近日俭尖，一聲令下痒仇，在江蘇連云港徐圩新區(qū)田灣核電基地换怖，工業(yè)蒸汽不斷地涌向連云港石化基地能源中樞——虹洋熱電桦沉，標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項(xiàng)目——“和氣一號(hào)”項(xiàng)目在該基地正式建成投產(chǎn)，也意味著我國(guó)核能綜合利用從單一發(fā)電偶摔、民用供暖等暇唾，拓展進(jìn)入到工業(yè)供汽領(lǐng)域。
遠(yuǎn)眺田灣核電基地辰斋。江蘇核電 供圖
在綠色能源和低碳發(fā)展的浪潮中策州，核能作為一種安全、經(jīng)濟(jì)宫仗、高效够挂、可靠的清潔能源，備受關(guān)注藕夫。近些年孽糖，我國(guó)出臺(tái)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》《2024—2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》等一系列政策，推動(dòng)核能綜合利用毅贮。
作為國(guó)家首批“綠色低碳先進(jìn)技術(shù)示范工程項(xiàng)目”办悟，“和氣一號(hào)”為國(guó)內(nèi)石化基地能源供應(yīng)的綠色升級(jí)提供了新方案。核能如何輸“汽”炊捻？核能與石化聯(lián)手又將產(chǎn)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)鸦呆？
綠色：核能“燒開(kāi)水”，為石化行業(yè)提供零碳蒸汽
“和氣一號(hào)”承載了核電人的美好期許眨捶，從項(xiàng)目的命名就能體會(huì)到：“和氣”取“核汽”諧音畔香，既富行業(yè)特色，又寓意和和氣氣履字、和氣生財(cái)猪褐。“一號(hào)”則體現(xiàn)了作為全國(guó)首家核能供汽項(xiàng)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”攀瘟。
蒸汽是石化行業(yè)不可或缺的生產(chǎn)要素析深，它可作為熱源用于加熱物料、反應(yīng)器以及設(shè)備敌痘；在原油提煉、化學(xué)品分離過(guò)程中持蓄，對(duì)物質(zhì)純化也起到重要作用钢婆。每年系馁，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窟扑、減少碳排放喇颁。
核能如何生“汽”？就像在家“燒開(kāi)水”一樣嚎货。
熱源和水是產(chǎn)生蒸汽的兩個(gè)必備條件橘霎。“田灣核電3、4號(hào)機(jī)組內(nèi)的核燃料發(fā)生核裂變產(chǎn)生的能量殖属，加熱二回路的水姐叁，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，成為‘和氣一號(hào)’的熱源洗显。”江蘇核電二廠廠長(zhǎng)外潜、正高級(jí)工程師張祥貴說(shuō)，這一步產(chǎn)生的蒸汽能夠驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電挠唆，這也是核能發(fā)電的原理处窥。若要實(shí)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)的除鹽水玄组，使除鹽水成為符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽滔驾，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽再經(jīng)過(guò)三回路管網(wǎng)傳送到用汽端。
“和氣一號(hào)”項(xiàng)目的受汽端——連云港石化基地杏住。江蘇核電 供圖
據(jù)了解采冕，工業(yè)蒸汽需達(dá)到1.8兆帕、248攝氏度的標(biāo)準(zhǔn)荞谬，且要在嚴(yán)格的工藝參數(shù)下進(jìn)行控制趣情，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。張祥貴補(bǔ)充解釋道字拗，“進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)做功發(fā)電的核能蒸汽熱效率一般不超過(guò)40%纺辟，這意味著剩余的熱量將通過(guò)凝聚器外排。通過(guò)‘多級(jí)換熱’技術(shù)蝠盘，熱量可更充分地轉(zhuǎn)化為工業(yè)蒸汽脾仁，使機(jī)組實(shí)際熱效率得以提高。”
建設(shè)美麗中國(guó)苔免，持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量秕栓，根本在于加快推動(dòng)發(fā)展方式綠色低碳轉(zhuǎn)型。“不同于石化基地傳統(tǒng)燃煤機(jī)組生產(chǎn)蒸汽更启，‘和氣一號(hào)’將清潔核能升級(jí)替代傳統(tǒng)化石能源邢入，大大降低了蒸汽生產(chǎn)中的碳排放。”