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。
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说。
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。
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”，我们又更近了一步。
即插即用？
作为全球首个开工的陆上商用模块化小堆，玲龙一号是中核集团继华龙一号后的又一自主创新重大成果，是我国具有完全自主知识产权的多功能模块化小型压水堆，标志着我国在模块化小型堆技术上走在了世界前列。
“传统的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为小堆的定义给出了通俗的解释。“
玲龙一号最大的创新点，就在于它的一体化设计。” 玲龙一号副总设计师秦忠介绍说，“这一理念体现在玲龙一号设计、制造、运输、安装的全过程。”
在“一体化”的设计下，以往需要在现场进行的大量安装工作都能够在工厂内完成。这样一来，设备的质量得到了进一步的提高，造价将降低，所需工期也将大幅缩短，为核电设备的批量化、规模化生产打下基础。
在核电站设备中，反应堆压力容器是核心设备之一，也是反应堆中唯一不可更换的主设备，被誉为核电站的“心脏”;而蒸汽发生器则被称为“核电之肺”。
相比于传统核电站分散式的设备布置，玲龙一号的研发取消了主管道，直接将蒸汽发生器安装在反应堆压力容器内部，反应堆冷却剂泵直接与压力容器主泵接管安装，从而形成了集成式一体化的设备布置形式，相当于将核电站中的“心肺合一”。
“这是此前从未有过的设计，没有任何可供参考借鉴的经验，我们进入了一个核能领域的无人区，只能摸着石头过河。”秦忠说。
从2010年正式立项开始，玲龙一号的原始设计方案在一次次的实践中被不断修改调整，最后确定的终版设计与最初相比已经大为不同。
“研发过程中所有的环节都由我们自主完成，每一步都是以大量的实验为基础，里面包含了很多的正向设计。”秦忠说，“我们自己定目标，自己研发技术，一边实践一边制定标准。这其间遇到了很多挫折，但自主创新这条路再难也得走下去，必须要将核心技术牢牢掌握在自己手里。”
在安全性方面，玲龙一号也处于三代核电的先进水平，其具有的高固有安全性和完全非能动的安全系统，可以在事故发生时通过重力和自然循环等非能动方式将堆芯热量导出，实现长期冷却。这意味着即便没有外界操作，玲龙一号也能“自己照顾好自己”，确保自身安全。
在此基础上，研发团队还对安全壳做了适当的放大，消除了氢气聚集爆炸的风险，进一步提高了安全性。
“玲龙一号不是谁的翻版，它是一个革命性的集成创新，迈出了历史性的第一步。”宋丹戎说。在玲龙一号的研发过程中，创新精神贯穿始终。“整个团队不断迭代，不断突破，最终形成了一个自洽的方案，在此过程中我们不断提升的设计、制造、安装能力，让图纸一步步变成了现实。”
“以玲龙一号为起点，未来的核电设备将像家电产品一样，流水线生产，即插即用。”玲龙一号副总设计师秦忠总结说。
重构“心脏”
玲龙一号反应堆核心模块
2020年11月，玲龙一号反应堆压力容器设计负责人董元元遇到了一个棘手的难题。
由于其他专业的设计没能跟上，压力容器的制造陷入了停滞。
“原本压力容器预估的生产周期是40个月，团队也早在2017年就开始提前筹备，做足了准备工作。”董元元解释道。令他没想到的是，其他专业的设计和制造进度不及预期，相关实验仍在进行中，使得设备制造的整体进度卡在原地。
眼看着工期节点步步逼近，心急如焚的董元元在半个月的时间里和其他专业的团队吵了好多次架。“我和他们电话里吵，办公室里吵，拍着桌子吵方案，起了不少‘冲突’。”
但问题不是吵架就能解决的，玲龙一号的一体化设计对各个环节都提出了前所未有的新要求。各个团队必须进行大量的新实验，以确保每一个数据扎实可靠。
作为核电站的“心脏”，玲龙一号反应堆压力容器虽“小”，但其内部结构异常复杂。在常规反应堆压力容器的基础上，还增加了支承主泵、包容蒸汽发生器、消除主管道、堆内分流等额外的功能作用。“就像套娃一样，一层包一层。”设计团队如是说。
“反应堆的体积虽然变小了，但功能反而增加了，这就使得设计团队要做出彻头彻尾的改变，对各个环节来说都是巨大的挑战。”董元元说。
