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民用核安全设备的监管、回产化现状及存在的问题(中)

来源:那福利 发布日期:2011-06-17

项目的堆内构件和控制棒驱动机构均在上海第一机床厂有限公司制造。为打造核岛设备的成套供应能力,2009年以来,东方电气针对堆内构件和控制棒驱动机构的制造开展了大量的准备工作。其下属的东方汽轮机有限公司全面引进、消化法国的控制棒驱动机构制造技术,该公司的控制棒驱动机构制造申请已为国家核安全局受理,目前正在进行样件(模拟件)的试制工作。同时,东方电气的另外一家控股企业一东方电气(武汉)核设备有限公司正在进行堆内构件制造许可证的申领工作。东方武核是09工程的堆内构件生产单位,利用原有的技术储备,辅之以必要的技术攻关,可较快形成压水堆核电站堆内构件的制造能力。

2.1.3  核二、三级容器和换热器

      对于核二、三级容器和换热器(管壳式),虽数量较多,但由于制造难度不大,国内已经实现了自主化。目前在建的岭澳扩建、秦山二期扩建、辽宁红沿河等核电项目,其核二、三级容器和换热器的制造工作已全部由上海动力设备有限公司、西安核设备有限公司等国内企业承担。

      除管壳式热交换器外,还有一类执行核安全功能的热交换器板式热交换器,该类热交换器在压水堆核电站的使用数量不多,.仅安装于重要厂用水、乏燃料冷却等系统。目前国内电厂中安装使用的该类热交换器均为进口,虽也有一家制造企业(兰州兰石换热设备有限公司)取得了该类换热器的制造许可证,但至今仍未在国内市场取得大型核级板式换热器的供货业绩。

      事实上,国内板式热交换器的设计、制造能力近年来提升很快,除一些国内企业通过自主研发进步显著以外,国外的一些板式换热器专业生产企业也在国内设立了独资或合资企业,利用其成熟的技术分享巨大的中国市场。现已有四平巨元瀚洋板式换热器有限公司、四平维克斯换热设备有限公司、阿法拉伐板式换热器有限公司等企业向国家核安全局提出了板式换热器制造的取证申请且得到了受理,目前许可证审查正在进行中。

2.1.4  核级阀门

      核电站中安装使用的阀门数量很大,一座典型的2X1000MW的第二代压水堆核电厂需各类阀门约3万台,其中核岛用阀门约1.3万台,包括6千台左右的核级阀门。

      在秦山二期扩建和岭澳扩建2个项目中,核级阀门的国产化水平很低。在之后的红沿河、宁德、方家山等核电项目中,为满足国家行业主管部门提出的国产化率要求,核电工程公司开始大幅增加核级阀门的国内采购数量。但必须承认,国内阀门行业的设计制造水平落后于科技发达国家,各类阀门的可靠性和配套能力与国际水平相比存有较大差距,在核电站用阀门的设计和生产能力上,与国外先进水平的差距更为明显,具体表现在以下2个方面:

      (1)阀门设计水平低、制造工艺落后。我国阀门行业已经能够生产核电站用核级闸阀、止回阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等系列阀门,但配套阀门档次不高,技术层次上处于下游水平,在主蒸气隔离阀、大口径安全阀(DN200mm)等技术含量高的阀门研制和生产方面尚未取得重大突破。尽管近年来一些阀门企业加大了投入力度(有些阀门厂还得到了国家技改投资的支持),研发能力、制造水平有所提高,但就行业整体而言,同世界先进水平相比仍存在较大差距。

      (2)阀门驱动装置自动化程度低、可靠性差。

      因此,增加核级阀门的国产化率,必须建立在阀门的质量和可靠性达标的基础上。为确保在建核电项目的安全运行,国内的核电阀门生产企业还需在产品研发、设备鉴定以及制造过程控制方面不断加大投入。

