《中國紀檢監(jiān)察報》:核能生“汽” 探訪我國首個工業(yè)用途核能供汽項目“和氣一號”

發(fā)布時間:2024-08-19 信息來源:

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  6月19日,一聲令下,在江蘇連云港徐圩新區(qū)田灣核電基地,工業(yè)蒸汽不斷地涌向連云港石化基地能源中樞——虹洋熱電,標志著我國首個工業(yè)用途核能供汽項目——“和氣一號”項目在該基地正式建成投產(chǎn),也意味著我國核能綜合利用從單一發(fā)電、民用供暖等,拓展進入到工業(yè)供汽領域。

  在綠色能源和低碳發(fā)展的浪潮中,核能作為一種安全、經(jīng)濟、高效、可靠的清潔能源,備受關注。近些年,我國出臺《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》《2030年前碳達峰行動方案》等一系列政策,推動核能綜合利用。作為國家首批“綠色低碳先進技術示范工程項目”,“和氣一號”為國內石化基地能源供應的綠色升級提供了新方案。核能如何輸“汽”?核能與石化聯(lián)手又將產(chǎn)生怎樣的化學反應?記者與您一同探訪了解。

  綠色:核能“燒開水”,為石化行業(yè)提供零碳蒸汽

  “和氣一號”承載了核電人的美好期許,從項目的命名就能體會到:“和氣”取“核汽”諧音,既富行業(yè)特色,又寓意和和氣氣、和氣生財?!耙惶枴眲t體現(xiàn)了作為全國首家核能供汽項目的嘗試,打破了石化行業(yè)的高溫高壓蒸汽主要使用煤炭作為熱源的“壟斷”。

  蒸汽是石化行業(yè)不可或缺的生產(chǎn)要素,它可作為熱源用于加熱物料、反應器以及設備;在原油提煉、化學品分離過程中,對物質純化也起到重要作用。每年,徐圩新區(qū)需要制備大量的蒸汽滿足園區(qū)生產(chǎn)生活需求,采用核能供汽將有效降低能耗、減少碳排放。

  核能如何生“汽”?就像在家“燒開水”一樣。

  熱源和水是產(chǎn)生蒸汽的兩個必備條件?!疤餅澈穗?、4號機組內的核燃料發(fā)生核裂變產(chǎn)生的能量,加熱二回路的水,產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽,成為‘和氣一號’的熱源。”江蘇核電二廠廠長、正高級工程師張祥貴說,這一步產(chǎn)生的蒸汽能夠驅動汽輪發(fā)電機發(fā)電,這也是核能發(fā)電的原理。若要實現(xiàn)供“汽”,則要從中抽取一部分蒸汽在能源站中加熱海水淡化廠生產(chǎn)的除鹽水,使除鹽水成為符合工業(yè)標準的蒸汽,符合工業(yè)標準的蒸汽再經(jīng)過三回路管網(wǎng)傳送到用汽端。

  據(jù)了解,工業(yè)蒸汽需達到1.8兆帕、248攝氏度的標準,且要在嚴格的工藝參數(shù)下進行控制,以確保產(chǎn)品質量。張祥貴補充解釋道,“進入汽輪發(fā)電機做功發(fā)電的核能蒸汽熱效率一般不超過40%,這意味著剩余的熱量將通過凝聚器外排。通過‘多級換熱’技術,熱量可更充分地轉化為工業(yè)蒸汽,使機組實際熱效率得以提高?!?/span>

  建設美麗中國,持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質量,根本在于加快推動發(fā)展方式綠色低碳轉型。“不同于石化基地傳統(tǒng)燃煤機組生產(chǎn)蒸汽,‘和氣一號’將清潔核能升級替代傳統(tǒng)化石能源,大大降低了蒸汽生產(chǎn)中的碳排放?!辈稍L中,張祥貴給記者算了一筆生態(tài)賬,這意味著“和氣一號”的實施,不僅能滿足石化產(chǎn)業(yè)的用汽需求,更能為降低綜合能耗和消除環(huán)境污染等方面提供有益助力。