由于没有成熟的经验可供借鉴，压力容器设计团队只能摸着石头过河，对初始方案进行分解、论证、三维建模分析，并联合制造厂，完全按照产品的制造要求进行1:1 模拟体的研制，从材料、焊材、焊接工艺、焊接工艺评定要求、产品焊接要求、无损检验和机械加工要求等方面，对该结构的制造可行性进行验证。
“我们在时间上打出了充足的提前量，但其他专业那边的各项参数还在实验论证中，再着急也赶不出来，这给我们造成了近乎无解的难题，”董元元说，“我们只能层层上报，和各方做大量的协调沟通，想尽办法推进度，抢时间。”
最终，在层层协调下，由两个设计团队、两个厂家和采购团队组成的“五方会谈”机制建立了起来。这一新的机制打破了传统的“一对一”对接模式，让各方能够第一时间同步自身项目进展，使得困难及卡点能够得到及时的沟通和解决，让整个制造流程顺畅了起来。
“我们在此基础上，还针对性地设立了一个‘反确认’的流程，从压力容器的角度提前去给其他专业的设计制造提要求，尽可能地提升效率。”为此，董元元拉上了力学、热工、流体等多个团队，预判设计难点，多方协力攻克设计难题，最终成功确保了制造的顺利进行。
“虽然‘吵了架’，但大家的初衷都是为了确保项目的顺利进行，看到压力容器能成功完成，大家都发自内心的高兴。”董元元笑着说。
玲龙一号不仅在设计上走出了一条新的道路，其具体的制造也打破了传统的模式，不仅要求内外部门的通力协作，更有着“牵一发而动全身”的新特点。
“玲龙一号是高度集成的一体化设计，任何设备尺寸、位置、测量方式的微小改变，都会引发一系列的连锁效应，每一个环节我们都要进行反复的论证、确认，以杜绝任何可能的安全隐患。”玲龙一号副总设计师夏欣说道。
以主给水隔离阀的设计制造为例，原本的设计要求需要它能够在5秒内快速关闭，然而制作厂家必须要将隔离阀的尺寸做得更大才能满足这一要求;在隔离阀尺寸变大后，受限于压力容器的尺寸，隔离阀的驱动方式也需要改变，进而使得其吊装方式发生了变化，只能从外部吊装进入，这就需要留出相应的孔洞。更关键的是，由于隔离阀尺寸变大，测量流量的仪表没有了安置空间，只能更改位置，将原定于在支管上进行的一二回路热平衡试验方式全部转移到了主管上。在新的条件下，如何测量?又如何保证测量数据的准确性?分别测量和集中测量产生的数据应该如何换算?这些都需要一一解答。
经过反复调整、迭代，研发团队花费半年时间终于解决了主给水隔离阀的设计制造，而这只是玲龙一号研发过程中的一个微小缩影。
再造“核肺”
早在2013年的夏天，在成都郊区的青白江机械厂，一个由20多人组成的焊接团队就没日没夜地进行玲龙一号蒸汽发生器的组焊技术攻关，力争在立项截止日期前拿出成熟的焊接方案。
由于时间紧，任务重，加之天气炎热，每个人都倍感压力。一次领导去现场慰问，大家集聚在会议室里对焊接缺陷进行原因分析。面对气孔、裂纹等焊接缺陷，究竟是材料本身的原因所导致，还是焊接变形所引起，大家一时争执不下，最后演变成了面红耳赤的“拍桌子”大会。
“因为之前没有做过，所以没有现成的经验和理论可以借鉴，尽管大家技术经验丰富，但最终还是要以验证结果为准，这一切只能自己摸索，没有捷径可言。”玲龙一号蒸汽发生器项目成员李潮伟这样表示。一番激烈的讨论后，大家还是迅速回归到了紧张的实验中。
初始路线验证是一大难关，把它彻底变成现实又是新的考验。
“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，大堆的制造技术肯定不能拿到小堆上直接用，这就需要我们拿出全新的设计思路。”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。为避免引入过大的附加载荷，选用了与大堆不同的新型材质作为蒸汽发生器主要材料，并通过巧妙的双层套管结构，实现双面传热，增加单位空间内布置的传热面积。
“玲龙一号蒸汽发生器的每一个设计都是经过无数次反复论证才得出的最优解，整个过程中差之分毫都不行。”刘威如是说。
然而在前进的路上，研发团队要面对的不只是巍峨险峻的高山，还有不期而至的疾风骤雨。
2021年2月，在对蒸汽发生器进行第一次超高压水压实验时，现场同事给李潮伟打来电话：“压力表一路飙升，容器被打坏了。”这句话犹如晴天霹雳，当时李潮伟心里只有一句话：完了，任务节点保不住了。
“‘容器被打坏’意味着密封结构发生了变形，密封失效了。”李潮伟这样解释道，“这简直是捅破天，就好像米要下锅，结果锅坏了，直接影响到了项目主线的进程。”
面对突如其来的新难题，尽管倍受打击，但李潮伟还是迅速冷静下来，着手推动局部结构的重做。团队花费4个月的时间反复实验，终于成功解决密封问题，确保了2022年9月蒸汽发生器的顺利完成。
