根據《國家科學技術獎勵工作辦公室關于2017年度國家科學技術獎勵推薦工作的通知》(國科獎字【2016】41號)要求,經研究決定,中國核能行業協會擬推薦1項成果參評2017年度國家科技進步獎,現將擬推薦成果情況予以公示,公示期為10天(自2016年12月20日至12月30日),公眾如對公示內容存在異議,可于公示期內向中國核能行業協會科學技術獎勵辦公室提出書面意見。異議材料請寄送中國核能行業協會科學技術獎勵辦公室(北京市西城區車公莊大街12號,核建大廈616),電話:010-88305898、88305895,傳真:010-88305891。
附件:1. 項目公示內容
2. 異議書
中國核能行業協會
2016年12月19日
附件1:
公示內容
一、項目名稱:
百萬千瓦級核電堆內構件先進制造技術
二、推薦單位意見:
反應堆堆內構件是壓水堆核電站最重要的核心部件之一。堆內構件結構復雜,加工精度要求高。工作環境嚴苛,在40年工作壽期內必須保證不發生腐蝕及尺寸穩定不變形,因此對材料選擇、機加工、焊接、組裝、檢測等關鍵技術的要求很高,世界上僅有少數幾個國家能夠制造。上海第一機床廠有限公司與中廣核工程有限公司合作,經過4年多攻關,于2009年11月完成了產品研制工作,為嶺澳核電二期提供了優質產品。嶺澳二期的2臺機組分別于2010年9月、2011年8月投入運行,至今已經運行5年以上,堆內構件情況良好,沒有發生任何問題,支撐了核電站的安全運行和生產。
堆內構件國產化攻關在完成首臺套產品生產制造的同時,研究開發了118項關鍵技術,形成了具有自主知識產權的完整配套的工藝技術和國產化裝備,培養了一批高素質的技術人才,為后續產品制造奠定了堅實基礎,為我國核電的批量化發展做出了貢獻。成果填補了國內制造領域的空白,已經獲得國家發明專利授權5項,實用新型專利授權9項,并且形成中華人民共和國能源行業標準13份。
成果已推廣應用到紅沿河、陽江、寧德等后續核電項目的堆內構件制造中,目前上海第一機床廠有限公司制造的堆內構件占國內市場總額92%,經濟效益、社會效益顯著。堆內構件國產化制造的成功打破了國外廠商的壟斷,為降低國內核電站建造成本做出了重要貢獻。
成果2011年6月獲得中國核能行業協會科學技術獎一等獎,2013年1月獲得國家能源科技進步獎一等獎。2016年獲得中國能源裝備“十大卓越性能產品”。我協會同意推薦該項目為國家科學技術進步獎二等獎。
三、項目簡介:
反應堆堆內構件位于反應堆壓力容器內部,承擔為核燃料組件、堆芯測量儀表、輻照樣品監督管等堆芯部件提供支承、對中和導向的作用,同時引導冷卻劑流入和流出,是壓水堆核電站最重要的核心部件之一。
反應堆堆內構件由上部支承結構、下部支承結構、壓緊彈簧、控制棒導向筒等部件組成,高約10m,最大直徑φ3925.8mm,重約125t,有一萬多個零件。堆內構件結構復雜,加工精度要求高。工作環境是高溫高壓水及強輻照場,要求在40年工作壽期內必須保證不發生腐蝕及尺寸穩定不變形,因此對材料選擇、機加工、焊接、組裝、檢測等關鍵技術的要求很高,世界上僅有少數幾個國家能夠制造。
我國從上世紀八十年代開始發展核電,百萬千瓦級核電站堆內構件一直依賴進口。2004年3月,國家把嶺澳核電二期列為百萬千瓦級核電站自主化依托項目,其中堆內構件首臺國產化的任務由上海第一機床廠有限公司承擔。
上海第一機床廠有限公司與中廣核工程有限公司合作,經過4年多攻關,于2009年11月完成了產品研制工作,為嶺澳核電二期提供了優質產品。嶺澳二期的2臺機組分別于2010年9月、2011年8月投入運行,上海第一機床廠有限公司提供的堆內構件運行情況良好,沒有發生任何問題。