  據(jù)測算,項目的建成投產(chǎn),每年可為連云港石化產(chǎn)業(yè)基地提供480萬噸工業(yè)蒸汽,相當于每年減少燃燒標準煤40萬噸,等效減排二氧化碳107萬噸、二氧化硫184噸、氮氧化物263噸,相當于新增植樹造林面積2900公頃。同時,隨著“碳核算”的逐步展開,每年可為石化基地節(jié)省70多萬噸碳排放指標,為地方打造萬億級石化產(chǎn)業(yè)集群、實施制造業(yè)重點產(chǎn)業(yè)鏈高質量發(fā)展提供有力支撐。

  破局:創(chuàng)新超長距離供熱技術,實現(xiàn)核能供汽自主化

  “和氣一號”作為核能供汽的“破局者”,國內外都無先例可循,這意味著項目從設計建設之初就要做探路者。

  “探索、調試、磨合幾乎成了家常便飯?!睆埾橘F告訴記者,在初步設計階段審查技術規(guī)格書、圖紙、專篇等設計文件150余份,提出設計審查意見1000余條。而在運行機組方面,兩臺機組雖已實現(xiàn)汽輪機、發(fā)電機到常規(guī)島的完全國產(chǎn)化,但其改造工程量之大,堪比建造一座百萬千瓦級核電機組的常規(guī)島。不過,令他印象深刻的還是蒸汽調試。

  在蒸汽輸送之初,蒸汽參數(shù)不達標問題曾讓研發(fā)人員犯愁?!艾F(xiàn)在看來只需調整蒸汽發(fā)生器參數(shù)和液位就能解決的問題,當時‘困’了大家好幾個月。唯有逐個設備調整試驗,嘗試尋找‘癥結’所在?!睆埾橘F說,縱有千難萬阻,好在“和氣一號”最終“闖關”成功,為核能綜合利用技術國產(chǎn)化提供了樣本,進行了開創(chuàng)性實踐。

  在田灣核電站內,核電站生產(chǎn)的工業(yè)蒸汽由一條銀色管道輸送到連云港石化基地。這條管道全長23.36公里,根據(jù)用汽需求,管道外直徑設計為0.92米,是國內第一條超大口徑、超長距離核能供熱蒸汽管網(wǎng)。

  長距離輸送,如何降低蒸汽的熱量損失?“和氣一號”為此下足了功夫。據(jù)了解,在“控溫”方面,該項目創(chuàng)新性采用了國內單套容量最大的雙側相變式蒸汽轉換技術,可以實現(xiàn)冷熱介質的逆向對流高效換熱,確保出口蒸汽溫度控制在260攝氏度左右。在“保溫”防護上,管網(wǎng)材質方面也格外考究,采用了預制架空保溫管,并以三重復合保溫結構技術為核心,在工作管外層包裹了7層分別用納米氣凝膠、微孔硅酸鈣瓦、聚氨酯等材質制成的高溫層。經(jīng)測試,“重重包裹”下的蒸汽可實現(xiàn)每公里溫度下降不超過1攝氏度。同時,管網(wǎng)每隔一公里就設置溫度、壓力測點,精確感知管網(wǎng)輸送介質情況。

  在一般情況下,當正常室溫遇到高溫蒸汽,管網(wǎng)內外的巨大溫差會使管道發(fā)生輕微膨脹變形出現(xiàn)位移。“為最大程度減少位移對管網(wǎng)輸送的影響,我們每隔一段距離就在管道加設‘U’型彎,以吸收膨脹產(chǎn)生的位移量,確保管網(wǎng)走向、位置準確?!睆埾橘F說。

  輸送高溫蒸汽的管網(wǎng)猶如一條在海岸線蜿蜒的銀色“巨龍”,格外顯眼。記者了解到,在核電站內部,還有不少技術和設計創(chuàng)新,為源源不斷地供汽送汽保駕護航。

