殼體與內件套件

熱氦氣覆蓋板完成裝焊

換熱管對接焊

吳儒杰 鄭明濤 李 堯

網絡搜索“哈電集團”，幾乎總是和一個個“國之重器”緊密相連。這個有著共和國裝備制造業“長子”稱號的哈電集團，通過攻克一項又一項大國重器的世界級研發制造難關，一次次刷新著世界裝備制造業領域的最高紀錄。

9月29日23時58分，國家“十一五”科技重大專項——高溫氣冷堆核電站示范工程華能石島灣核電站2#蒸汽發生器在哈電集團（秦皇島）重型裝備有限公司（以下簡稱哈電重裝）圓滿完成壓力試驗，標志著蒸汽發生器主體制造完成。10月31日，這台擁有我國完全自主知識產權的全球首台球床模塊式高溫氣冷堆核電蒸汽發生器，將在業主方、總包方、設計方、制造方共同見証下，實現交貨發運。這是我國首個自主化國產化的第四代核電標志之作，是又一項堪稱世界工程的大國重器，哈電集團再次創造了一項將永載史冊的歷史紀錄。

“這台高溫氣冷堆核電蒸汽發生器的研制成功，從設計、材料、工藝各個環節都實現了完全的自主創新，為我國核電在‘一帶一路’中順利走出去開辟了一條全新道路，可以完全不受人制約。”哈電重裝黨委書記、董事長王守革自豪地總結說。

“可以說這個高溫氣冷堆是一個為國爭光的‘爭氣堆’！這個項目歷時十年，哈電重裝人十年艱辛磨礪，鑄就國之重器，將國之重器的核心技術牢牢掌握在我們自己手裡。全球首台球床模塊式高溫氣冷堆核電蒸汽發生器的自主化國產化，讓國之重器不再懼怕‘卡脖子’。”哈電重裝總經理高旭光持有相同的觀點。

首個完全國產化商用高溫氣冷堆創造核電歷史

作為第四代核電技術的先進代表堆型，石島灣200MW高溫氣冷堆核電站具有固有安全性好、發電效率高、用途廣泛、小容量模塊化建造等特點，是我國最新設計和開發的第一座具有完全自主知識產權、具備商用規模的模塊式高溫氣冷堆示范型核電站，是新一代核能發電技術，該工程的建設對世界先進核能發電技術進步具有裡程碑式的意義。

蒸汽發生器是高溫氣冷堆核電系統中最關鍵的設備之一，其作用是將核反應堆的熱量轉換成接近600攝氏度的過熱蒸汽，推動汽輪發電機組產生電能，業內稱之為“核電之肺”。高溫氣冷堆蒸汽發生器採用螺旋管換熱結構，換熱效率更高、結構布置更緊湊，設備總高約25米，最大外徑約4.5米，總重接近500噸。該設備的成功制造，將為高溫氣冷堆示范電站的順利實施和商業化推廣提供有力保障，為高溫氣冷堆設備的國產化作出重要貢獻。

由哈電重裝承制的高溫氣冷堆石島灣2#蒸汽發生器這一國之重器，設計方為清華大學核能與新能源技術研究院、總包方為中核能源科技有限公司、業主方為華能山東石島灣核電有限公司，而從設計圖紙到工藝生產，再到產成，實現這一宏偉藍圖的，正是哈電重裝這支“國家隊”。十年間，面對這個設計新、材料新、工藝新的全新核電裝備，四方協同創新一切從零開始，走過了艱辛的十年。

“期間幾度崩潰、幾度挫敗，可謂步步驚心，邁過一道道坎，才終於迎來了柳暗花明。”參與制造的哈電重裝技術人員80后代表張渲楠、王強、鄭明濤、宿靜靜幾乎都有這樣的感受。

哈電重裝在十年制造歷程中，不斷推動技術創新，攻克一項項世界級制造難題，在項目制造過程中共形成53項實用新型和發明專利，完成18項國家科技重大專項，十項技術獲得核能行業技術鑒定，哈電重裝成為國內首個也是唯一完全掌握第四代核島主設備蒸汽發生器制造技術的企業。

