大功率核电汽轮机现状,发展方向及对策

大功率核电汽轮机现状，发展方向及对策摘要：摘要：简要分析了核电汽轮机现状、发展方向，并对设计及制造的国产化、原材料的的本地化进行了阐述。

关键词：核电汽轮机；国产化制造；材料供应1国内外核电汽轮机现状经过几十年的发展，我国汽轮机制造业已形成一定的规模优势、产品种类优势、创新优势。

在全转速核电汽轮机制造方面，上汽为秦山一期制造了300MW汽轮机，哈汽为秦山二期设计制造出了650MW汽轮机。

在百万等级半转速核电汽轮机方面，哈汽与三菱重工为三门、海阳项目APl000核电站联合设计、合作制造了l250MW等级半转速核电汽轮机；东汽与阿尔斯通、上汽和西门子合作为岭澳二期、红沿河、阳江项目CPRl000核电站生产制造了l000MW等级半转速核电汽轮机。

图1大功率核电机轮图片对于大功率核电汽轮机，国内三大制造厂均从国外技术支持方引进了相应的技术，通过引进、消化、吸收、再创新四步走的发展策略，可以满足生产制造的需要。

在核文化建设、质保体系建立、生产制造工艺等方面已经基本能满足核电业主的要求。

但在制造成本、再创新能力、关键技术研发和科技投入、人才队伍建设等方面，发展水平和层次不高的问题依然较为突出。

具体表现在3个方面：（1）我国大容量核电汽轮机制造成本高。

目前，汽轮发电机组的性能一般由国外技术支持方负责，对国内制造厂的制造经验、核文化意识、制造工艺水平、质量保证体系等普遍存在不信任态度。

为了保证产品的质量和制造进度，转子、叶片、隔板、阀门等重要部件一般由外方制造，导致成本远远高于国内制造水平。

即使国内负责制造的部分，外方也要在材料替代、质量控制等方面进行严格的把关，而费用需要国内制造厂承担。

因此，汽轮机制造成本的提升直接加大了常规岛的投资成本，制约了核电站批量化建设的步伐。

(2)技术创新能力以及引进技术的再创新能力不强。

我国是电站汽轮机的制造大国，但与发达国家相比，汽轮机的竞争能力不可同日而语，最大差距是缺乏创新能力，大部分设计和制造技术依靠引进，缺乏具有自主知识产权的核心技术，原创性技术和产品更少。

没有自主创新能力、没有自主知识产权，只能靠引进、转化国外技术发展本国的核电汽轮机产业，成为国外著名汽轮机制造厂的制造中心，而不可能真正成为汽轮机制造强国。

(3)关键技术研发和科技投入的不足，导致缺乏市场竞争力。

通过技术引进解决了没有制造图纸问题，而关键制造工艺、技术诀窍等只能靠国内自行研发解决。

在关键技术研发方面，目前普遍存在临时抱佛脚的工作思路。

对于未来新产品开发所需解决的关键技术攻关意识不强。

专利拥有的数量和质量尚处于起步阶段。

科研费用的投资比重远低于国外同行的平均水平。

3国内核电汽轮机的发展方向为了适应国家核电发展战略，开发容量更大、技术更先进且具有自主知识产权的核电站已成为今后我国的核电发展方向，同时作为国家重大科技专项之一，改进型压水堆CAPl400的研制也提上日程，国家核电技术公司正在进行示范工程CAPl400项目的前期准备工作。

