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自主創新,核電國產化永遠的追求

來源:光明日報 發布日期:2008-11-21

    秦山二核鳥瞰

       2008年11月6日,在我國核電國產化建設的歷程中,又是一個值得紀念的日子:秦山二期擴建工程4號機組核島穹頂吊裝順利完成。這標志著國家“十一五”首個開工的核電項目全面轉入安裝階段。這個時間比原計劃提前3個月,秦山又一次創造了國內核電站土建施工的最短記錄。

        從1996年6月秦山二期1號機組開工建設到現在,中核集團核電秦山聯營有限公司以國家利益為重,以發展民族核電事業為先,在核電站自主設計、自主建造、自主管理、自主運營上一步一個腳印,一步一個臺階。他們創立了我國第一個具有自主知識產權的商用核電品牌,為我國掌握百萬級核電站設計、建造核心技術進行了成功探索,在經濟效益上創造了目前國內核電站最為優異的運營記錄,更為我國核電站規模建設奠定了基礎,被譽為中國核電國產化的開拓者。

        今天,秦山二核人不再講述昨天的故事,在運營、擴建同時進行的過程中,他們又創造著新的歷史奇跡。

        不斷創新——秦山二期擴建工程技術水平跨越新的高度

        按照國家要求,秦山二期擴建工程是1、2號機組的翻版加改進。這一重大決策,表明擁有我國自主知識產權的商用核電品牌CNP600已經成熟,對推動我國后續核電項目國產化建設具有重要意義。

        秦山二期1、2號機組是我國首座“自主設計、自主建造、自主管理、自主運營”的大型商用核電站,也是“九五”期間開工的4座核電站中唯一國產化項目,分別于2002年4月、2004年5月投入商業運行。自主設計率達90%,國產化率達到55%。在2006年進行的機組竣工驗收時,國家給予高度評價,認為“1、2號機組的電站總體性能達到20世紀90年代國際同類核電站的先進水平”。

        實際上,1、2號機組在自主設計方面,不少地方仍然可以與當今世界核電技術水平比肩。如我國自主設計的反應堆堆芯,通過流量分配試驗、堆內構件流致振動試驗等大型科研攻關,綜合指標達到目前國際上第二代核電站改進型水平。反應堆熱工安全裕度、堆芯臨界硼濃度、控制棒當量、堆芯功率分布等精度達到國際先進水平,達到第三代核電站的技術指標。

        特別是堆內構件流致振動試驗不僅國內首次,就是世界上也只有法國、日本在原型堆上進行過。在1號機組熱態試驗期間,對堆內構件在高溫、高壓、高流量的工況下,進行振動響應特性實測難度相當大。如果出現顛覆性事故,后果不堪設想。但是,為進一步掌握核電站的核心技術,企業必須背負這一社會責任,承擔巨大風險。通過試驗,設計者拿到了第一手資料:實測結果與模型試驗和計算分析的結果一致,證明設備的設計、制造符合規范要求,質量可靠。

        在起點已經很高的1、2號機組上進行創新改進,秦山二期的核電工作者面臨新的挑戰。核電站任何一個小小改動,都是牽一發動全身的舉動,會給設計、建造帶來非常大的工作量,甚至要重新進行理論計算和物理試驗。核電作為高技術產業,不斷創新、改進,提升安全性、經濟性是其永恒的追求,“改進”因此成為3、4號機組建設的重頭戲。剛剛從艱難困苦的核電國產化道路上走來的秦山二核人,又一次披掛上陣,開始了新一輪國產化核電的歷史跨越。

        秦山二期擴建工程從2004年正式啟動開始,核電秦山聯營有限公司就專門成立了負責設計改進的工程技術委員會。該委員會的一項主要職責,就是組織全廠進行1、2號機組經驗反饋大動員,同時安排專人負責收集國內外核電站的相關運行經驗反饋,歸類整理后組織廠內外專家分專業集中討論。經過前后一年多的不斷討論與驗證,最終確定提高整體設計水平的重大技術改進有10項,重要設計改進18項,設計改進1115項。