創建核電“產學研用”協同創新典型模式

高溫氣冷堆是具有中國自主知識產權的第四代核電技術，從原理結構設計到制造工藝設計均開創了國內外核電技術的先河。哈電重裝與清華核研院之間緊密合作，打破國內核電傳統設計模式，探索出了與研究院所緊密合作的“產學研用”一體化核電產品設計新模式——聯合設計。

聯合設計是高溫氣冷堆蒸汽發生器特有的一種工程實踐方式，清華大學負責產品結構設計和相關計算，哈電集團負責絕大部分施工圖設計。這種創新性的工程模式，使產學研緊密結合，在保証蒸汽發生器設計要求前提下，對材料、結構、制造檢驗要求等進行了系統論証，使其具備良好的經濟性和工藝性。

蒸汽發生器內件連接管布管及裝配工藝設計，是整個高溫氣冷堆的關鍵設計難點，直接影響蒸汽發生器運行的安全。給水連接管和蒸汽連接管的設計，既要滿足有限空間內的連接管的空間布局，還要滿足產品熱應力、流致振動、裝配、焊接、檢驗及返修操作的可行性。

復雜形狀連接管工藝設計及裝配尚無經驗可以借鑒，為開展連接管設計工作，哈電重裝派遣設計工程師和工藝工程師與清華大學開展聯合設計，歷時三年，通過反復推敲和論証，在六套設計方案中對比篩選出最優的設計方案，並制造了產品1︰1模型，結合模型對每支連接管的裝配（裝焊）順序模擬實際工況進行驗証，對計算機模擬設計的裝配（裝焊）順序進行優化。通過對狹小空間復雜形狀連接管布管設計及工藝優化研究，掌握了高溫氣冷堆蒸汽發生器給水側、蒸汽側連接管的布管設計原理、連接裝配工藝，通過模型驗証了連接管的裝配移動路徑等關鍵參數，保証連接管裝配的可行性、焊接及返修操作的可行性。

“蒸汽發生器整個制造過程就是一個‘產學研用’結合協同創新的典型模式，在這一完整體系中，哈電重裝全程參與設計並最終讓圖紙變為現實，彰顯了企業作為創新主體的重要作用。”高旭光認為，這為其他科技型企業在創新中發揮主體作用提供了有價值的借鑒。

核電國產化，基礎數據撐起安全堡壘

高溫和持久安全是高溫氣冷堆的設計理念，蒸汽發生器特定的運行溫度，獨有的換熱介質環境對材料提出了更為嚴苛的要求，開展高溫氣冷堆蒸汽發生器的設計需要龐大的基礎實驗數據作支撐。哈電重裝作為央企，為打破核電制造技術的國外壟斷，肩負著核電技術國產化重任和歷史使命，因此在完成國家科技重大專項高溫氣冷堆蒸汽發生器制造技術研發同時，以材料國產化為立足點，為核電技術設計提供理論依據。

高溫、高壓是高溫氣冷堆蒸汽發生器的顯著特點。N06625合金、鎳基Incoloy-800H等高溫鎳基合金材料和相應的高溫鎳基合金焊接材料，被廣泛應用於高溫氣冷堆蒸汽發生器內件高溫部件的加工制造中。該類材料在蒸汽發生器運行溫度環境下的部分高溫性能數據僅來源於國外標准或參考文獻中，國內研究幾乎處於空白。哈電重裝與國內外相關材料供方進行了數十次的技術交流，與國內潛在供方合作，針對材料開展了一系列高溫性能試驗，積累了詳實的實驗數據，為蒸汽發生器的設計和制造提供了保証。

對高溫氣冷堆蒸汽發生器的設計，哈電重裝創造性地提出來將Incoloy800H螺旋盤管和空間彎管、T22螺旋盤管、空間彎管應用於核電主換熱設備的制造中。哈電重裝與國內相關研究機構、供應商合作開發，完全實現了第四代核電換熱管的國產化制造。在材料研發過程中，克服和解決了Incoloy-800H管和T22管高溫性能降低等瓶頸性難題，創造性提出T22換熱管表面高溫氧化防腐蝕技術，填補了T22換熱管等鐵素體不耐蝕鋼在高鹽高濕度條件下長時間不腐蝕的國內空白，掌握了一套完整的高溫氣冷堆蒸汽發生器T22換熱管防腐工藝。