为了适应核岛快速发展，需要开发研制出先进的、成熟的与改进型压水堆CAPl400堆型相匹配的更大容量半转速核电汽轮机及其辅助系统。

为我国建设更大容量的第三代压水堆核电站提供具有更高的可靠性、更高的效率、更大的输出功率、具有国际竞争力的半转速核电汽轮机是我国核电汽轮机今后的主要发展方向。

具体体现在以下3个方面：(1)具有自主知识产权的核心技术研制是今后的最主要发展方向。

为了适应核电的发展需要。

国内制造厂以合作或技术引进的方式进行了百万等级半速核电汽轮机的生产制造工作。

但由于技术支持方的技术封锁，国内制造厂以制造许可证的方式进行了技术引进，对于关键技术、专利技术、核心设计技术等无法引进。

掌握的仅仅是制造图纸，对于超长叶片的开发设计、三维流场分析技术、以动应力计算为代表的叶片强度计算技术等都是研制的重点。

同时大型转子锻件的研制、大尺寸轴承和主要阀门的研制等开发设计工作也是必须掌握的核心技术。

只有在核心技术上形成自己的设计体系，拥有自主知识产权的专有技术，完善自主研发平台，才能不受制于人，才能自主完成更大容量的核电汽轮机及主要辅机的工程设计。

为今后开发适应CAPl700示范项目更大功率的核电汽轮机打下坚实的技术基础。

(2)具有较强的系统集成能力和接口配合能力应是今后发展的主要方向。

根据目前在建的核电站经验，业主对汽轮发电机组的辅助系统要求设备供应商进行系统布置设计、管道计算、支吊架和系统配套设备等工作。

这些工作以往在电项目上都由设计院负责，而现在汽轮机制造厂必须建立系统设计及计算的技术平台满足常规岛整体设计的要求。

同时由于核电设计管理比较严格，业主往往有一套成熟的接口管理程序，较强的接口配合管理能力也是今后发展的重点。

(3)加工制造能力的升级换代是汽轮机发展的主要趋势。

随着CAPl400的顺利推进以及将来CAPl700的开展，对关键部件的加工制造能力提出了更高的要求。

由于机组容量的增大，需要更大尺寸的转子、轴承、主蒸汽阀门、大口径管道的普遍应用。

同时需要更长的末级动叶来满足工程的需要。

动叶片尺寸的加大直接导致汽缸等主要部件重量和尺寸变得越来越庞大。

所有这些部件的加工对制造厂目前的加工设备和关键工艺提出了更高的要求，能否加T制造出更大功率的核电汽轮机主要部套是国产化的一个重要指标。

3发展策略3.1提高中间再热性能现代中间再热机组通常是在25%负荷以上定压运行，汽轮机具有多步顺序控制阀门。

虽然这样可以获得部分负荷的经济热耗率，但是些这机组担任系统基本负荷，正常所带的负荷很高，以致部分负荷的经济性受益，并不能得到利用。

将来核电容量增加，承担系统基本负荷，调节系统性能，大型二次中间再热机组即可改为周期运行方式。

图2表示混合运行方式。

起初用关小控制阀定压减负荷，随后变压降负荷。

这样比定压全开节流阀或全部变压运行的性能有利。

实质上，汽轮机的控制阀在一定位置，用锅炉滑压，达到87%负荷，新蒸汽压力升到额定值时，开启最后的控制阀，接带满负荷。

3.2加强给水回热泻漏管理设置外置蒸汽冷却器加热1号高加出口给水，较小三段抽汽过热度，提高省煤器给水温度。

表1给出THA、75%THA和50%THA工况下采用设置附加高压加热器后，对机组运行经济性影响。

由表1可以发现，在3种工况下设置外置蒸汽冷却器发电煤耗分别下降约0.23g/kW?h、0.33g/kW?h和0.34g/kW?h，平均发电煤耗降低0.3g/kW?h。

锅炉效率虽有所降低，但汽轮机热率大幅度减小，总体发电效率及经济性依然上升。

3.3加强汽机疏水系统维护加强对疏水门的检修和维护，强化阀门的运行管理。

疏水阀的检修是在冷态下进行，却运行在高温环境，因此在选用电动疏水门时最好选“力矩”关阀门;特别是疏水电动阀，运行过程中存在行程自动漂移现象，因此一旦温度出现异常偏高现象，应及时对阀门进行热态调试，调试前先全开品的目前标准设计中没有考虑生成“设备不可用”这个综合信息。

解决方法。

澄清功能要求，暴露出问题后，各方均提出了解决方法。

DCS供货商提出:应修改开关柜逻辑，将故障信号与试验信号分别送出以适应其设备驱动模块的设计。

经分析认为:此方案并不解决问题。

一是对于泵、风机的设备驱动模块存在试验位，而对于电动阀门的驱动模块不存在试验位输入;二是这个修改将引起一系列的修改———修改逻辑图、修改电缆系统图、电缆端接图、运行维修文件等。

于是工程师又提出两个建议:一是使用单独的输入输出模块采集此“设备不可用”综合信息。

这样既可以解决信号闭锁控制输出的问题，又能使该信号不会自动产生报警，额外增加操作员的确认工作，同时还能够方便地进行必要的单个或组合报警的实现。

二是使用驱动模块的试验状态信号输入端采集“设备不可用”综合信息。

此方案可以解决信号闭锁控制输出的问题，且不会自动产生报警。

但它产生的信息是试验信息，这与设计院要求不完全符合，需要更改工作站的设备显示信息。

对于控制电动阀门的DCM模块，因为没有试验位输入端，不能采取方案ii，经研究，可使002SM在抽屉处于正常工作位、试验位时打开，确保正常工作位设备可用，没有故障信号发出，设备正常接收DCS命令;同时在抽屉处于试验位时，也能正常接收DCS命令对控制通道、开关柜二次控制回路侧进行试验，可以实现调试试验的功能要求。

问题得到解决。

(二)DCS系统控制输入输出的主要技术要求通过上文可以看出，DCS控制系统的输入输出设计必须首先满足工程实际的功能需求。

尽管DCS系统是一个成熟的系统，已积累了很多的工程经验，控制保护设计得比较周密，但针对不同的工业对象，会有一些特殊的要求。

除此以外，为确保设计合理正确，还应注意考虑下面的技术要求。

控制功能要求。

根据现场设备的特点，确定功能实现的方法，确定控制输出的数量、输出类型。

隔离功能的要求。

控制回路和电气开关柜回路应有充分的隔离，以防止一侧的损坏会波及到另一方的安全。

隔离既有安全方面的要求，也有电气本身的要求。

安全方面的要求是指信号流的方向只能从核安全等级高的送到安全等级低的设备，而不能反向。

此要求是确保安全级设备的功能实现。

电气方面的隔离要求主要是指电源隔离等要求，不同回路的电源不能在一个设备上有交叉而未作隔离。

功率匹配的要求。

功率匹配是指DCS系统的控制触点的输出容量应满足它所分断的控制回路的应用要求。

输出容量的选择还应考虑分断的是阻性负载还是感性负载。

结语电气设备产品不断地更新换代，控制系统更是随着信息化技术的突飞猛进发展而日益功能强大，参考电站的一些要求有的是基于当时技术实现的能力提出的，有的是需要进一步改进提高的。

使用了功能强大先进的数字化技术，技术实现方案有的是可以作出改进调整的。

通过核电项目的设计、建造的深入进行，相信必然会对核电站的设计完善以及设备制造的进步做出一定的贡献。

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