在堆內構件國產化攻關過程中,上海第一機床廠有限公司不僅完成了首臺套產品的生產制造,同時研究開發了118項關鍵技術,包括專用機床設計、加工、裝配、對中、焊接、檢驗等關鍵裝備研制,形成了具有自主知識產權的完整配套的工藝技術和國產化裝備,培養了一批高素質的技術人才,為后續產品的制造奠定了堅實基礎,為我國核電的批量化發展做出了貢獻。
本成果填補了國內制造領域的空白,已經獲得國家發明專利授權5項,實用新型專利授權9項,發表論文12篇,主編中華人民共和國能源行業標準(核電)4份,參編能源行業標準(核電)9份,參編核電專著1部。
本成果已推廣應用到紅沿河等后續核電項目的堆內構件制造中,累計交貨20臺,其中17臺所在的機組已并網發電。目前,我國所有在運核電機組的國產化堆內構件全部是采用本成果開發的技術制造。另外還有22臺堆內構件在制造中,國內市場占有率達到92%以上。
本成果的經濟效益、社會效益顯著。以2014--2016年為例,同堆型新增銷售額5.6億元以上,企業新增利潤5400多萬元。以往進口的堆內構件價格約2億元,國產化的價格為1.2億元,大幅降低了國內核電站建造成本,為應用單位節約采購成本16億元。
本成果主要科技創新點如下:
(1)自主設計建造了加工直徑Φ7200mm,加工高度21000mm的大型立式多功能專用機床及吊籃筒體加工、裝配、對中技術,屬國內外首創。
(2)建立了吊籃筒體/堆芯支承板環焊縫的有限元收縮理論模型,并開發了堆芯支承板環焊縫X射線殘余應力分析及熱絲GTAW精密焊接技術,達到國際先進水平。
(3)建立了雙聯管、6.35mm I型坡口對接及半方管激光焊收縮模型,開發了能夠滿足熔深要求的光纖激光焊接和真空電子束焊接技術。填補了國內空白
(4)自主設計制造了導向筒焊接工裝、摩擦力試驗裝置等專用裝置,有效控制了加工精度和過程變形,填補了國內空白,達到國際領先水平。
四、客觀評價:
1、中國核能行業協會鑒定意見
2011年7月26日,中國核能行業協會在上海組織召開了“我國首臺國產化百萬千瓦級核電堆內構件制造技術”專家鑒定會。鑒定結論是:
在國內首次完成了百萬千瓦級核電堆內構件制造國產化,技術水平達到法國同類產品的先進水平,本項目推進了核電設備國產化,為我國核電的批量發展奠定了堅實的基礎,創造了良好的經濟和社會效益。
主要創新成果包括:
(1)全面推行水切割技術,減少了等離子切割產生的熱影響區對材料的影響,提高了切割精度、材料利用率和生產效率。
(2)采用膨脹式緊固技術代替傳統的壓緊技術,保證大型薄板類零件的加工平面度。
(3)研發了四種專用工裝,并采用先進的數控先進的數控真空電子束焊接技術,解決了導向筒中雙孔管、方形包殼管焊接變形的技術難題。
(4)研制了一套緊密回轉裝置,解決了導向筒連續導向段對中和焊接的技術難題。
(5)研發了具有自主知識產權的專用機床和定位工裝,采用自動熱絲(TIG)焊接方法,解決了吊籃筒體與下堆芯支承板精密焊接技術難題。
2、用戶評價意見
業主方嶺東核電運營公司給予如下評價:上海第一機床廠有限公司承制的嶺澳二期堆內構件主設備,經安裝、調試、運行證明:設備的制造質量符合RCC-M(2002補)標準和規范,在安裝、調試、運行過程中未發現不符合項。
上海第一機床廠有限公司承接的嶺澳二期核電站堆內構件主設備制造任務,首次實現了百萬千瓦級核電站核島堆內構件的國產化制造。該設備在嶺澳二期核電站三、四號機組中運行狀況良好,質量滿足合同技術規范要求,達到法國同類產品水平。
3、應用成果
該成果不僅實現了百萬千瓦級核電站堆內構件的國產化制造,同時形成了一套完整的堆內構件設計制造的技術體系,培養了一批高素質的技術人才。
形成的技術體系有效地應用于后續百萬千瓦級核電站堆內構件的生產中,創造了重大的經濟效益、社會效益。