        每落實一項改進,都需要經過大量的分析、論證,然后確定初步方案,而具體落實到圖紙上,則還需要設計人員付出更加艱苦的勞動。一些改進更是在極其缺乏基礎資料的情況下進行的。例如當時法國同類核電站的經驗反饋資料只有一個英文題目清單,設計人員根本無從分析。為了破解這一難題,協助設計工作,他們不得不利用各種資源從國內核電站、國外公司收集和花巨資購買獲得了一大批資料,確保改進工作的順利實施。

          在這1115項改進中,有800多項是1、2號機組運行經驗的反饋,很多重大改進來源于運行人員實際操作中發現的缺陷。一次,正在運行的2號機組有一個流量儀表突然發生漂移,導致閥門誤動。主控室的操作人員發現后立即對故障原因做出準確判斷,馬上進行了手動干預,防止了事故的發生。這種儀表故障防不勝防,如果不能及時發現和準確判斷,會直接影響核電站安全穩定運行,操作員的壓力極大。針對這一情況,3、4號機組對儀表系統進行了設計改進,解決了儀表漂移問題。雖然一臺機組儀表投資增加600萬元,但減少停堆所帶來的經濟效益更大,更為重要的是極大地緩解了操作員的緊張狀態,保證了核電站的安全運行。

        據了解,在10項重大改進中,相當部分項目是從核安全角度考慮的。擴建工程根據國家和國際上新的核安全法規要求,通過開展嚴重事故分析、對概率安全分析實施設計改進,以及對消防系統、安全殼噴淋系統等重大安全項目的改進,進一步提高了核電站預防和緩解嚴重事故的能力。盡管核電站嚴重事故發生概率僅為10-5,但秦山二期在擴建工程中都視其為100%,為此投入巨資在所不惜。但是,改進并不是一味增加資金,根據1、2號機組設備運行狀況,通過優化設計又減少了一些系統,同時節省大量的投資。

        秦山二期擴建工程通過設計改進,不僅安全性大大提升,經濟性也有很大提高。據介紹,3、4號機組的負荷因子由65%提高到75%,這是目前世界核電站的經濟運行水平。秦山二期擴建工程中的1000多項創新改進,不僅是對自身技術實力的考驗,對掌握核心技術的促進和推動,更是一筆擁有自主知識產權的寶貴財富,是對世界核電技術發展的貢獻。

        勇于擔當——秦山二核人在核電國產化道路上再樹豐碑

        能否自主發展核電,是對一個國家工業水平和綜合能力的檢驗。一座核電站有300多個系統,在核電產業鏈中,設備費用占電站總投資近50%,所有設備都需要一流的質量和技術等級。促進國家核電重大裝備制造業提升機電儀器的整體水平,這就是核電國產化的巨大動力和意義所在。

        秦山二期1、2號機組在自主建造上的業績可圈可點,特別是在設備制造國產化方面更是成為開路先鋒。20多萬臺設備有55%實現國產化,55臺關鍵設備國內制造,壓力容器、蒸汽發生器、反應堆控制棒驅動機構、大型核電站汽輪發電機等核心設備全部是國內第一次制造。特別是完全自主開發的反應堆控制棒驅動機構,控制棒落棒時間為1.5秒,少于法規要求的2.4秒;步進考核達到了850萬步,而法規要求是120萬步,設計要求240萬步,其綜合指標均達到國際先進水平。

        設備國產化是與風險相伴的,國產化程度越高,意味著設計和建造的風險越大。國際上幾大核電設備制造商如法國法馬通、美國西屋、日本三菱有幾十年的核電設備制造歷史,而在1、2號機組建設時期,國內核電設備制造業只能說是剛剛起步,把核電站的大部分關鍵設備交給國內企業制造,需要勇氣和膽識,有時還要擔當失敗的責任和損失。

        2003年6月1日,秦山二期2號機組汽輪機沖轉成功,比計劃提前60天。有1號機組順利發電在前,所有人對2號機組在預期的2003年底投入運行信心十足。可是,這一天沒有如期到來,命運之神跟他們開了一個殘酷的玩笑。

        2003年7月初,現場對2號機組壓力容器進行役前復檢時,發現接管端的一條制造焊縫有超標顯示。

        壓力容器在核電站設備中被稱為“核一號”,它是核電站的心臟,直接關系到核電站的安全運行。在此之前,我國所有核電站的壓力容器全部進口,包括秦山二期的1號機組。為加快核電設備國產化進程,2號機組壓力容器由國內企業制造。