張祥貴算了一筆生態(tài)賬，這意味著“和氣一號(hào)”的實(shí)施儒溉，不僅能滿足石化產(chǎn)業(yè)的用汽需求宦焦，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(cè)算顿涣，項(xiàng)目的建成投產(chǎn)波闹，每年可為連云港石化產(chǎn)業(yè)基地提供480萬(wàn)噸工業(yè)蒸汽，相當(dāng)于每年減少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤40萬(wàn)噸涛碑，等效減排二氧化碳107萬(wàn)噸精堕、二氧化硫184噸、氮氧化物263噸蒲障，相當(dāng)于新增植樹(shù)造林面積2900公頃歹篓。同時(shí)，隨著“碳核算”的逐步展開(kāi)晌涕，每年可為石化基地節(jié)省70多萬(wàn)噸碳排放指標(biāo)滋捶，為地方打造萬(wàn)億級(jí)石化產(chǎn)業(yè)集群、實(shí)施制造業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐余黎。
破局：創(chuàng)新超長(zhǎng)距離供熱技術(shù)弛镣，實(shí)現(xiàn)核能供汽自主化
“和氣一號(hào)”作為核能供汽的“破局者”，國(guó)內(nèi)外都無(wú)先例可循才擒，這意味著項(xiàng)目從設(shè)計(jì)建設(shè)之初就要做探路者钩裆。
“探索、調(diào)試善瞧、磨合幾乎成了家常便飯图盖。”張祥貴表示，在初步設(shè)計(jì)階段審查技術(shù)規(guī)格書(shū)蓬肢、圖紙企著、專篇等設(shè)計(jì)文件150余份，提出設(shè)計(jì)審查意見(jiàn)1000余條魂中。而在運(yùn)行機(jī)組方面冒溜，兩臺(tái)機(jī)組雖已實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)到常規(guī)島的完全國(guó)產(chǎn)化香题，但其改造工程量之大饶辆，堪比建造一座百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組的常規(guī)島。不過(guò)雌隅，令他印象深刻的還是蒸汽調(diào)試翻默。
在蒸汽輸送之初，蒸汽參數(shù)不達(dá)標(biāo)問(wèn)題曾讓研發(fā)人員犯愁恰起。“現(xiàn)在看來(lái)修械，只需調(diào)整蒸汽發(fā)生器參數(shù)和液位就能解決的問(wèn)題趾牧，當(dāng)時(shí)‘困’了大家好幾個(gè)月。唯有逐個(gè)設(shè)備調(diào)整試驗(yàn)肯污，嘗試尋找‘癥結(jié)’所在武氓。”張祥貴說(shuō)，縱有千難萬(wàn)阻仇箱，好在“和氣一號(hào)”最終“闖關(guān)”成功，為核能綜合利用技術(shù)國(guó)產(chǎn)化提供了樣本东羹，進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性實(shí)踐剂桥。
在田灣核電站內(nèi)，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属提。這條管道全長(zhǎng)23.36公里权逗，根據(jù)用汽需求，管道外直徑設(shè)計(jì)為0.92米冤议，是國(guó)內(nèi)第一條超大口徑僵馒、超長(zhǎng)距離核能供熱蒸汽管網(wǎng)。
“和氣一號(hào)”項(xiàng)目的輸汽管道（局部）粪畔。江蘇核電 供圖
長(zhǎng)距離輸送绸秸，如何降低蒸汽的熱量損失？“和氣一號(hào)”為此下足了功夫支际。據(jù)了解匠似，在“控溫”方面，該項(xiàng)目創(chuàng)新性采用了國(guó)內(nèi)單套容量最大的雙側(cè)相變式蒸汽轉(zhuǎn)換技術(shù)蟹嫁，可以實(shí)現(xiàn)冷熱介質(zhì)的逆向?qū)α鞲咝Q熱暗沉，確保出口蒸汽溫度控制在260攝氏度左右。在“保溫”防護(hù)上讹玉，管網(wǎng)材質(zhì)方面也格外考究里淡，采用了預(yù)制架空保溫管，并以三重復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)技術(shù)為核心挡辩，在工作管外層包裹了7層分別用納米氣凝膠谎跨、微孔硅酸鈣瓦、聚氨酯等材質(zhì)制成的高溫層艇挨。經(jīng)測(cè)試残炮，“重重包裹”下的蒸汽可實(shí)現(xiàn)每公里溫度下降不超過(guò)1攝氏度。同時(shí)缩滨，管網(wǎng)每隔一公里就設(shè)置溫度势就、壓力測(cè)點(diǎn)，精確感知管網(wǎng)輸送介質(zhì)情況脉漏。
在一般情況下苞冯，當(dāng)正常室溫遇到高溫蒸汽袖牙，管網(wǎng)內(nèi)外的巨大溫差會(huì)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(duì)管網(wǎng)輸送的影響舅锄，我們每隔一段距離就在管道加設(shè)‘U’型彎鞭达，以吸收膨脹產(chǎn)生的位移量，確保管網(wǎng)走向皇忿、位置準(zhǔn)確畴蹭。”張祥貴說(shuō)。
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”鳍烁，格外顯眼叨襟。據(jù)了解，在核電站內(nèi)部羞条，還有不少技術(shù)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新慌缨，為源源不斷地供汽送汽保駕護(hù)航。
