攻關(guān)40年攻克核級閥門行業(yè)"天花板"級難題

     不足一人高，通體銀色，約兩個成年人可以合抱，體積不算特別壯觀，結(jié)構(gòu)卻十分復(fù)雜，這是國內(nèi)首臺自主研制的核電廠穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥給記者留下的第一印象。
      穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥，是核電廠安全等級最高、重要性最大的閥門之一，也是核級閥門行業(yè)公認(rèn)的國產(chǎn)化難度最大的設(shè)備。它的成功國產(chǎn)化，背后是幾代科研人員足足40年的艱苦攻關(guān)。
      在位于四川成都的中國核動力設(shè)計研究院的穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥試驗現(xiàn)場，該院安全閥研制負(fù)責(zé)人李曉鐘感慨萬千地告訴記者：“研發(fā)它，就像啃一塊硬骨頭。我們經(jīng)歷了無數(shù)次試錯、反復(fù)積累經(jīng)驗，最終才從‘量變’得到了‘質(zhì)變’。”
      2024年5月8日，由中核集團中國核動力研究設(shè)計院聯(lián)合中核蘇閥科技實業(yè)股份有限公司共同研發(fā)的國內(nèi)首臺核電廠穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥，在成都順利完成全部鑒定試驗，此舉標(biāo)志著我國成功掌握該核電閥門關(guān)鍵技術(shù)，打破國外技術(shù)壟斷，具備向核電機組供貨的能力，成為世界上少數(shù)掌握該技術(shù)的國家之一，對提升我國核電項目自主性，加快推動我國核電“走出去”具有重要意義。
      當(dāng)前，該項目正在行業(yè)內(nèi)組織開展成果鑒定工作，一切進展順利。
      歲月展壯志，磨煉顯本色。在李曉鐘深入淺出的講述中，國內(nèi)首臺核電廠穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥充滿挫折卻又飽含激情的誕生之路在記者眼前緩緩鋪開。

攻關(guān)40年實現(xiàn)“國產(chǎn)” 
攻克核級閥門行業(yè)“天花板”級難題
      核電廠的結(jié)構(gòu)原理是十分復(fù)雜的，非專業(yè)人士很難了解其細(xì)節(jié)，而核電廠穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥門是什么、如何工作，普通人亦很難想象。安全閥研發(fā)課題組組長王宇翔用一個簡單的例子向記者作了一個類比。
      “你可以想象一個高壓鍋，高壓鍋的鍋蓋上有一個排氣閥門，當(dāng)高壓鍋內(nèi)部的壓力值超過預(yù)定值，這個閥門就會自動打開，將蒸汽排出鍋外，從而保障使用者的人身安全。”他說，“簡單地理解，如果把高壓鍋比作核電站整體，那么穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥正是它的‘排氣閥門’，不同的是，生產(chǎn)一個高壓鍋排氣閥并非什么難事，但穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥原理復(fù)雜、結(jié)構(gòu)精密、功能多樣、指標(biāo)嚴(yán)苛，想要攻克技術(shù)難關(guān)，并非易事?！?BR>      難，源于需要對安全閥的壓力定值進行精準(zhǔn)的控制。王宇翔說：“核電廠投入運行后，其蘊含的能量巨大，對異常工況的管控和處置必須十分精準(zhǔn)。因此，要控制好運行壓力，就需要核安全級閥門具備極快的反應(yīng)速度和極高的動作精度，不能有絲毫差錯，這也會對閥門零部件的精度提出極為苛刻的要求。另外，要滿足要求，又涉及到反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計與瞬態(tài)分析、核級設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計與動態(tài)特性分析、核級設(shè)備多學(xué)科綜合性能鑒定等多個技術(shù)領(lǐng)域的交叉融合，是一塊名副其實的‘硬骨頭’?！?BR>      難，在于其是核電廠“最后一道”安全屏障。王宇翔告訴記者，在發(fā)生超壓工況時，如果穩(wěn)壓器安全閥無法正常開啟，或安全閥開啟后出現(xiàn)關(guān)閉故障，都會對反應(yīng)堆一回路的穩(wěn)定運行帶來十分嚴(yán)重的影響。而穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥正是嚴(yán)防產(chǎn)生這些后果的“鋼鐵衛(wèi)士”，因此其在核安全等級、抗震等級和規(guī)范等級等各項要求上，均被列為最高等級。
      核電廠穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥，標(biāo)志著閥門領(lǐng)域的最高技術(shù)水平，是目前少數(shù)幾個未能國產(chǎn)化的核電關(guān)鍵“卡脖子”設(shè)備之一，在很長一段時間內(nèi)，國內(nèi)在役及在建的核電廠穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥依賴進口，限制了我國核電產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
      深知其難，更要迎難而上。
      中國核動力設(shè)計研究院對先導(dǎo)式安全閥的自主研發(fā)之路，始于上世紀(jì)八十年代，取得了一些成果，也積累了一些經(jīng)驗。