2.1.5  核二、三级泵

      国内泵类产品生产企业众多,产品数量庞大,但多为中、低端产品。因此,同核级阀门一样,在秦山二期扩建和岭澳扩建2个项目中,核二、三级泵的国产化水平也很低。

      面对核电发展的大好形势,国内的一些水泵生产企业这几年以实际行动表示了高度的参与热情,在开展对外合作、技术攻关、样机鉴定、资质(证书)申领等方面,这些企业都投入不菲,再加上国家在政策上对核级泵国产化工作的引导和支持,目前核级泵国产化率过低的状况已得到很大的改观。可以预见,核二、三级泵的全部国产化已为时不远。

2.1.6  管道和配件

      核电站各类管道中要求最高、制造难度最大的是一回路主管道。目前国内压水堆核电机组(除田湾核电站外)采用的都是铸造管道,其中直管采用的是离心铸造工艺,弯管则是静态浇铸而成。主管道的铸造技术在国际上属于非常成熟的技术,通过技术转让、消化和摸索,国内的四川三洲川化机核能设备制造有限公司、烟台台海玛努尔核电设备有限公司等企业已完全掌握了该项技术,在建核电项目的铸造主管道已基本实现了制造的自主化。

      第三代核电机组(APl000和EPR)的主管道不同于前述铸造管道,为了保证60年的使用寿命,主管道在制造上要求采用锻造工艺。对于APl000的主管道,国内有一重、二重、上重、渤海船舶重工有限责任公司(以下简称渤船重工)、吉林中意核管道制造有限公司(以下简称吉林中意)等多家单位开展了试制工作,其中二重、渤船重工和吉林中意的试制工作已经完成。二门和海阳的4台机组的主管道订货合同(或意向)已经签订,供货方为二重、渤船重工以及吉林中意三家单位。对于EPR的主管道,国内的上重等企业已开展了相应的技术准备工作。考虑到EPR主管道锻件的尺寸、重量和技术要求,为实现其国产化,国内企业还需开展较多的工作。

      核电站所使用核级管材(一级、二级和三级)的规格多、数量大,但材料种类并不复杂,仅涉及奥氏体不锈钢、碳钢和合金钢的少数几个牌号。在我国前期的核电建设中,这些管材主要靠进口解决。实际上,我国从事管材制造的企业数量不少。近年来,其中的一些企业发展较快,且产品质量稳步提高。目前,国内在建核电站的核级管材已有相当数量由国内企业供货,如奥氏体不锈钢管材由南通特钢有限公司、常熟华新特殊钢有限公司、上海宝钢股份有限公司等企业供应;核二、三级热交换器传热管由江苏银环精密钢管股份有限公司、四川长城特殊钢有限责任公司等企业供货;合金钢和碳钢管材由武汉重工铸锻有限责任公司(以下简称武汉重工铸锻)、攀钢集团成都钢钒有限公司等企业供货。面对核电大发展的有利形势,除上述企业外,国内还有多家管材制造单位,包括衡阳钢管有限公司、内蒙古北方重工集团有限公司(以下简称北方重工)、扬州诚德钢管股份有限公司(以下简称扬州诚德)、江苏武进不锈钢钢管厂等企业,正在进行产品研发和资质申请工作,以期进入核电供货领域,这为全面推进核级管材的国产化创造了非常有利的条件。

      对于主管道以外的核级管材,制造难度最大的应属主蒸汽管道。CPRl000(M310)堆型的主蒸汽管道材料为P280GH(规格为813×32,碳钢),要求采用锻制工艺制造,目前国内采购的该类管道都由武汉重工铸锻供货。武汉重工铸锻采用的制造工艺为冲孔拔伸,其现有装备可满足二代加堆型主蒸汽管道的制造需要,但对于规格更大的EPR主蒸汽管道,则不具备制造能力。在国内企业中,2009年北方重工建成投产的36000t挤压机具备EPR主蒸汽管道的成型能力,但还需要开展相应的技术攻关工作。APl000主蒸汽管道的材料为P11(规格为965X38,合金钢),就设备制造能力而言,北方重工、扬州诚德等企业可生产该规格、材料的管道。