哈電重裝投入大量的人力、物力和財力，與相關研究機構一道，模擬蒸汽發生器實際運行工況環境下對換熱管材料及焊接接頭開展了抗水蒸汽氧化試驗、晶間腐蝕說明性試驗、高溫持久及蠕變試驗等，為蒸汽發生器的設計選材和設計安全壽命提供了數據支持。

步步創新，步步驚心

石島灣高溫氣冷堆蒸汽發生器示范工程，是具有中國自主知識產權的第四代核電技術，從設計、材料和制造處處都需要創新、試驗和論証。可謂每一步都是創新，而每一步創新又伴隨著步步驚心。“常常艱難地邁過一個坎，緊接著還有無數個坎在等著我們繼續跨越。”哈電重裝項目管理部部長邱振幫總結說。

哈電重裝在十年制造過程中攻克了30余項關鍵工藝技術，其中高精密換熱管對接焊工藝、鎳基合金環縫內孔全位置自動TIG焊接工藝、鎳基合金焊接材料和焊接接頭高溫持久試驗和低合金材料管子管板仰焊工藝等18項重大工藝技術均為國內首創，達到國際先進水平。

蒸汽發生器換熱管高精密焊接及無損探傷，是蒸汽發生器制造過程中難度最大，耗時最長的關鍵工藝。蒸汽發生器內狹小空間的換熱管高精密焊接是制約產品設計和制造的最大難點之一，涉及異種鋼對接焊縫（T22與Incoloy800H）、同種鋼對接焊縫（800H與800H和T22與T22）三種焊接接頭，最小操作空間僅為41mm。在結構上包括螺旋盤管與螺旋盤管對接、螺旋盤管與空間彎管之間的對接接頭。考慮到蒸汽發生器運行溫度高，以及產品在役渦流檢查的可實現性，換熱管對接焊縫成型和內在質量要求極為苛刻。產品焊接工藝從無到有，開發及制造歷時將近7年之久。

通過與國際知名焊接設備供應商合作開發，哈電重裝設計出了適用於蒸汽發生器結構的專用焊接設備。成立專門的換熱管生產團隊，開展24小時不間斷生產模式，工藝技術人員不間斷現場服務，多種手段保証了換熱管高精密焊接工序的順利進行。

高溫氣冷堆蒸汽發生器換熱管對接焊縫的無損檢驗，受到焊接操作空間小、重復曝光操作次數高、無法實現連續操作等因素的制約，嚴重影響了產品制造進度。為解決這些難題，哈電重裝質量控制部無損檢測技術人員設計出一種高溫堆換熱管焊縫專用X射線探傷儀，配備專用工具，可以自由調節機頭角度和高度，精確調節和確定探傷儀焦距，滿足快速檢測需求。不僅保質保量還縮短了制造周期。

高精密換熱管對接焊工藝技術和無損檢驗技術，達到國際先進水平。哈電重裝是國內唯一掌握該項焊接技術的核電設備制造廠。

鎳基合金環縫內孔全位置自動TIG焊接工藝是蒸汽發生器關鍵工藝技術，是制約蒸汽發生器制造的關鍵焊接難題之一。為實現產品焊接，保証焊縫質量，最大化實現制造技術國產化，哈電重裝成立專項攻關組，完善產品組件施工圖焊接坡口，開發專用氣體保護裝置﹔了解相關鎳基材料的焊接特性，經充分論証和多次模擬試驗，獲得了穩定的焊接工藝﹔根據產品結構特點，還自主設計和制作了4套專用自動焊接系統，實現鎳基合金內孔全位置自動TIG焊接。

三條鎳基總裝焊縫焊接歷時52天，比預期提前近一個月。在國內首次實現了蒸汽發生器的厚壁鎳基合金窄間隙全位置單面焊接，標志著哈電重裝熟練掌握鎳基合金全位置窄間隙自動TIG焊接工藝，是哈電重裝的裡程碑式事件。“經過三種最嚴格檢測，三條焊接縫都達到100%一次性焊接合格，這在同行業中是非常罕見的。”哈電重裝生產制造部部長王佐森自豪地說。