        壓力容器出現質量問題,這讓核電秦山聯營公司全體職工從勝利的巔峰一下子跌到失敗的谷底。

        為了迅速解決問題,現場各路專家很快拿出三套方案。向美國西屋、日本三菱、法國法馬通發出商請技術支援的函電。最后慎重地與西屋公司簽訂了合同。2004年1月,2號機組壓力容器返修成功。

         壓力容器質量事件責任不在核電秦山聯營公司,但所有的經濟損失和政治影響全部由他們承擔。這種以民族大業為先,以國家利益為重的精神光芒在秦山二期處處閃現。如果說,秦山二期1、2號機組55%的設備國產化率,對我國機械、電子、儀器儀表等制造業產生了巨大的拉動作用,一個專門制造核電設備的產業集群在國內初步建立起來的話,那么,秦山二期擴建工程70%的設備由國內制造,就不是一個簡單的數字變化,有一個量變到質變的飛躍。

        從擴建工程新增國產化主要設備的清單里可以看出,幾乎所有的設備大到反應堆壓力容器、蒸發器,小到閥門、電纜大都是國內采購制造,很多核級重要設備國產化實現了零的突破。

       電氣貫穿件是核電站重要的1E級設備,是運行期間反應堆內外聯系的唯一紐帶,為核島內設備提供電力,同時作為核電站最后一道安全屏障的一部分,在事故狀況下保證安全殼的完整性。此前,世界上只有美國、法國、德國、日本的少數幾家公司擁有電氣貫穿件制造能力,且相互之間一直形成默契壟斷的局面。我國前期建成的核電站,全部依靠進口,不僅費用高昂,備件及現場服務的及時性也不時困擾著業主。

        “只有國產化,才是國內核電的希望。”正是堅守這一矢志不移的信念,秦山二期在擴建工程中,始終在國內尋找制造廠商。為了實現這一目標,核電秦山聯營公司成立了專門小組,對企業研制工作進行跟蹤,并提出積極的建議。

        2006年9月,機械工業聯合會和中核集團公司共同組織了設備鑒定會,對國產電氣貫穿件進行鑒定,與會專家認為,國內產品“能滿足核電站使用壽命達到60年的要求,技術指標已達到國外同類產品的先進水平”。從此,結束了我國電氣貫穿件必須依靠進口的歷史。

        反應堆廠房環吊是秦山二期擴建工程的關鍵設備,核電站投運后,環吊將一直在反應堆壓力容器開、關蓋等換料大修活動中起重要作用。目前,國內在役核電站的環吊均由國外廠家制造,秦山二期1、2號機組的環吊也是進口的。

        秦山二期經過多次考察,認為國內廠家盡管有些地方和國際水平有差距,但完全有能力制造出合格的環吊。因此提出在擴建工程中要實現環吊的國產化,并選定由太原的一家制造廠承制。為確保首次國產的成功,還選擇了一國外公司進行技術支持。通過中外合作,實現了650MW核電站環吊首次國產化,大幅度提高了國內起重機行業的技術和管理水平。

        目前國內許多制造廠的積極性很高,技術實力也有保證,需要的是制造業績,要有勇氣給與他們“第一次”實踐的機會。而秦山二期也一直演繹著“第一個吃螃蟹人”的故事,引領核電國產化設備制造取得一個又一個重大突破。

        實際上,為了早日實現核電國產化,秦山二期不僅擔當的是風險和責任,還要投入巨額資金與制造企業共同進行科研攻關。據設備部門一位負責人介紹,在1、2號機組建造時,國內核電設備的設計和制造基礎很薄弱,要承擔技術難度和質量要求很高的核電主設備的設計和制造任務,必須進行深入的技術咨詢、技術改造、技術培訓,有的還需要進行科研攻關,秦山二期在這方面都投入過巨額資金。比如,上海鍋爐廠承接2號核電機組蒸汽發生器時,向美國西屋公司提供了40多萬美元的技術支持費用;為控制棒驅動機構、應急柴油發電機組、人員閘門、裝卸料機、繼電器機架和反應堆保護系統等設備的研制提供了1100多萬元的研制和試驗費用。