在國內獲得發明專利授權5項,實用新型9項,發表論文12篇,主編、參編核電行業標準13份,參編核電專著1部。
4、獲獎情況
該項目成果曾獲得國家能源科技進步獎一等獎1項,中國核能行業協會科學技術獎一等獎1項。
五、推廣應用情況
嶺澳二期核電堆內構件國產化任務于2009年11月完成以來,首臺百萬千瓦級核電堆內構件的國產化制造經驗成功應用到后續核電項目,目前為止,累計交貨20臺,其中17臺已經并網發電,至今運行正常,詳細統計見下表。
六、主要知識產權證明目錄
七、主要完成人情況
薛松,排名:1,行政職務:總經理,技術職稱:教授級高級工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果1和2的研究工作。參與制定嶺澳二期百萬千瓦級堆內構件首次國產化制造方案、相應技改方案、多功能專用機床及工裝設計方案、上下部堆內構件裝配方案等;負責進行吊籃筒體加工、裝配及對中測量技術攻關工作,包括制定機加工技術方案、裝配及對中測量攻關方案,建立試驗模型,跟蹤加工、裝配、對中測量試驗,直至完成國產化產品的裝配及焊接,建立了成熟的吊蘭筒體制造工藝,完成了多功能專機的設計及調試,以及各類工裝的設計及驗證。
龔宏偉,排名:2,行政職務:專業總工程師,技術職稱:教授級高級工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果1、3和5的研究工作。開口銷噴丸技術及制造工藝開發。開發了開口銷的噴完工藝,基于對材料變形特性的研究,突破了加工中的難點,保證了設計產品的精度要求。開發了圍筒不銹鋼中厚板大功率光纖激光焊接工藝,針對不銹鋼激光焊影響焊縫成型的因素進行了研究,獲得了合格的焊接工藝,并在后續堆型進行了推廣應用。開展奧氏體不銹鋼板材國產化研究,針對非金屬夾雜物在原材料中的分布進行了分析研究,獲得了滿足RCC-M標準要求的核級不銹鋼板材。
蔣恩,排名:3,行政職務:工藝部部長,技術職稱:高級工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果1、2和5的研究工作。開展奧氏體不銹鋼線膨脹系數對比研究試驗,根據RCC-M標準開展核級奧氏體不銹鋼材料(不銹鋼鍛件、管材、棒材)及鎳基合金國產化研究及開發。參與制定嶺澳二期百萬千瓦級堆內構件首次國產化制造方案,包括:相應技改方案、機床及工裝方案和子課題技術攻關方案。參與多功能專用機床設計與制造,翻轉運輸工裝設計制造及相關驗收,導向筒摩擦力試驗機設計制造;進行吊籃筒體機加工及焊接、上部堆芯板裝配、導向筒組件/上部堆內構件裝配等技術攻關工作,包括制定技術攻關方案、裝配工藝設計及開發、吊籃筒體中部環焊、設計圓周和平面的定位測量工裝。
戚丹鴻,排名:4,行政職務:專業總工程師,技術職稱:教授級高級工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果1和3的研究工作。堆內構件原材料理化性能的研究,實現堆內構件材料國產化滿足RCC-M標準的采購(不銹鋼鍛件、管材、棒材;鎳基合金)要求。通過對《壓水堆吊籃筒體加工的變形控制技術》進行研究,掌握了吊蘭筒體在機加工、焊接、運輸、翻身過程中的尺寸變形規律,為順利控制加工等過程變形打下了基礎。導向筒、吊蘭筒體、上部支承柱等部件所有焊縫均需按照RCC-M標準進行超聲檢測、或射線檢測,完成了導向筒半方管超聲檢測技術、吊蘭筒體射線檢測技術、上部支承柱射線檢測技術的研發。