經過十年技術研發和產品制造歷程，哈電擁有了整套經過實踐驗証的成熟制造技術，某些關鍵技術的開發耗費數年之久，擁有了針對產品特點研發設計的專用設備和大型工裝，擁有了一支技藝精湛的能工巧匠隊伍，還擁有認真負責的檢測檢驗人員，為產品質量把守最后防線，這也標志著哈電重裝具備了批量生產60萬千瓦高溫氣冷堆蒸汽發生器的制造能力。

從夢想到現實，跨越2461張圖紙

在圖紙轉化過程中，清華大學負責提供設計總圖和設計要求，施工圖設計主要由哈電重裝公司負責。時間緊、任務重，蒸汽出口連接管設計是全新結構，設計過程無可參憑，尤其必須充分考慮、提前預見實際操作的可行性，部分設計結構更要通過電腦三維立體模擬焊接與裝配，進行大量試驗驗証。面對困境，技術人員堅持學習，與設計方和其他相關方進行深入討論和分析，不斷取長補短，攻克難關，蒸汽發生器設計方案不斷優化完善。從2009年至2015年，施工圖先后6次升版，先后完成包括殼體、內件、蒸汽入口、蒸汽出口連接管支承與包裹施工圖等在內的2461張首批高溫氣冷堆蒸汽發生器施工圖紙，持續4年布管工藝設計，先后設計了3種布管方案，制作了3套實體模型，最終實現了管子的穿針引線，像編花籃一樣，把密密麻麻的上千條管線成功按照設計編入蒸汽發生器的內部。

蒸汽發生器換熱內件與承壓殼體套裝也是一大瓶頸難題。總高約15米、直徑約3.5米的換熱內件垂直裝入承壓殼體，套裝總高度達到30米，最小配合間隙僅為毫米級，且同時受到上、中、下三個定位尺寸的約束，絲毫的偏差都可能導致各個接口無法准確組對。公司技術人員從套裝方案設計、專用吊具設計、關鍵配合尺寸精確測量、現場統一指揮作業等方面採取措施，實現了換熱內件一次引入承壓殼體，承重法蘭、上下接管均與承壓殼體准確對接，實現了高溫氣冷堆蒸汽發生器制造的又一重大突破。

無數類似經歷貫穿了全球首台球床模塊式高溫氣冷堆核電蒸汽發生器制造的整個過程，諸多不同難題被不同方法解決，諸多不同困難被不同方式克服，擺在哈電重裝面前阻礙四代核電產品制造的諸多“絆腳石”成功被改造成了“墊腳石”。2017年2月6日，蒸汽發生器殼體完成水壓試驗﹔2018年6月26日，蒸汽發生器內件完工，具備與殼體整體套裝條件﹔2018年7月6日，蒸汽發生器內件與殼體完成整體套裝﹔2018年9月29日，蒸汽發生器總裝后氣壓試驗合格﹔2018年10月28日，蒸汽發生器具備出廠條件。

80后挑起國之重器大梁

十年堅守，百折不撓，國之重器的誕生，也催生了哈電重裝一支年輕隊伍迅速成長。他們是歷史的創造者，也是歷史的見証者。而80后成為其中主力。

哈電重裝高溫堆制造團隊經理宿靜靜參與見証了四代核電系統蒸汽發生器從無到有，從小到大，從幼稚到成熟的全過程。面對新產品、新技術和新項目，宿靜靜帶領團隊人員積極面對挑戰，嚴盯每道關鍵工序。他通過技術創新提高生產效率，在大開孔法蘭外圓內橢孔加工課題的研究中，提出分解法加工的實施方案。2016年，宿靜靜被評為哈電集團“勞動模范”。

黃銀平，是項目管理部高溫堆團隊項目管理工程師，他默默無聞地在幕后為項目組織工作。2017年伊始，高溫堆項目進入最關鍵的出口管焊接階段，但由於原材料質量問題，項目執行出現一定的挫折與反復，他組織公司相關技術部門人員與業主人員在供方現場集中辦公，優質高效地完成了換熱管重新制造文件的審批。在出口管重新制造過程中，他組織公司相關部門按時完成了出口管焊接用配套件的採購和外協工作。在優化總裝方案過程中，他積極組織技術、生產部門制定工藝方案，並多次與業主就方案優化相關事宜進行協調、溝通，保証了總體進度。

