升系统作全新的设计研发,以三维建模的形式对深度抓取进行立体模拟,以便调整获取最终的数据;严格抗震设计,使其符合三代核电技术抗震标准;严格定位精度,将设计指标定位到正负3毫米,但最终运行时基本上能达到正负1毫米的要求,满足了业界最高要求。”唐兴贵这样介绍此台装卸料研发的整体特征。

  在他看来,整体设计高标准是此番改造的难点之一,那么,完成最后的百米冲刺——“100%国产化”就是难点之二。在装卸料机研发中卡住100%国产化“脖子”的就是专用单轨吊(装卸料机辅助起升设备)的国产化。为此,核电工程公司特别设立了专用单轨吊科研课题,以突破这一瓶颈。

  “华龙一号”因其堆型的自身特点,使专用单轨吊在装卸料机上的运行空间存在严重限制,如何在设备尺寸及重量均受限制的不利条件下全面实现各安全和保护机构的设置,成为了课题组要攻克的难题。

  “我们为了保障专用单轨吊的设计具有足够的安全性和可靠性,采用了平行轴和减速机倾斜布置等特殊的结构设计,确保设备外形尺寸和自重满足要求;全面设置了专用单轨吊的安全和保护机构,采取冗余设计的方式实现了单一故障保护原则。”袁巍向记者介绍了设备的研制过程。“此外,我们结合‘华龙一号’堆型特点,自主创新设计了新功能,采用可拆卸式触摸屏实现了设备状态查询、故障诊断、软指令设置等人机交互功能,确保了设备的安全、可靠,这是从别国进口的装卸料机所没有的。同时,我们对原有进口设备进行分析研究,对设备进行了优化升级,首次在装卸料机专用单轨吊上采用了电缆拖链系统,有效避免了设备在极限位置处的电缆挤压问题。”叶阳春补充道。

  记者了解到,“华龙一号”专用单轨吊严格遵循了三代核电技术的工艺要求、接口要求以及相关设计准则,已经达到了国际同类产品先进水平,具有完全自主知识产权,可出口海外三代核电市场,全面解决了出口受限的问题,具有良好的核电工程项目应用前景。

  作为核电站燃料操作与贮存(RFH)系统的关键设备,装卸料机对核电站换料期间的时间保障和经济效益起着重要作用,为此设计团队的每一个人都付出了辛劳,贡献了自己的智慧和汗水。叶阳春告诉记者,他们现在只是完成了前期的设计工作等到了现场装料阶段还有更大的挑战等着他们。为了确保设计的首台装卸料机成功入堆运行,届时,他们会时刻在现场盯着,那时才是最累的。不久的将来,我们将会在华龙一号示范工程的现场看到他们忙碌的身影……(邢泓琳 杨阿卓)

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  “华龙一号”装卸料机作为机电一体化设备,由机械部分和电控两部分组成,由中国核电工程有限公司负责设计,西安核设备有限公司负责机械制造及总体组装、调试和试验, 控制系统工程有限公司负责电控系统供货。

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