        在擴建工程中,秦山二期同樣投入大量資金與企業共同進行科研攻關。在核電設備國產化中,閥門是最令人關注的。1、2號機組1萬多個閥門有5000多個進口,在3、4號機組設備國產化的目錄中,大部分閥門要國內采購。盡管國內生產閥門的企業不少,但真正能夠制造核級閥門、具備核級閥門制造資質的企業并不多。為了攻克核級閥門制造的難關,秦山二期與5家企業簽訂了科研協議,從前期設計到后期制造,投入專項資金、派遣科技人員共同研制。據了解,通過二期擴建工程為設備國產化投入科研經費至少3250多萬元。

        秦山二期為核電設備國產化所做的犧牲和努力,使很多合作廠家深受感動。制造反應堆堆內構件、控制棒驅動機構的企業負責人真誠地說,秦山二期一直以積極穩妥的態度致力于核電設備的國產化,他們的魄力和嚴謹、審慎的態度很令人欽佩。企業承擔了秦山二期擴建工程堆內構件的設計制造任務后,核電秦山聯營公司為了設備制造的萬無一失,特意請法國法馬通公司做技術支持,并為法方提供了125萬美元的咨詢費用。

        據了解,擴建工程中的75000臺/套設備,有70000多臺/套國內制造。秦山二期又一次開創了核電國產化先河,實現了自我跨越。

        堅持探索——核電站管理創新集成優勢資源和團隊智慧

        在秦山二期自主創新的基地上,4個核電廠房高高聳立。已經投入生產的1、2號機組以驕人的運營業績,展示國產核電站輝煌的成就,正在建設的3、4號機組施工現場整潔規范、井然有序,質量、進度、投資三大指標都得到良好控制。

        一個業主,既負責兩臺機組的運營,又擔任兩座核電站的建設,這在國內是首次。核電秦山聯營公司總經理楊蘭和說:運營與擴建同時進行,是一個比單一運營或單一擴建更為復雜的系統工程。在人員基本不增和工作任務翻番的情況下,面對“一肩挑兩擔”的復雜局面,秦山二期提出了“立足自主、統籌互補”的管理模式。立足自主就是強調解決核心和關鍵問題時必須樹立“以我為主”的理念,同時加大與設計、設備制造等領域的國際國內戰略合作,持續提高企業掌握核心技術的水平和自主化管理水平。統籌互補,即統一領導,全局聯動,統籌安排運行機組和擴建工程的人力和物質資源,實現經驗共享和管理互補。這一全新管理模式的實施,就是要實現優化管理,提高效率,降低成本,達到投入產出比最優化的目的,也要為擴建工程商運后全面實行群堆管理和集約化運作打下扎實基礎。

        “立足自主、統籌互補”管理模式的創立,對于秦山二期來說,不僅是情勢所迫,更是有著深厚的基礎。公司1385名員工中,有許多人參與了1、2號機組建設的全過程,他們在核電國產化的艱辛道路上,通過刻苦拼搏、自主創新,解決了許多突出問題,攻克了多道難關,積累了較豐富的核電建設經驗。1990年以后陸續入廠的青年員工,通過1、2號機組的調試、檢修和運行的鍛煉,掌握了扎實的理論和實踐技能,成為企業的新生力量。如何把分散的、潛在的經驗、能量,通過總結、提煉,集成為企業的優勢資源和團隊智慧,“立足自主、統籌互補”管理模式實現了這一目標。

        一個團隊承擔兩個關系國計民生的重大責任,一個企業操作兩個規律、目標、內容不盡相同的運行體系,核電站運行、建設既要堅持“四個自主”,又要以開放的心態學習國內外先進的管理經驗和技術,秦山二期創立的管理模式使兩者達到了辯證的統一,做到了運營機組和擴建機組相輔相成、資源共享;運營、建設團隊職責分工明確,相互協作溝通;運營、擴建兩個平臺共同為核電自主化培育人才。

        事實上,一個管理模式的確立,從某種意義上來說,還只是完成了理論層面的工作,解決了體制、機制問題,而要真正落實管理目標,需要有大量的執行文件作保證。為了保證核電站安全可靠運行,為了使擴建工程質量、資金、進度得到有效控制,秦山二期究竟制定了多少規范、程序、制度?