80后裝配工潘海泉被評為“重裝工匠”，他說：“能夠參與到全球首台球床模塊式高溫氣冷堆核電蒸汽發生器的制造是我一生的榮幸。”在裝配熱氦氣覆蓋板過程中，潘海泉不滿足於按部就班地操作，而是自己設計工裝提高效率，剛開始裝配時，需要12班才能裝配完成一組組件還有不合格的，改進后隻要5到6班，而且合格率百分之百，他以精益求精的精神彰顯了大國工匠風范。

回想起這十年的艱辛歷程，哈電重裝高溫堆項目團隊許多成員不禁熱淚盈眶，技術人員王強說：“十年裡，我們與這兩支蒸發器相處的時間可能比陪伴自己家人的時間還要長，十年，這個國之重器凝聚了我們團隊所有人的青春和熱血。”

“高溫氣冷堆蒸汽發生器的研制，從項目管理、工藝研發到生產組織與實施，大部分是80后擔當主力。他們敢於直面困難，在沒有工程經驗可借鑒的前提下銳意創新，不僅解決了很多世界級難題，更是多專業交叉、聯合，大家共同拓寬思路，著力降低制造難度，提高生產效率。他們甘於奉獻，產品生產24小時不間斷，一線操作人員面對勞動強度大，作業位置空間受限毫無怨言﹔技術人員24小時待命，手機24小時保持暢通，隨時奔赴生產一線解決技術問題。更有多名女同志，她們甚至連續多日吃住在公司，把年幼的孩子放在家中，持續技術服務於連接管裝焊。其中技術人員鄭明濤創下48小時持續工作的紀錄。他們的責任與擔當在哈電重裝不是稀有，而是已成為令人感動的日常。”談起80后主力軍，邱振幫十分感慨。

“實踐証明，哈電重裝是一隻能打硬仗能啃硬骨頭的隊伍，不僅80后，很多一家兩代人都在哈電，老中青隊伍都各有各的風范。哈電重裝有職工800多人，其中有200多骨干來自哈爾濱，十年間，他們克服了夫妻兩地分居、孩子考學、無法照顧老人等各種困難，臥薪嘗膽、勵精圖治，完成了大國重器的國產化制造，讓‘哈電智造’書寫進中國核電國產化的歷史史冊。”王守革對於擁有這樣一支叫得響的隊伍而自豪。

一件好的產品需要一支好的隊伍來打造，一支好的隊伍則需要足夠的凝聚力。全球首台球床模塊式高溫氣冷堆核電蒸汽發生器的制造完成是哈電重裝公司全體干部職工大局意識、協作精神和服務精神的縮影。各方的團結協作是高溫堆項目成功制造的根本保障。

核電出口新增重量級砝碼

“哈電集團是國家戰略的積極踐行者，也是中國核電出口的引領者和主力軍。中國出口的核電蒸汽發生器絕大多數都是哈電制造。在蒸汽發生器方面，哈電具備制造所有型號的能力，引領全球該行業的發展。哈電重裝剛剛完成的這台擁有我國完全自主知識產權的全球首台球床模塊式高溫氣冷堆核電站蒸汽發生器，將為我國核電出口增添一個重量級的砝碼。我們擁有全部的核心技術，不懼怕國際壟斷和貿易壁壘。”王守革自豪地說。

據介紹，近五年來，哈電集團全力打造核電自主品牌，積極響應“一帶一路”倡議，推進中國核電“走出去”，在核電產業起步較晚情況下，實現產業從無到有、后來居上。現已完全掌握蒸汽發生器、核主泵、汽輪發電機組、K類電機等主設備的關鍵技術，努力打造世界級核電裝備供應商。目前已具備年產4台/套核島、常規島主設備制造能力，在手核電項目近70個，合同總額200億元。