“玲龙一号的新结构、新材料对我们提出了非常高的要求，蒸汽发生器顺利完成，意味着我们十多年来的努力终于开花结果，这是一次刻骨铭心的经历。”李潮伟感慨道。
“新”“辛”相印
玲龙一号采购团队
“如何买一个不存在的东西?”玲龙一号采购团队负责人米小琴一上来就抛出了这个深刻的问题。
在玲龙一号的研制过程中，相比于最核心的压力容器及蒸汽发生器的研发制造团队，采购团队更像是一群隐居幕后的无名英雄。他们承担着非常重要的职责，却往往鲜为人知。
玲龙一号的采购团队与传统意义上的采购团队不同，这支成立于2007年的队伍所做的工作不是简单的下单、收货。对他们来说，签订合同只是第一步。接下来的全过程中，他们都要负责质量把控，保证监督监察，确保每一个设备保质、保量、按时、按需完成。
“由于玲龙一号是三新设备，有着革命性的模块化设计和布置，所以我们一开始就对新工艺、新技术的实施困难非常重视，对制造过程中的风险进行了充分识别和评估。”米小琴说。
从项目伊始，采购部组织开展了4次沙盘推演，通过访谈、交流、情景设计及演习，提前识别风险，形成风险管控清单，采用状态屏、TOP10等手段进行动态管理。“我们识别了上百条风险，并制定相应措施，取得了良好的效果。”米小琴说。
但即便对整个制造过程有充分的预估和准备，2022年8月，采购部仍然度过了一个艰难的夏天。当时，集团将在9月底对压力容器合格验证、蒸发器焊接进行节点考核，但直到8月，项目进度都不及预期。
那一个月，采购部的工作人员轮番驻守在制造厂房中，24小时跟着制造团队，梳理资源和流程。哪里有卡点，哪里就有采购部的工作人员。
“那时候吃住都在厂里，最忙的时候，刚结束一整晚的加班，就要立刻参加早晨的组会。但大家都不曾抱怨，甚至会催促同事去休息，让自己承担更多的工作。”米小琴说。
就是在这样百折不挠、勇往无前的精神下，部门顺利通过了节点考核，一步步圆满完成任务。
与采购团队类似，玲龙一号背后的试验团队同样发挥着默默无闻却至关重要的作用。在玲龙一号的创新之路上，研发团队的每一个新思路、新设计，都要由试验团队来进行验证。但试验团队并不只是被动地承接各类设计要求，如果设计想法不能实现，试验团队也需要反客为主，在客观验证的基础上反过来对设计提出新的要求。这其中，玲龙一号的非能动余热排出系统就是一个典型代表。
非能动余热排出系统，指的是依靠回路中的水由于温度不同所产生的密度差和水位高低不同产生的重力差作为驱动力形成自然循环，在不依靠外界提供动力的情况下就自行运作，将反应堆余热导出，实现反应堆安全停堆，避免由于外部供电系统失效等情况引起的反应堆严重事故。
“针对余热排出、安全注射等要求，我们大大小小的实验做了40多次。只是一个水箱进出水的接口，我们就和设计团队反复打磨、迭代。”试验团队负责人黄志刚说。
在最初的计划里，水箱两个接口之间的距离较近，各自负责注入冷水和导出热气。但在实况验证中，试验人员发现在热量传递的作用下，两个接口会彼此干扰，导致系统循环无法正常进行。“
这是一个很严峻的问题，直接关系到非能动系统能否起效。”黄志刚解释道，“为了找到最合适的接口位置，我们反复进行实验，预设了8种不同的工况，前前后后共持续了半年的时间，才终于成功完成。”说到这里，黄志刚露出了欣慰的笑容。
全能选手
除了发电，核能还有大量的综合利用前景，包括工业供气、城市供暖、海水淡化等，”宋丹戎说，“玲龙一号作为全能型选手，能够布置在不同地点来满足多样化的能源需求，应用前景非常广阔。”
玲龙一号发电功率12.5万千瓦，建成后年发电量可达10亿千瓦时，满足52.6万户家庭生活所需。它的推广应用可以大大减少我国化石能源的消耗、促进节能减排。同时，一台玲龙一号机组的年发电相当于植树造林750万棵，减少二氧化碳排放88万吨。
面向我国“2030年要碳达峰，2060年实现碳中和”的目标，玲龙一号可以连续、稳定地承担碳达峰、碳中和任务，助力我国深入推进能源转型，优化能源结构。
放眼全球，小堆是当前国际核能领域竞争的焦点之一，目前有18个国家正在开发建设80多种小堆。相比于很多国家开发的小堆还停留在纸面上，玲龙一号率先迈出了模块化小堆工程落地这关键一步，在整个国际上都有着重要的示范意义。许多国家都对玲龙一号表现出强烈的兴趣。
“玲龙一号的多用途性在国外很受欢迎，它对于很多电网规模小、人口数量少的国家非常适用，未来大有可为。”秦忠说。
如今，“华龙”和“玲龙”一大一小，差异互补，完美配合，已经成为中核集团驰骋抢滩海外市场、支撑国家“一带一路”倡议的“双龙”。
作为安全、智能的模块化小型堆，玲龙一号将推动我国在世界核能领域率先突围，为中国制造再添一张靓丽的名片!