        答案是一個人們難以想象的數字——上萬種!所有規范、程序和制度,全部嚴格按照國際標準制定。這些規范和程序是秦山二期20年建設和管理核電站的經驗集成,是二期這支優秀的團隊智慧的聚合。

        在核電站自主運營方面,100多名技術人員和管理人員陸續編制了7000多項核電廠規程。先后出臺數百項管理規定和管理辦法,明確相關單位和個人的安全管理責任,為安全生產提供了制度保證。

        2005年,是秦山二期的管理年。這一年,公司對《生產質量管理手冊》進行了重新編制、修訂;創新編寫了用于擴建工程管理的《建造質量管理手冊》,加上用于行政事務管理的“工作質量管理手冊”和“公司質量管理手冊”,構成了公司的程序化管理體系。

        這種全新的程序化管理體系,清晰地界定了各處室的職能和接口,使各項管理工作更加規范,便于經驗的積累和傳承,進而為崗位培訓和人才流動打下了良好基礎。目前,規范化、程序化的管理體系已深入人心,應用程序指導工作已成為廣大員工的自覺行為。

        管理水平的提高,提升了機組運營能力。1號機組投產第一年負荷因子達到74.9%,超過設計負荷因子;2號機組在2004年投運后,2005年至2007年連續三年無非計劃停堆停機,連續運行958天。尤其是2號機組2006年和2007年的綜合指標,位列全世界400多座核電機組的第57位和第60位,達到了國際核電站的中值以上水平。作為大陸首座國產化商用核電站,在短短幾年就達到如此高的水平,在國際、國內都足以作為范本。

        那么,規范化、程序化管理在擴建工程中又是怎樣的一個狀態呢?一位從事工程管理的負責人做了介紹。

        擴建工程雖然可以借鑒1、2號機組的工程管理經驗,但原有的規章、規程、制度遠遠不能達到精細管理的要求。3、4號機組有5家施工單位,接口多,工作面大,業主、設計部門、施工單位、監理公司各有各的法規、章程,各有各的職能、制度,如果僅僅靠人管理,靠人協調,很難實現對質量的全面監控,進度計劃也難以完成。再加上3、4號機組的建設周期比前兩個機組減少一年,進度網絡安排得非常嚴謹,容不得任何誤工行為的出現;國內核電市場競爭趨于激烈,具有一定管理水平和技術水平人員頻繁流動,削弱著現有設計、施工和監理的管理力量;承包商大量實行管理層和勞務層分開,工人流動大、文化和技術水平參差不齊等等因素,給3、4號機組的建設帶來難度,規范化、程序化成為擴建工程實現精細管理的必然要求。

        從擴建工程開始的第一年,工程部門就開始編制程序,僅接口文件上層程序就有120多份,具體的執行程序不下千種,連各個施工單位的施工記錄、質量控制表格都統一編制,并把每天的表格輸入電腦。開始時,一些施工部門對填寫“記錄”不以為然,有的該記不記,有的錯誤百出,在工程管理部門的壓力下,通過不斷整改,施工單位對業主的規范化、程序化管理已經普遍接受。擴建工程的現場管理更是多次得到國家有關部門的充分肯定。

        以程序管理為核心,靠程序指令各崗位的員工,靠程序規范步驟,是秦山二期擴建工程實現精細管理的精髓。通過企業自主開發的擴建工程管理信息系統,工程管理人員可以實時查詢設計、工程變更跟蹤情況;設備處的工作人員可以從“秦山核電二期擴建工程設備監造程序匯編”的文件里,獲得任何一個設備的制造信息和設備制造企業的詳細情況;設計技術管理處將精細管理融入擴建工程設計改進中,對1408改進項建立了審查、跟蹤、落實檔案。在工程現場,每一員工都持有一本以質量為核心的手冊,上面所有的工作內容、接口、流程都有明確的規定。

        “實現規范化、程序化管理,很大程度得益于信息平臺的建立。”對此,總經理楊蘭和深有感觸地說,信息化技術的應用,極大地提高了管理水平和工作效率。過去1、2號機組建設,為圖紙,現場人員忙忙碌碌往返于北京、秦山之間,公司在北京的設計院租了幾十間辦公室還不夠用。現在,年輕的工程技術人員通過計算機建立了暢通的工作渠道,能夠與全國乃至全世界的參建協作單位在網上洽談、解決問題,工作效率之快捷是以往難以想象的。

        核電運營、建設方面的管理創新,是秦山二期為核電國產化跨越新高度提供的更為寶貴的財富。

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