  “和氣一號”設置了4套蒸汽轉換裝置,每套裝置包括一臺一級預熱、一臺二級預熱、一臺蒸發(fā)器和一臺過熱器,蒸汽的“多級換熱”就是在其中完成的?!安煌诤四苌?,這套設備要在蒸發(fā)器兩側同時完成‘水-汽’和‘汽-水’兩種介質的轉換,這是該項目的難點所在?!睆埾橘F向記者解釋道,為解決這一難題,蒸發(fā)器采用管殼式、集成化設計理念,創(chuàng)新性地將管內凝結和管內過冷兩組管束設置在同一蒸發(fā)器殼體內,讓管側(汽變水)和殼式(水變汽)的介質均發(fā)生相變傳熱。同時,這種設計設備體積小,能夠節(jié)約占地空間。

  此外,“和氣一號”還解決了壓水堆核電廠大規(guī)模工業(yè)供汽熱電聯(lián)產(chǎn)堆機熱匹配技術。該項目配套的海水淡化項目是目前江蘇省內最大,也是中國核電領域最大項目。據(jù)了解,項目平時采用海水直接淡化,冬季則可以利用3、4號機組海水排水隧道內的溫排水,減少能耗,這為核電廠溫排水的大規(guī)模綜合利用提供了范例。

  安心:設置多重安全屏障,確保穩(wěn)定高效運行

  “和氣一號”以綠色安全、穩(wěn)定高效作為項目定位。核電、石化對安全要求極高,對于大家所關心的核能供汽安全問題,張祥貴向記者細述了項目的幾道安全屏障。

  首先,通過多重隔絕技術,確保核電廠一回路、二回路,及工業(yè)蒸汽回路系統(tǒng)各自獨立運作、彼此隔離。這意味著在核能供汽過程中,只涉及熱量交換,沒有任何水或者蒸汽的物質交換,從而最大程度保證工業(yè)蒸汽的安全性。

  其次,創(chuàng)新性加設輻射監(jiān)測儀表和快關閥。“和氣一號”在主蒸汽取汽管道和工業(yè)蒸汽管道上增加了輻射監(jiān)測儀表,當儀表出現(xiàn)異常超過臨界值時,快關閥可在5秒內快速關閉,來自3、4號機組熱源的加熱蒸汽被迅速隔離,確保放射性“安檢”不合格的蒸汽絕不會流向用汽端。

  “根據(jù)調試測算的閥門關閉時間,我們?yōu)槠辞谐葮O端情況的發(fā)生制定應急預案。”張祥貴介紹,他們每年還要對相關操作人員開展至少80學時的復訓和模擬演練,定期進行考核。

  保障了綠色、安全,核能供汽穩(wěn)定高效的優(yōu)勢才能夠更好地發(fā)揮。

  近年來,煤炭、石油、天然氣等大宗化石能源的價格波動明顯,供應穩(wěn)定性受到挑戰(zhàn)。在業(yè)內人士看來,核能綜合利用與高耗能行業(yè)耦合發(fā)展將進一步凸顯核能的零碳價值,可以滿足高耗能行業(yè)多樣化的用能需求。

  據(jù)了解,目前田灣核電站可實現(xiàn)核電機組連續(xù)運行18個月不中斷,為石化行業(yè)提供穩(wěn)定的蒸汽供應?!霸谠O計上,我們對3、4號機組的加熱汽源進行調整,采用單機組供汽或兩臺機組聯(lián)合供汽兩種方式。如此一來,即使是遇到機組換料大修,也能實現(xiàn)每小時600噸額定負荷無擾切換連續(xù)供汽,從而保證每年8000小時蒸汽連續(xù)供應?!睆埾橘F說。

  “和氣一號”不僅拓展了核能的應用場景,為核能工業(yè)供汽提供了成功經(jīng)驗,也推動了核能綜合利用和多元發(fā)展的探索。記者了解到,當前江蘇還在探索海上光伏、工業(yè)制氫、抽水蓄能等項目。全部建成后,田灣基地將成為超1200萬千瓦的大型清潔能源基地。(2024-8-19