      在管道配件方面,国内企业近年来发展很快。秦山二期工程、田湾核电站都安装使用了一定量的国内核级管道配件产品。在PC二期工程中,所有核级管道配件都由国内企业供货。对于近年来国内建造的岭澳扩建、秦山二期扩建、红沿河、宁德、方家山等核电项目,除少量的核一级管件外,其余的管件产品都由国内企业(江苏华阳金属管件有限公司、无锡新峰管件厂等单位)供货。国内虽有多家管道配件生产企业取得了核设备制造许可证,但普遍规模偏小,产品规格范围较窄,这同目前工程公司或核电业主打包采购的模式不相适应。为全面推进核级管道配件的国产化,制造单位、采购方和国家核安全局还需加强协调、共同努力。

2.1.7  管道支承和阻尼器

      对于根部支承、管部支承、中间刚性连接件、弹簧支吊架等管道支承件,由于采用普通材料,且结构简单,故制造难度不大,秦山一期便已经实现了国产化。虽大亚湾、岭澳、田湾等核电项目的核级管道支承主要由国外供货,但这是由上述核电项目的“国外引进”这一特殊性质决定的,并非国内不具备核级管道支承件的制造能力。

      目前在建核电项目所需的核级管道支承件基本上都由国内企业供应,供货单位主要足江苏电力装备有限公司(以下简称江苏电力装备),在核级管道支承件的许可管理上,国家核安全局所颁发的证书并不多,迄今只有3家。

      上世纪90年代以来,‘国内企业通过技术引进、产品研发等方式,逐步具备了核级阻尼器的设计、制造能力。泰山二期核电工程管道系统的阻尼器实际上已实现了国产化,供货单位为上海理工大学附属工厂,该厂在1997年取得了核级阻尼器的设计/制造许可证,除秦山二期外,它还为PC一期的管道系统提供了相当数量的阻尼器产品。近年来,又有江苏电力装备、常州格林电力机械制造有限公司、沈阳鑫通电站设备制造有限公司等企业相继获得了国家核安全局的阻尼器设计/制造许可,并承担了或已开始承接核级阻尼器的生产任务。基于以上情况,可以认为国内目前已经具备了管道支承用核级阻尼器的国产化能力。但对于大吨位的用于核岛主设备支承的阻尼器,受试验条件等因素的制约,国内在短期内还无法实现国产化。

2.1.8  闸门类产品

      对于人员闸门、设备闸门、应急闸门等核安全相关的闸门类设备,国内已具备了国产化的能力,目前在建核电机组的前述闸门类产品分别在大连宝原核设备有限公司、上海核动力设备有限公司等单位制造。

2.1.9  核级铸锻件

      根据1992年三部委联合颁布的《民用核承压设备安全监督管理规定》,大型铸锻件的生产企业须取得相应的制造资格许可证。根据国务院新颁布的核设备监管条例,核级铸锻件监管范围进一步扩大,用以制造核级容器、泵阀和支承等设备的所有关键铸锻件生产企业都必须取得国家核安全局颁发的制造许可证。

      大型锻件的国产化能力已在前文“核岛主设备”部分进行了论述。

      对于大型核电铸件,国内企业近期也开展了相应的技术攻关工作。如一重已完成了主泵试验台架用泵壳的试制,并准备为东方阿海珐提供主泵泵壳产品;大连华锐重工铸钢股份有限公司的此项工作也正在进行中。从国内重型装备企业能力和已开展的工作来看,大型铸件的国产化问题近期有望得到解决。

      对于中小型铸锻件,国内生产企业众多,其中有些企业的装备水平和技术能力都比较强,可以满足国产化的要求。实际上,对于前期由国内厂家生产的核级阀门,核二、三级泵等设备,其制造所需的铸锻件大都是由国内企业提供的。

