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宝钢:拿下中华核电第一管

  9月25日,随着由宝钢制造的690U形管束缓缓穿入核电蒸发器,喜庆热闹的百万千瓦级核电蒸汽发生器国产首套690合金U形换热器安装仪式现场突然变得凝重而庄严我们的核电设备终于装上了中国心!

  从上世纪80年代开始早期研究,到2006年宝钢将核电蒸发器用690U形管的开发和产业化列为重大科研项目之一,并先后启动配套的热挤压生产线和690U形管专用生产线工程建设,再至今年初,首单产品全部发运完毕,生产现场操作工、技术人员、老专家、管理者、决策者每一位相关人员的每一滴汗水、每一次思索、每一份付出汇成了宝钢开发生产核电蒸发器用690U形管的前进足迹。

  当国产核电蒸发器用690U形管从梦想变为一套套的管束,穿入核电蒸发器中,应用到核电站里,并最终汇入千万家庭的家用电器里、工厂躁动的机器声中,我们在欣喜之余,更应回头望望这一路的付出与收获。以前,全世界只有三家先进企业具备批量生产能力,它到底有多难?道路异常艰难、人力物力付出难以计算、成功却并未可知,我们为何还要认定了往下走?宝钢又凭什么能攻克这个难题?国产的690U形管,质量真的过硬吗?让我们在对过去的经验分析总结中,更好地认识现在,指导未来。

上天入地的管子见多了,它能有多难?

  宝钢特材钢管厂的陆卫中在接到去宝银公司负责690技术的调令时,自信满满道:我从1981年进厂,各种上天入地的特殊用途钢管见得多了去了,这690U形管能难到哪里去?参与到项目中没几天,他的想法来了个180度大转弯,传说中的棘手是真的,这事儿真不好办。

  核电蒸发器用690U形管是百万千瓦级核电机组使用的关键特殊材料,是核电蒸汽发生器中的核心部件,起交换热量作用,属核一级部件,代表了当今国际核电用管制造的顶尖水平。

  宝钢特材首席研究员张立红介绍,690U形管为超长薄壁管,管径小、长度达20多米,对表面光洁度、内部缺陷清理、夹杂物等指标有严格要求,同时,管壁不允许出现丝毫的瑕疵。因此,对工艺控制、设备稳定性等都有着难以想象的严苛要求。在国外技术封锁的条件下,每一个技术点都要在数以万计的试验中逐步摸索。

  相较于技术方面的难题,690U形管生产过程细节控制管理更是对自我的挑战。张立红说:690U形管的制造流程长,有40多道工序,且生产跨上海江苏两地,中间任何一个环节稍微有些纰漏,哪怕运输上稍有不慎,管子也就废了。夏天,哪怕只有一滴汗滴在管子上,那这根管子也要判废。陆卫中说,最要命的是自身思维模式、操作习惯的改变。这个管子的生产方式有很多突破常理之处,原本养成的良好的生产操作习惯,对于它来说有可能就是致命伤很多时候,还要跟自己30多年来形成的经验习惯做斗争,非常痛苦!

  刚开始批量化生产时,前面几根管子的质量技术指标良好,这让大家都欢呼雀跃。而没过多久,突然间探伤合格率竟然从80%直接跌到零。当时都懵了,我们以为关键点都已经考虑到、控制好了,而突然又是晴天霹雳。张立红说,只能再一次地从头到尾跟班,找问题。这样的反复不知道已出现过多少次,现场每一个相关设备的零部件差不多闭着眼睛都能画出来。

投入巨大的人力物力,值吗?

  在得知自己要参与到690U形管项目中,陆卫中在他的QQ签名档里写道:我有一个梦想,终于可以去实现。对于个人来说,梦想让他充满激情与干劲。而对于企业而言,梦想实现的过程意味着切实的付出,人力、财力、物力,以及由此带来的各类经营风险。在690U形管项目中,仅其中的热挤压钢管改造工程投资就达10亿元。宝钢投入690U形管项目,利在何处?

  能源产业是国民经济的基础,是制约我国经济持续、快速发展的重要环节。随着石油、优质煤炭资源的日益紧缺,节能环保的重视程度日益加深,核电作为清洁环保型能源得到了越来越广泛的应用。目前,世界上已有450多座核电站并网发电,总装机容量3.5亿千瓦时,占世界总发电量的17%。而我国(大陆地区)目前有13座核电站,装机容量1180万千瓦时,占发电总量的2.18%。在确保安全的前提下,大力发展核电无异于是利国利民的好事。

  据专家预计,至2020年左右,我国的核电装机容量将达到7000万千瓦时,未来十年将是我国核电建设的高峰期。在百万千瓦级核电机组中需使用大量的特殊钢材料,其中,核电蒸发器用690U形管需求量为150至200吨/机组。按预计未来十年内新建60个百万千瓦级核电机组的规划计算,该产品需求量近万吨。而目前,我国的690U形管基本依赖进口。

  核电关键材料国产化不仅对国家能源安全有着至关重要的作用,更是有着旺盛的市场需求。

  2005年,宝钢在早期相关研究的基础上,开始了690U形管工程化研制之路,并立下了明确的目标:突破产品关键制造技术,掌握一贯制造工艺技术;研制出满足核电材料采购范围的1∶1全尺寸690U形管,产品质量与进口管相当;形成690U形管批量生产的全流程制造工艺技术,具备批量生产能力,实现国产化。2006年9月,核电蒸发器用690U形管国产化项目组成立,宝钢下定决心开始该产品的产业化之路。

拿下中华核电第一管,宝钢行吗?