“和氣一號(hào)”設(shè)置了4套蒸汽轉(zhuǎn)換裝置资妇，每套裝置包括一臺(tái)一級(jí)預(yù)熱娱背、一臺(tái)二級(jí)預(yù)熱、一臺(tái)蒸發(fā)器和一臺(tái)過(guò)熱器水矢，蒸汽的“多級(jí)換熱”就是在其中完成的烂秘。“不同于核能生電，這套設(shè)備要在蒸發(fā)器兩側(cè)同時(shí)完成‘水-汽’和‘汽-水’兩種介質(zhì)的轉(zhuǎn)換烈拉，這是該項(xiàng)目的難點(diǎn)所在偶刃。”張祥貴解釋道，為解決這一難題牛拭，蒸發(fā)器采用管殼式嘹谎、集成化設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新性地將管內(nèi)凝結(jié)和管內(nèi)過(guò)冷兩組管束設(shè)置在同一蒸發(fā)器殼體內(nèi)割扬，讓管側(cè)（汽變水）和殼式（水變汽）的介質(zhì)均發(fā)生相變傳熱囤恶。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)設(shè)備體積小窘游，能夠節(jié)約占地空間唠椭。
此外，“和氣一號(hào)”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(jī)熱匹配技術(shù)忍饰。該項(xiàng)目配套的海水淡化項(xiàng)目是目前江蘇省內(nèi)最大贪嫂，也是中國(guó)核電領(lǐng)域最大項(xiàng)目。據(jù)了解艾蓝，項(xiàng)目平時(shí)采用海水直接淡化力崇，冬季則可以利用3、4號(hào)機(jī)組海水排水隧道內(nèi)的溫排水赢织，減少能耗亮靴，這為核電廠溫排水的大規(guī)模綜合利用提供了范例馍盟。
安心：設(shè)置多重安全屏障，確保穩(wěn)定高效運(yùn)行
“和氣一號(hào)”以綠色安全茧吊、穩(wěn)定高效作為項(xiàng)目定位贞岭。核電、石化對(duì)安全要求極高搓侄，對(duì)于大家所關(guān)心的核能供汽安全問(wèn)題瑞蓉，張祥貴細(xì)述了項(xiàng)目的幾道安全屏障。
“和氣一號(hào)”能源站中控室偿寥。江蘇核電 供圖
首先酷豫，通過(guò)多重隔絕技術(shù)，確保核電廠一回路逐程、二回路，及工業(yè)蒸汽回路系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)作赞拼、彼此隔離飒自。這意味著在核能供汽過(guò)程中，只涉及熱量交換璃锻，沒(méi)有任何水或者蒸汽的物質(zhì)交換秘驻，從而最大程度保證工業(yè)蒸汽的安全性。
其次玫葡，創(chuàng)新性加設(shè)輻射監(jiān)測(cè)儀表和快關(guān)閥戳明。“和氣一號(hào)”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(cè)儀表，當(dāng)儀表出現(xiàn)異常超過(guò)臨界值時(shí)碴穴，快關(guān)閥可在5秒內(nèi)快速關(guān)閉赋焕，來(lái)自3、4號(hào)機(jī)組熱源的加熱蒸汽被迅速隔離仰楚，確保放射性“安檢”不合格的蒸汽絕不會(huì)流向用汽端隆判。
“根據(jù)調(diào)試測(cè)算的閥門關(guān)閉時(shí)間，我們?yōu)槠辞谐葮O端情況的發(fā)生制定應(yīng)急預(yù)案僧界。”張祥貴介紹侨嘀，他們每年還要對(duì)相關(guān)操作人員開(kāi)展至少80學(xué)時(shí)的復(fù)訓(xùn)和模擬演練，定期進(jìn)行考核捂襟。
保障了綠色咬腕、安全，核能供汽穩(wěn)定高效的優(yōu)勢(shì)才能夠更好地發(fā)揮葬荷。
近年來(lái)涨共，煤炭、石油闯狱、天然氣等大宗化石能源的價(jià)格波動(dòng)明顯煞赢，供應(yīng)穩(wěn)定性受到挑戰(zhàn)抛计。在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，核能綜合利用與高耗能行業(yè)耦合發(fā)展將進(jìn)一步凸顯核能的零碳價(jià)值照筑，可以滿足高耗能行業(yè)多樣化的用能需求嫡澄。
據(jù)了解，目前田灣核電站可實(shí)現(xiàn)核電機(jī)組連續(xù)運(yùn)行18個(gè)月不中斷诽矩，為石化行業(yè)提供穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng)改擂。“在設(shè)計(jì)上，我們對(duì)3租触、4號(hào)機(jī)組的加熱汽源進(jìn)行調(diào)整胶棕，采用單機(jī)組供汽或兩臺(tái)機(jī)組聯(lián)合供汽兩種方式。如此一來(lái)蔽宜，即使是遇到機(jī)組換料大修水亮，也能實(shí)現(xiàn)每小時(shí)600噸額定負(fù)荷無(wú)擾切換連續(xù)供汽，從而保證每年8000小時(shí)蒸汽連續(xù)供應(yīng)苫颤。”張祥貴說(shuō)枢菇。
“和氣一號(hào)”不僅拓展了核能的應(yīng)用場(chǎng)景，為核能工業(yè)供汽提供了成功經(jīng)驗(yàn)俯坐，也推動(dòng)了核能綜合利用和多元發(fā)展的探索噩拼。據(jù)了解，當(dāng)前江蘇還在探索海上光伏寺晌、工業(yè)制氫世吨、抽水蓄能等項(xiàng)目。全部建成后呻征，田灣基地將成為超1200萬(wàn)千瓦的大型清潔能源基地耘婚。