孫忠飛,排名:5,行政職務:技術顧問,技術職稱:高級經濟師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果1的研究工作。在堆內構件零件加工及裝配過程中關鍵制造技術中提出多項新的工藝技術。其中堆內構件吊籃筒體卷筒技術、堆內構件吊籃筒體校正技術、堆內構件螺紋加工技術、堆內構件上部支承柱安裝技術、堆內構件薄板零件車削用膨脹緊固技術、吊籃筒體出口管嘴馬鞍形輪廓機加工技術、堆內構件表面缺陷打磨、去除及修復技術、上部堆內構件左、右嵌入件修配技術、堆內構件底部堆芯測量和堆芯二次支承構件安裝技術等新技術的應用在該項目的質量提高和加工周期縮短上起到重要作用。多次赴核電現場配合解決現場安裝碰到的問題,為現場安裝提供技術支持。
肖立新,排名:6,行政職務:技術顧問,技術職稱:教授級高級工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果5的研究工作。通過設計吊籃筒體調向裝置、筒體工藝運輸架、上堆芯臨時運輸車、上堆芯存放架等系列大型工藝裝備,解決了嶺澳Ⅱ期堆內構件在制造過程中的翻轉、運輸和存放問題。協助工藝人員,解決了開口銷特殊曲線及出水口曲線數控加工難點。完成了多功能吊籃立車、焊接專機、套孔專機等專用機床的研發工作,為大型筒體的機加工、焊接提供了實施設備。完成了堆內構件及導向筒的機加工、焊接、噴砂、熱處理、裝配、檢驗所需工裝設計。
樊樹斌,排名:7,行政職務:總工程師,技術職稱:教授級高級工程師,工作單位:中廣核工程有限公司,完成單位:中廣核工程有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果1的研究工作。根據合同和規范要求,編制、審核嶺澳二期堆內構件材料采購、焊接工藝、加工制造技術文件;解決嶺澳二期堆內構件制造過程中運輸工裝、吊籃機加,筒體成型、焊接、鍍鉻工藝等重大技術問題。
李延葆,排名:8,行政職務:專業副總工程師,技術職稱:高級工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果2和5的研究工作。應用RCC-M和ASME規范編制堆內構件用原材料采購技術規程,推動原材料標準化采購的同時,并以該規程為基礎,轉化為企業標準,牽頭制定相關企業標準。負責吊籃筒體用SA-240 304超長、超寬不銹鋼板材和下堆芯支承板用F304H不銹鋼特種鍛件制造研制技術工作,編制技術要求,對原材料供應商的制造程序文件,進行審查、提供技術支持、組織對產品評定件做全面細致的性能檢驗,從而首次實現首臺百萬千瓦級核電堆內構件用關鍵原材料的國產化工作,為后續核電項目完全自主化奠定了基礎。負責嶺澳II期、紅沿河、陽江、寧德等項目堆內構件材料技術工作,為堆內構件國產化制造的順利完成提供有效支撐。
胡晨輝,排名:9,行政職務:工藝一室室主任,技術職稱:工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果5的研究工作。參與嶺澳二期百萬千瓦級核電堆內構件部組件裝配的技術攻關工作。負責編制包括吊籃筒體等部組件制造技術文件。參與無應力工件壓緊技術中的工裝設計。
郭寶超,排名:10,行政職務:特殊工藝室副室主任(主持工作),技術職稱:工程師,工作單位:上海第一機床廠有限公司,完成單位:上海第一機床廠有限公司。
對項目創造性貢獻:參加了創新成果2、3和4的研究工作。基于堆內構件的焊接數值模擬技術開發吊蘭筒體奧氏體不銹鋼熱絲GTAW焊接工藝開發。按照RCC-M完成了焊接工藝評定,掌握了吊蘭筒體與堆芯支承板環焊縫焊接變形規律,獲得了成熟的變形控制技術;開發了導向筒激光及真空電子束焊接工藝及導向筒焊接變形數值模擬及變形預測技術。通過溫度場測定、內應力測試等,獲得了雙聯管等關鍵部件的焊接應力分布圖,建立了數值模型、應力應變預測模型及變形補償方法。開發柱類熱絲GTAW自動焊接技術、X射線殘余應力分析技術及鈷基合金耐磨堆焊等技術。