  2007年6月,宝钢核电蒸发器用690U形管国产化一期项目在江苏宜兴奠基。宝钢与江苏银环公司、中国广东核电集团有限公司合资组建宝银公司,利用各家之长共同推进项目建设。公司的专用管生产线项目设计年产直径12至25.4毫米U形管500吨,可满足两座百万千瓦级核电站对蒸发器用U形管的需求。原料钢管由宝钢特材提供,U形管则由宝银公司轧制。

  承担该项目主要制造任务的宝钢特材和江苏银环公司在镍基合金,包括高温合金、耐蚀合金的研究生产领域以及U形无缝钢管,掌握了诸多核心技术,居于全国领先地位。2008年初,投资新建了钢管热挤压生产线,具备了从精炼、锻造、挤压配套齐全的流程优势。相关设备、技术的保障为产品最终的成功批量生产打下了良好的基础。

  产线装备的投入再大,也是可以计数的,而其中管理、人员的投入无法计量,并且这正是生产能否取得成功的关键力量。陆卫中在宝银公司投产后没多久,就被外派到了江苏宜兴,成为宝银第一任技术部部长。他回忆说:大家都从来没做过这个产品,只能走一步看一步,而且事关重大,任何细节都不敢马虎,事情就特别多。为了避免老员工过多地受制于多年形成的习惯和经验,宝银公司后期制管的操作、技术人员基本都从高校招聘。严格培训各项规程,实行半军事化管理,确保每一步生产过程的精确性。新设备、新人员如何快速地融合到690U形管的生产中去,更是一项繁复的工程。

  而在前道工序,项目组的人员更是忙得脚不沾地。有时候班排到晚上一二点钟,技术人员都连夜进厂跟班。张立红说,尤其在生产还不是很稳定的时候,经常几天就泡在现场,一个点一个点地查找,累了在作业区里眯一会。

  在各方协同下,2009年,在宝钢热挤压及U形管产线进行了小批量工程化验证性试验,试制出1∶1全长690U形管近200支,并对样管进行了应用性能试验和评价,与进口样管对比分析显示,在化学成分、组织、力学性能、尺寸公差、弯管椭圆度控制等方面均相当。2010年,完成了690热挤压管和成品U形管模拟件、预制批的工程化试制,并通过苏州热工院应用性能评定和国家核安全局组织的专家评审,获得了国家核安全局颁发的核安全机械设备制造许可证。2010年12月,防城港核电项目一号机组蒸发器用690U形管首批管束顺利发货,宝钢成为世界上第四家具备核电蒸发器用690U形管批量供货能力的企业。2012年3月,150吨管束全部交付完成。

宝钢产的690U形管,质量靠得住吗?

  1986年的切尔诺贝利事故、2011年日本福岛核辐射危机核能的极大杀伤力让人们不禁谈核色变。人们在沉浸于690U形管成功国产化的欣喜中时,更会提出疑问:宝钢产的核一级部件,质量靠得住吗?

  张立红说:核电以高度的安全为准绳,所以材料生产和使用标准都超乎一般的严格。690U形管不仅要通过国家核安全局的制造许可,而且生产前十天要通知国家核安全局有关部门,对方监制人员到现场后才可以组织生产。此外,关键工序规定了严格的监制点,生产过程中有一根管子出了问题,必须马上向监制部门汇报。宝钢还创新管理模式,为每一支成品管都打上了出生证明。该管的制造工艺、用途、去向等信息均可在数据库中查询到。

  宝钢首批690U形管产品的业主中广核工程有限公司、用户东方电器(广州)重型机器有限公司还分别对宝钢核电蒸发器用690U形管制造的技术准备、生产制造、物项控制、质量保证和质量控制能力进行了评定,并认定宝钢为其合格供应商。宝钢产的690U形管产品的组织力学性能、表面质量以及尺寸公差完全满足RCCMM4105技术标准和用户要求,实物质量与进口管相当。

  随着核电技术的进一步发展,具有更佳安全性和经济性的第三代核电技术已成为未来发展的方向。张立红介绍说,相较于二代核电技术改进方案(二代加)而言,第三代核电技术蒸发器用690U形管的控制要求更为严格、长度更长、生产难度更大。目前,宝钢在二代加核电蒸发器用690U形管国产化、产业化、工程化的基础上,有效突破了三代核电蒸发器用690U形管的技术难题,并已形成了标准化的制造工艺。宝钢有足够的材料保障能力来支撑国家安全、高效地发展核电技术。

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