在“引進、消化、吸收、再創新”的同時，哈電集團高度重視自主創新及自主知識產權工作，積極承擔大型先進壓水堆、高溫氣冷堆國家科技重大專項，重大核心關鍵技術取得突破性進展，科研成果成功應用於核電產品制造，形成了一系列專有技術，有力提升了核電裝備制造能力。現已累計獲得發明專利28項、實用新型專利99項、軟件著作權2項，獲得科技進步獎7項。

近年來，哈電集團新增投資10多億元對核電裝備制造能力進行重新布局，擴大核電產業規模。打造世界級核電裝備供應商，陸續建成“四個基地”——以哈電重裝為核心核級容器及換熱器制造基地，以哈電動裝為核心的核主泵研發、制造基地，以哈電汽輪機、哈電電機、哈電鍋爐、哈電重裝為基礎的常規島主設備制造基地和以哈電佳電股份為基礎的K類電機生產基地。成立了國內首家核主泵工程研究中心，在核主泵發展和改進提升的技術前沿上整合社會資源、促進技術改進和進步，建造了核主泵全流量試驗台、小流量試驗台，為核電產品的科研開發積累寶貴數據和經驗，有力推動了核主泵研制進程。

中國核電“走出去”將為全球清潔能源產業發展帶來機遇，哈電集團將著力提升核電核心裝備設計制造能力，努力做到技術上有保障，安全上有優勢，經濟上有競爭力，傾力打造中國核電“國家名片”。

瞄准世界一流再出發

高溫氣冷堆蒸汽發生器的成功制造，集中展示了哈電人肩負起“承載民族工業希望，彰顯中國動力風採”的使命和擔當，以及做“中國最好，世界一流”產品的信心，並正以“中國速度”向著發電設備技術國際領先水平奔跑。高溫堆蒸發器的成功制造，也是我國產學研強強聯合、國家隊團隊協作，促進研發周期長、制造難度大的科技成果市場化的一個成功典范。高溫堆蒸發器的成功制造，集中體現了我國在裝備制造業上的自主創新能力，在世界核電領域打造了一張靚麗名片。哈電人有信心未來在“促進我國產業邁向全球價值鏈高端”的戰略部署上作出更加卓有成效的貢獻。

“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。”裝備制造業高質量發展是我國經濟高質量發展的重中之重，推動裝備制造業高質量發展，關鍵要以創新為驅動，堅持自力更生，加強自主創新，不斷推出新技術、新產品、新服務，永葆企業生機。高溫氣冷堆蒸汽發生器研制中，一個個技術難點和制造難點被攻克，使得哈電重裝人創新能力得到了充分的展示和發揮。創新思想理念，創新管控模式，創新技術研發，為全新產品打開全新局面，哈電重裝為項目攻堅克難注入了不竭的動力。

在國家重大科技專項實施和高溫氣冷堆蒸汽發生器研制過程中，“產”的一方，是“學研”與“用”中間的橋梁和紐帶。哈電重裝在“產學研用”結合、團隊協作創新體系中，既要保証設計方的設計思想轉化成合格的產品，又要保証產品的性能和成本滿足用戶的要求、有競爭力，更要實現產業化和批量化，為國家四代核電自主化和國產化旅行國家隊職責。目前，哈電重裝正在對高溫氣冷堆蒸汽發生器制造過程中所攻克的工藝技術、材料技術、質量控制工具和檢測技術進行總結、固化、標准化，並將這些與原有的CPR1000、AP1000、華龍一號制造技術進行融合，進而形成哈電重裝獨有的高溫氣冷堆蒸汽發生器批量生產的能力。

執行國家戰略、履行央企責任，哈電已做好准備！

全球首台球床模塊式高溫氣冷堆蒸汽發生器將於近日揚帆駛向石島灣現場。這一國之重器的閃耀出世，開啟了第四代核電技術發展的新紀元，充分展現了服務國家戰略是哈電的不變追求。哈電集團將瞄准下一個巔峰，苦練內功，掌握主動，努力實現質量更高、效益更好、結構更優的發展，不斷做強做優做大，為建設具有全球競爭力的世界一流裝備制造企業不懈努力，為“兩個一百年”目標的實現作出應有的貢獻。

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