八、主要完成單位及創新推廣貢獻
上海第一機床廠有限公司,第1完成單位。
對本項目科技創新和推廣應用情況的貢獻:嶺澳二期3、4號機組堆內構件,是我國首臺國產化制造的百萬千瓦級核電反應堆堆內構件。上海第一機床廠有限公司主要負責堆內構件全過程的國產化制造,包括制造前的技術調研、制造方案的制定、制造過程中關鍵技術難點的分析、研究、攻關和應用、堆內構件的產業化推廣等工作。最終完成了嶺澳二期3、4號機組堆內構件的制造,取得了達到國際先進水平的一批技術成果,形成了一批具有自主知識產權的專利、專有技術和產品,提高了我國核電反應堆堆內構件的自主制造能力,大幅降低了采購成本,打破了行業內由國外制造商壟斷的市場定價規則和服務模式,培養了大批工程、技術和管理人才,形成了系列技術標準及規程規范。
中廣核工程有限公司,第2完成單位。
對本項目科技創新和推廣應用情況的貢獻:嶺澳二期3、4號機組堆內構件,是我國首臺國產化制造的百萬千瓦級核反應堆堆內構件,其制造工作由上海第一機床廠有限公司承擔,中廣核工程有限公司作為業主方參加了這一國產化過程。
參與主要工作:1、參與并制定上海第一機床廠有限公司提出的制造國產化方案。2、參加關鍵技術攻關工作:如首次吊籃筒體國產化的評定試驗;首次下部導向筒國產化的評定試驗等。
九、完成人合作關系說明
該項研究主要由上海第一機床廠有限公司負責,中廣核工程有限公司參與完成。
上海第一機床廠有限公司主要負責堆內構件全過程的國產化制造,包括制造前的技術調研、制造方案的制定、制造過程中關鍵技術難點的分析、研究、攻關和應用、堆內構件的產業化推廣等工作。
中廣核工程有限公司作主要參與并制定上海第一機床廠有限公司提出的制造國產化方案;參加關鍵技術攻關工作:如首次吊籃筒體國產化的評定試驗;首次下部導向筒國產化的評定試驗。
薛松作為牽頭單位上海第一機床廠有限公司的代表主要負責組織項目的整體規劃、國產化制造方案、成果集成、技術應用與推廣,以及組織協調等工作。龔宏偉等上海第一機床廠有限公司8位主要完成人是堆內構件制造領域專家或工程技術人員,成果豐碩。中廣核工程有限公司及樊樹斌研高在二代改進型壓水堆堆內構件設計領域實力雄厚,參與審核了材料、焊接、機加工等等領域規程規范,協助解決了堆內構件制造過程中工裝、機加工等多項重大技術問題。本人與主要完成人是一直密切合作的同事或同行,優勢互補、基礎扎實,本項目中的合作關系如下:
龔宏偉,第二完成人,負責課題開口銷噴丸及曲線加工技術、中厚板光纖激光焊接、奧氏體不銹鋼板材國產化及材料變形特性的研究工作;
蔣恩,第三完成人,組織開展奧氏體不銹鋼線膨脹系數對比研究、大型立式多功能專用機床設計、吊籃筒體加工及上下部堆內構件精密裝配、對中技術的開發、應用示范與推廣;
戚丹鴻,第四完成人,負責原材料無損檢測與理化性能研究、吊籃筒體加工變形控制技術開發、應用和推廣;
孫忠飛,第五完成人,負責課題吊籃筒體卷制、校正技術、上、下堆芯板精密加工與裝配技術的開發與應用;
肖立新,第六完成人,負責立式多功能專機、筒體翻轉運輸裝置、存放架、精密裝配工裝等設計與研制;
樊樹斌,第七完成人,負責審核材料、焊接、機加工、表面處理等技術規范、解決制造過程運輸、吊籃加工鍍鉻等重大技術問題;
李延葆,第八完成人,負責吊籃筒體用SA-240 304超長、超寬不銹鋼板材和下堆芯支承板用F304H不銹鋼特種鍛件制造研制課題;
胡晨輝,第九完成人,負責吊籃筒體零部件加工、下部堆內構件裝配對中及無應力工件壓緊技術研制;
郭寶超,第十完成人,負責基于堆內構件焊接數值模擬技術的吊蘭筒體奧氏體不銹鋼熱絲GTAW焊接工藝開發、雙聯管、下部導向筒、典型管對接激光、真空電子束焊接工藝及相關焊接變形數值模擬、變形預測技術開發與應用。