2.1.10  其他核安全机械设备

      根据2007年国务院颁布的《民用核安全设备监督管理条例》,风机、压缩机、波纹管(和膨胀节)、法兰等核安全相关部件或设备被增纳入核安全监管范围。

      对于风机和压缩机,国内的一些企业已具备了较强的产品制造、检测和研发能力。根据目前核电工程公司的合同订立情况,在建核电项目的核级风机大都由国内企业供货。

      对于核级波纹管和膨胀节,压水堆核电厂的安装使用量不多,但在某些核设施的使用量可能较大,如快堆。目前在建的中国实验快堆所安装使用的波纹管和膨胀节产品都为国内企业(南京晨光东螺波纹管有限公司)制造。

      尽管工艺简单、制造难度不高,但基于建立市场准入制度,促进生产企业提升技术、管理水平等出发点,新颁布的核设备管理条例将法兰纳入了核安全监管范围,这对于从源头上保证核设施的运行安全显然具有重要的意义。

      综上所述,在核安全机械设备方面,对于第二代百万千瓦级压水堆核电机组,国内已能达到相当高的国产化水平,除主蒸汽隔离阀、稳压器安全阀、大吨位阻尼器等少数设备国内尚不具备制造能力外,国内企业都已经具备了国产化的条件,且形成了每年可完成多套核岛设备的供应能力;对于APl000,EPR等第三代核电机组,虽在大锻件制造、蒸汽发生器传热管研制、主泵制作等方面还将遇到一系列的挑战,但目前国内重装企业已具备了较好的基础,从目前的技术引进和消化情况来看,假以时日,这些技术问题都将得到解决。

2.2  核安全电气设备

2.2.1  机柜

      目前,国内企业已基本具备了模拟系统机柜的设计、制造能力,现有持证单位的制造能力也基本上能够满足核级机柜的制造需要,但由于质量和可靠性方面的差距,在建核电项目的模拟系统机柜仍大量采购国外产品。

      对于数字化系统的机柜,由于软件的V&V(验证和有效性确认)要求,目前只有北京广利核系统工程有限公司一家单位获得了设计和制造许可证,但其在开始产品供货前,还需完成相关的试验工作。

2.2.2  电气贯穿件

      电气贯穿件足核电站的特有设备,国内以前没有专业化的生产企业。针对核电建设需要,上海发电设备成套设计研究院和中国核动力研究设计院两家单位近年来在产品研发上做了大量的工作,其核电站用电气贯穿件相继完成试制并成功通过产品鉴定。这两家单位都取得了国家核安全局颁发的核设备设计、制造许可证,并开始为国内的核电项目提供电气贯穿件产品。

2.2.3  应急柴油发电机组

      核电站应急柴油发电机还没有实现完全自主化,目前虽国内的陕柴重工有限公司、上海电机厂等企业正在进行应急柴油发电机组的制造工作,但这些企业足以国外企业(女IIALSTOM)分包商的形式参与机组供货的。为实现国产化的目标,沪东重机股份有限公司同中科华核电技术研究院自2008年底至今,在核电站应急柴油发电机组的研发方面已进行了相当大的投入。

2.2.4  传感器

      通过自主开发和引进、消化国外的技术,国内企业现已基本具备温度、流量、压力等变送器以及辐射监测传感器和核测量仪表等的设计、制造能力,已经运行和在建的核电机组均采用了部分国产的上述设备。但国内传感器制造企业普遍缺乏创新能力,产品的可靠性同国外同类产品相比也存在着一定的差距,因此,核级传感器的国产化比例近期仍难以实现大幅的提升。