      2004年，該院瞄準(zhǔn)商用核電開展大排量先導(dǎo)式安全閥研發(fā)，此后陸續(xù)在該閥門的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面都取得了許多新的重要成果，為最終的成功打下了基礎(chǔ)。
      2016年，該院成立了“華龍一號穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥”研發(fā)團隊，正式對這塊“硬骨頭”發(fā)起了沖刺。
      2019年4月，伴隨著轟隆一聲巨響，一股白色蒸汽從消音器的排放口噴涌而出，沖向藍(lán)天，十余秒后閥門迅速自動關(guān)閉，白色蒸氣在天空中冷凝成水滴，就像一陣細(xì)雨，飄落在實驗外場人員的身上。項目研發(fā)迎來了里程碑式的時刻，等比例樣機原理驗證成功，最核心技術(shù)取得了突破！
      2024年5月上旬，經(jīng)歷了大量艱苦的攻關(guān)工作后，國內(nèi)首臺核電廠穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥順利完成所有的鑒定試驗項目。這標(biāo)志著我國徹底打破了技術(shù)壁壘，成為了少數(shù)幾個完全掌握該項目技術(shù)的國家之一。
毫厘之間下足苦工
厚積薄發(fā)開啟“硬核”創(chuàng)新路
      寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來?；厥讈頃r路，李曉鐘感慨頗多：“要攻克任何難題，都不可能一蹴而就，屢戰(zhàn)屢敗，但屢敗屢戰(zhàn)，面對挫折永不言棄，成功一定在前方！”
      回想穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥的國產(chǎn)化研發(fā)路之初，上來第一個問題就難住了團隊：該閥門的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計過于復(fù)雜，國外各大廠商采取的設(shè)計方案均不同，我們的國產(chǎn)閥門該遵循何種思路進行設(shè)計？
      李曉鐘清醒地意識到：各國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際不同，照搬照抄行不通，只有堅持自主設(shè)計理念，立足自身產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，發(fā)揚自身技術(shù)優(yōu)勢，因地制宜、實事求是地用現(xiàn)代設(shè)計理論開展創(chuàng)新設(shè)計，才能收獲成功。
      此后，課題組從基礎(chǔ)出發(fā)，認(rèn)真系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究了“TRIZ理論”、“模塊化設(shè)計原理”等現(xiàn)代設(shè)計方法，連最基礎(chǔ)的理論也一一剖析，把種種知識重新掰開了、揉碎了、嚼爛了，再進行創(chuàng)新性思考，而后在功能分解、模塊劃分、結(jié)構(gòu)組合等方面思考了多種設(shè)計思路，最終創(chuàng)造性地形成了一種既與國外產(chǎn)品全然不同，又充分考慮兼顧已掌握的安全閥技術(shù)特點的總體設(shè)計方案。
      過了“設(shè)計關(guān)”，算是邁出了成功的第一步。但要讓全新的設(shè)計從“紙上”落到“地上”，又談何容易。研發(fā)如此精密的設(shè)備，在很多細(xì)節(jié)上，都得當(dāng)心“失之毫厘，差之千里”。課題組成員郭松講述了這樣一個故事：在試驗前期，課題組遇到了安全閥樣機不能按照預(yù)先設(shè)計的條件起跳或關(guān)閉的棘手問題。在課題組不斷推演動作過程的所有可能后，最終鎖定了故障原因——僅僅是因為某個部位上不足一毫米的尺寸“不對胃口”，幾百公斤的“大家伙”便鬧起了“情緒”?！?
      諸如此類大大小小的難題，課題組攻克了無數(shù)次。每一次他們都從基本原理入手，反復(fù)試驗、反復(fù)分析、刨根問底，一步一步突破最核心、最關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸。
      在成功的道路上，研發(fā)團隊也收獲了不少意外之喜。
      “從前，我們使用國外的設(shè)備，對許多技術(shù)細(xì)節(jié)往往是知其然，不知其所以然，但隨著鑒定試驗全部完成，我們不僅攻克了穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥的技術(shù)關(guān)，還打通了一系列別的技術(shù)堵點，使我們的技術(shù)水平得到了一次大提升、大飛躍。”郭松介紹道。
      技術(shù)上的大飛躍，也伴隨著實驗設(shè)備的大更新。在攻克穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥的過程中，中國核動力設(shè)計研究院建成了大型安全閥綜合熱態(tài)性能裝置，該裝置可覆蓋百萬千瓦級大排量安全閥熱態(tài)鑒定試驗項目，不僅能為穩(wěn)壓器安全閥提供試驗和鑒定支持，還能為其他類型閥門提供試驗服務(wù)和技術(shù)支持。
      接下來，該院將召集多方力量，促進技術(shù)研發(fā)的整體協(xié)同，走好成果轉(zhuǎn)化關(guān)，盡快實現(xiàn)首臺套供貨，同時再接再厲，用自身的技術(shù)為核技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈作出更多更實的貢獻。