二十年磨一剑！ “玲龙一号”核心模块诞生记

  8月10日，全球首个陆上商用模块化小堆“玲龙一号”反应堆核心模块成功吊装。中国核动力研究设计院供图

  8月10日，全球首个陆上商用模块化小堆“玲龙一号”反应堆核心模块成功吊装。“玲龙一号”核岛设施安装关键路径上的第一个里程碑节点顺利完成。

  “玲龙一号”反应堆核心模块最重要的包含能承受压力的容器和蒸汽发生器两个关键设备。“与‘华龙一号’的分散布置相比，‘玲龙一号’最突出的特征就是一体化设计、模块化建造等。这次核心模块吊装就是最好的诠释。”中国核动力研究设计院副院长唐传宝说。

  这一天，中核集团“玲龙一号”设计团队，等了整整20年。

  国际原子能机构认定，电功率30万千瓦以下的核反应堆被称为小堆。

  “大堆可以看作是一个家用的台式电脑，包括显示器、主机、键盘等。小堆可以把它当作一个笔记本电脑，它的显示器、主机、键盘等都集中到一起。”中核集团“玲龙一号”总设计师宋丹戎说。

  早在上世纪七八十年代，国际原子能机构就开始倡导发展中小型反应堆。包括美国、俄罗斯、日本、韩国、英国等在内的慢慢的变多的国家，竞相加入模块化小堆研发行列。

  除了核能发电，小堆在非电领域，包括工业工艺蒸汽、区域供热、海水淡化等领域的应用也有广阔的市场需求，还能应用于广大内陆地区、海岛、海上油气钻井平台的供电、供汽、供热。

  2003年，在川央企中国核动力研究设计院（以下简称“中核动力设计院”）开始核能综合利用的探索研究，以海水淡化、核能供热等需求为目标，完成概念方案和安全性及经济性评估。

  2009年8月，小堆技术探讨研究进入中核动力设计院核电科研“十二五”规划项目清单。2011年，中核集团模块化小堆的研发真正开始启动。项目代号ACP100，别称“玲龙一号”，它与大家熟知的“华龙一号”是“亲兄弟”。

  “玲龙一号”副总设计师秦忠说，“玲龙一号”区别于其他小堆的关键一点就是真正的完成模块化制造。只有真正的完成模块化，才能实现工厂批量制造，在提高质量的同时，降低造价。

  “‘玲龙一号’研发让核能开发进入‘无人区’。”秦忠说，“玲龙一号”是完全从零开始的全新设计，在没有一点参考的基础上，朝着既定目标，通过技术创新去完成设计，最终还要通过核安全部门的审查。“每一个参数、方案都需要无数次的分析、论证、试验，反复迭代。”

  2012年，“玲龙一号”技术设计完成；2014年12月，“玲龙一号”标准设计完成；2016年，“玲龙一号”通过国际原子能机构安全审查，成为全世界首个通过IAEA安全审查的小型压水堆技术。

  2021年7月13日，中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程（小堆示范项目）在海南昌江核电现场正式开工。该项目成为全世界首个开工的陆上商用模块化小堆，标志着我国在模块化小型堆技术上走在世界前列。

  有“核电之肺”之称的蒸汽发生器，设计、制作的完整过程同样充满艰辛。

  大堆蒸汽发生器高度约21米；而小堆蒸汽发生器高度仅仅约2米。“虽然都是蒸汽发生器，但是两种不同的技术路线。小堆的蒸汽发生器具有体积小、重量轻、结构紧密相连、抵抗腐蚀能力好、传热效率高等优势。”“玲龙一号”蒸汽发生器设计负责人刘威说。

  针对一体化布置的特点，团队开展蒸汽发生器紧凑结构设计。“每一个设计都要经过无数次反复论证，才能得出最优解。”刘威说。

  2021年2月，蒸汽发生器一次侧水压试验现场被阴霾笼罩。“试验失败了。”接到电话的一瞬间，“玲龙一号”蒸汽发生器项目课题负责人黄卫东心想，“完了，我们的节点保不住了。”

  黄卫东说，蒸汽发生器一次侧是一回路承压边界主要组成部分，而一次侧水压试验是检验其整体强度、密封性和制造质量的重要试验，也是制造中的关键节点。团队迅速找原因，最终花了4个月时间解决了问题，保证了任务节点。

  2022年9月，“玲龙一号”首堆蒸汽发生器通过出厂验收。“十多年的科研攻关，终于开花结果了。”黄卫东感慨地说。

  随着吊装完成，此后堆内构件、主泵等关键设备也陆续到场安装，距离揭开“玲龙一号”神秘面纱又更近一步。

  体积虽然变小了，但是它的功能反而增加了，设计非常复杂

  “并不是单纯地把大型核电小型化。”宋丹戎说，“玲龙一号”是一个涉及多需求多目标多技术耦合的新堆型。以往可以直接用的一些大型压水堆技术理论，包括数据等，对于它都不适用，必须从头开始。

  反应堆能承受压力的容器是核电站核心设备之一，也是反应堆中唯一不可更换的主设备，被喻为核电站的“心脏”，对核电站安全、稳定运行有着至关重要的作用。为满足小堆多功能集成化的设计需求，小堆能承受压力的容器采用一体化设计。“小堆体积虽然变小了，但是它的功能反而增加了，设计很复杂。”“玲龙一号”反应堆能承受压力的容器设计负责人董元元说，“玲龙一号”反应堆能承受压力的容器内部结构较为复杂。在常规反应堆能承受压力的容器的功能上，还具有支承主泵、包容蒸汽发生器、消除主管道、堆内分流等额外的功能作用。

  针对如何与主泵直接连接，并形成进出口回路的结构设计的基本要求，团队反复研究，提出6种设计的具体方案，对每一种方案进行分解、论证，对每一种方案进行三维建模分析，最终对结构设计的具体方案进行固化。

  2023年7月13日，全球首个陆上商用模块化小堆“玲龙一号”反应堆核心模块完成出厂验收，发运前往海南。8月10日，“玲龙一号”反应堆核心模块正式吊装，为我国核动力设备自主化的蓝图再添一抹亮丽色彩。（记者 徐莉莎 徐浩煊）

  中国核动力研究设计院开始核能综合利用的探索研究，以海水淡化、核能供热等需求为目标，完成概念方案和安全性及经济性评估

  小堆技术探讨研究进入中核动力设计院核电科研“十二五”规划项目清单

  “玲龙一号”通过国际原子能机构安全审查，成为全世界首个通过IAEA安全审查的小型压水堆技术

  “玲龙一号”反应堆核心模块完成出厂验收，发运前往海南