四川在线记者 徐莉莎 徐浩煊
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，玲龙一号核岛设备安装关键路径上的第一个里程碑节点顺利完成。
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
玲龙一号反应堆核心模块主要包括压力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介绍。
玲龙一号的蒸汽发生器内置在反应堆压力容器里。吊装前，蒸汽发生器就已经在工厂与反应堆压力容器完成了组装焊接，相当于把核电站的“肺”装在了“心脏”里面。
这一天，中核集团玲龙一号设计团队，等了整整20年。
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
踏入核能开发的“无人区”
没有可以参考的方案，每一个参数、方案都得来不易
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。
“大堆我们可以把它看作一个家用的台式电脑，包括了显示器、主机、键盘等，小堆我们可以把它当作家里面的一个笔记本电脑，它的显示器、主机、键盘等都集中到一起了。”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、英国等在内的越来越多的国家，竞相加入到模块化小堆研发行列。
除了核能发电之外，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。此外，还可以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“核动力院”）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，完成了概念方案和安全性及经济性评估。
2009年8月，小堆技术研究进入了核动力院核电科研“十二五”规划项目清单。2011年，中核集团模块化小堆的研发正式启动。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实现模块化制造。“只有真正实现模块化，才能实现工厂批量制造，在提高质量的同时，降低造价，提高经济性。”
“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，在没有任何参考的基础上，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。
“没有可以参考的方案，每一个参数、方案都需要无数次的分析、论证、试验，反复迭代。”秦忠说。
2012年，完成玲龙一号技术设计；2014年12月，完成玲龙一号标准设计；2016年，玲龙一号通过国际原子能机构安全审查，成为全球首个通过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。该项目成为全球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了世界前列。
据国际原子能机构统计，目前，全球已有80多种小堆设计方案，但是真正落地的并不多，玲龙一号便是其中之一。
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
重塑“心脏”
功能增加了，技术要求更复杂
“并不是单纯的把大型核电小型化。”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。
反应堆压力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。
为了满足小堆多功能集成化的设计需求，小堆压力容器采用了一体化设计。“相对于大堆，小堆体积虽然变小了，但是它的功能反而增加了，设计非常复杂。”玲龙一号反应堆压力容器设计负责人董元元说，玲龙一号反应堆压力容器内部结构复杂。在常规反应堆压力容器的功能上，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。“感觉像做反应堆压力容器的‘套娃’。”董元元说，反应堆压力容器的功能更多，技术要求就越复杂。
为了将小堆的理想优势变为美好现实，反应堆压力容器的结构需要彻头彻尾的改变。
针对如何与主泵直接连接，并形成进出口回路的结构设计要求，团队反复研究，提出了6种设计方案，考虑结构设计规范、制造可行性要求和在役检查要求等，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，最终对结构设计方案进行了固化。
针对如何在反应堆压力容器里内置蒸汽发生器，团队反复研究规范要求，大胆地提出新型结构，并通过三维数值分析计算，对结构的受力进行评价，获得满足功能要求、符合规范要求的新型设计结构。
时光不会辜负奋斗者的汗水。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，发运前往海南核电。8月10日，玲龙一号反应堆压力容器正式吊装，为我国核动力设备自主化的蓝图里，再添了一抹亮丽色彩。
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
再造“核电之肺”
“十多年的科研攻关，终于开花结果”
有“核电之肺”之称的蒸汽发生器，设计、制造过程同样充满艰辛。
大堆蒸汽发生器体积尺寸较大，高度约21米；而小堆蒸汽发生器体积尺寸较小，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，结构紧凑，耐腐蚀性好，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，团队开展了蒸汽发生器紧凑结构设计。为了避免引入过大的附加载荷，选用与大堆不同的新型材质作为蒸汽发生器主要材料，并通过采用双层套管结构，实现双面传热，增加单位空间内布置的传热面积。“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。”
“当时特别沮丧，感觉要捅破天了。”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，其制造质量对核电站的安全和稳定运行至关重要，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。
如果这个节点保不住，最终也会影响玲龙一号的建设进度。冷静下来后，迅速组织团队找原因，最终花了4个月时间就解决了问题，保证了任务节点。
玲龙一号的蒸汽发生器结构形式和制造技术与大堆的饱和式蒸汽发生器完全不同。零件种类多、零件数量多、焊接结构多、焊缝数量多、检验项目多、检验指标高，制造难度极大。
2022年9月，玲龙一号首堆蒸汽发生器顺利通过出厂验收。“十多年的科研攻关，终于开花结果了。”黄卫东感慨地说。
随着吊装的顺利完成，此后堆内构件、主泵等关键设备也将陆续到场安装，距离揭开玲龙一号“神秘面纱”，又将更进一步。