2.2.5  电缆

      国内电缆生产企业很多,从市场多元化角度考虑,国内不少电缆生产企业积极致力于核电市场的开发,包括产品鉴定、资质申领等。目前,国内企业取得核级电缆设计、制造许可证或申请已被受理的单位已达10多家。对于不同类型、不同使用环境(壳内、壳外)的电缆,国内企业的产品鉴定工作都已经完成,且相当一部分是重复进行的。在国产化方面,目前在建核电项目中已有一定量的壳内电缆从国内采购,对于壳外电缆,则已基本实现了国内供货。然而,针对国内企业近阶段尚不尽如人意的技术、管理状况,怎样保证每批核级电缆的质量稳定性,是生产企业、电缆采购方及监管部门必须正视的问题,对此要有充分的组织、管理措施。

2.2.6  蓄电池(组)

      基于技术成熟、性能稳定、便于维护等因素,在建的压水堆核电站多采用传统的铅酸蓄电池(组)作为应急电源。国家核安全局已向沈阳东北蓄电池有限公司颁发了核级蓄电池(组)的设计和制造许可证,该企业曾向秦山Ⅱ期扩建工程提供了核级蓄电池产品,目前已承接了多个核设施的蓄电池(组)供货任务。除沈阳东北蓄电池有限公司外,德资企业荷贝克电源系统(武汉)股份有限公司也在进行核电资质的申领工作。德国荷贝克控股集团公司足一家专业蓄电池生产公司,在蓄电池领域拥有多项专利技术。

2.2.7  阀门驱动装置

      国内的扬州电力设备修造厂、常州电站辅机总厂等企业均是生产阀门驱动装置的专业厂家,自秦山一期核电站开工以来,这些单位为国内的核电项目提供了一定数量的阀门驱动装置。

      对于核电站用阀门来说,在事故状态下动作的及时准确非常重要,如主蒸汽隔离阀按要求打开的时间仅为几秒钟,如果出现动作不及时或误操作都将带来严重的后果。因此,阀门驱动装置的性能和质量非常重要。而我国阀门配套用电动执行机构的控制水平较低,动作不灵敏,产品结构设计不尽合理,在可靠性方面也存有差距,整体上仍然停留在国外上世纪七、八十年代的水平。因此,面对核电阀门更高的质量和可靠性要求,国内的驱动装置生产企业须有清醒的认识,加大研发力度、严格控制产品质量是在高水平上实现阀门驱动装置国产化的关键。

2.2.8  电动机

      我国现有上海电机厂、佳木斯电机厂、哈电机交直流、南阳防爆电机厂等一批具备一定规模的电机专业生产企业,经过几十年来的技术研发和应用,具备了较强的电机设计、制造能力。在已投入和在建的核电机组中,部分核级能动设备已装备了国产的1E级电机。目前,佳木斯电机厂、南阳防爆电机厂和上海电机厂等企业已取得国家核安全局核发的核级电机设计、制造许可证,这几家企业在承接、制造1E级电机的同时,也在投入较多力量进行扩展型号和高等级(壳内使用)1E级电动机的开发和鉴定工作。随着各公司产品鉴定及资质申领工作的向前推进,核级电动机的国产化目标将逐步得以实现。

3 问题及建议

3. 1 核设备国产化

3.1.1  机械设备

      对于在建的核电项目,除二门、海阳、台山等项目的第三代机组外,核设备的国产化水平距预期目标已相距不远。不过,应该承认,在设备的质量和稳定性方面,国内企业的研发能力、工艺水平、管理现状以及试验验证条件等方面同国外同类企业相比还存在着不小的差距。这也使得工程公司或核电业主在采购核设备时,总是对国内企业缺乏足够的信心,很多本可组织国内生产的设备,如核级阀门、泵、管件等,却交由国外企业制造,原因多在于此。

      此外,目前国内各重装集团均缺乏核岛主设备的设计分析能力,在核电项目中,核岛主设备的施工设计由设计院完成,制造厂仅负责设备的制造工作。这种设计、制造相分离的工程建造模式,既不利于核设备的研究和开发,也不利于核设备全套供应能力的形成;既同国际通行的工程模式相背离,也不符合国内工程建造模式的发展趋势。

      为推进核设备的国产化水平,提高国内制造的份额,需要各参与方的共同努力,包括:

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