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圆梦戈壁大漠,上海建工安装集团首创多项核心技术,打响第四代先进核能领域建设品牌

日期:2025-11-21

茫茫戈壁,浩瀚沙海,孕育了一座目前全世界唯一建成运行的熔盐堆,也孕育了一支敢为人先、自强不息的硬“核”建设团队。

11月1日,从甘肃武威传来振奋人心的喜讯:2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆(TMSR-LF1),首次实现钍铀燃料转换,成为目前国际上唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆。这是钍基熔盐堆研发进程中的重要里程碑,为中国未来钍资源的规模化开发利用、发展第四代先进核能系统提供核心技术支撑与可行方案。

2018年,上海建工安装集团工业事业部挥师西进,在这人迹罕至、浩瀚无边的荒滩戈壁上安营扎寨,开启了挺进第四代先进核能领域崭新篇章。7年来,上安建设者用自强不息的精神和百折不挠的毅力,深入攻关核心关键技术,先后破解了冷却盐回路系统、实验堆本体一体化、燃料盐干法热室系统等安装难题,实现从零到一的突破,创下多项国内外第一、填补行业空白的建设纪录。

2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆项目属于第四代先进核能系统,集核能新领域、高精尖难技术、自然环境恶劣等诸多难题的“国字号”工程与北斗卫星一并列为国家十大核心技术。项目建成后成为半个世纪以来第一个、也是唯一运行的钍基熔盐堆,是未来钍基熔盐核能系统走向商用的“示范工程”极大地丰富国家的能源选择。上海建工安装集团工业事业部作为机电安装的实施主体,负责实验堆安装项目总承包,包括实验堆堆总体、熔盐总体、建安总体、安全总体施工与配合调试、运行等。

 

从零起步

建立一套核质保体系

核工业是国家高科技战略产业,是国家安全发展的重要基石。涉核工程与常规建设项目有很大不同,核能项目受国家核安全局直接监管,必须严格遵守国家核安全法规,要求建立核质量保证体系,实现建设过程全覆盖。

然而当时,钍基熔盐堆核质保体系在上海建工安装集团属于一片空白。一切从零开始。上海建工安装集团采用“请进来、走出去”办法系统学习核文化、核安全法规,定制核能知识套餐,多层次组织各级人员学习,并选派技术人员到定点机构闭门深造,确保所有参建人员取得核级考核证书后进场管理。核质保体系与常规工程复杂的多,文件多达70余份,为了起草相关规章制度,整个团队挑灯夜战,历经数十次的送审、退回和修改,最终完成了第一层次核质保大纲的编制、第二层次程序文件和第三层次管理细则文件的编制,顺利通过业主单位和核安全局审核。

这套科学完整的核质量保证体系,不仅为钍基熔盐堆的高质量实施奠定了基础,后续还成功推广应用到国家大科学装置项目,给高精尖同类项目推进提供了借鉴和参考。

 

自强不息

掌握一批核心关键技术

项目地处戈壁滩深处甘肃省武威市民勤县红沙岗镇,被巴丹吉林沙漠和腾格尔沙漠包围,属于雅丹地貌,方圆百里荒无人烟,气候恶劣,高寒、高热、沙尘暴频发。就在这片荒漠中,面对设备安装涉及特殊工艺施工多、新型材料多、焊接工作要求高、高精度安装测量、设备国产替代等一系列史无前例的难题,上海建工安装集团能工巧匠以标准高要求更高、风沙强意志更强的姿态,沉下心来自主攻关,自强不息大胆创新,取得了一批具有自主知识产权的核心专利和专项技术,为甘肃武威钍基熔盐项目建设提供了有力的技术支撑。

 

堆本体一体化安装关键技术:从极限精度到整体解决方案

钍基熔盐实验堆的反应堆本体采用一体化设计,堆本体集成了堆芯、主泵以及熔盐换热器等关键设备。其中,堆芯内部为散体石墨结构,无刚性物理限位与约束,任何细微偏差都有可能放大为系统性风险,对安装精度、姿态控制和施工环境提出了极为严苛的要求。

面对前所未有的挑战,项目团队没有沿用传统的现场分体安装思路,而是打破常规、大胆创新,提出并实施了“模块化离线组装+一体化整体运输吊装就位”的总体方案:在受控环境下完成高精度预装配,通过整体移运及整体吊装,既满足堆本体安装的洁净要求,又便于对整体几何精度和姿态进行全过程控制。

项目启动之初,上海建工安装集团“从零起步”专门成立基础技术研究团队,围绕姿态控制技术开展的系统研究,采购了先进的姿态测量与监测设备,并在两年时间里,先后赶赴多个工程现场展开实测与验证,在复杂环境下,利用专业测量与检测仪器,分别对普通运输车辆、吊车、盾构机等多种装备进行不同工况的研究,分析振动、加速度等数据,逐步摸清了设备在实际工况下的动态响应特性,为一体化堆本体整体运输与吊装提供了科学的依据。

在一体化堆本体安装中,团队将整个过程拆解为多个关键工艺动作,将环境控制、高精度测量、高精度吊装等要求,具体细化并落实到人员操作、装备选型、环境管理和质量控制的每一个环节之中。同时,反复对运输路径、吊装工况、构件姿态、设备布置、人员组织、监测点位等进行工艺模拟与仿真推演,实现了从方案到实施前的全流程预演和风险预控。

堆本体安装就位后,项目团队还对工艺要点与施工细节进行优化、固化和标准化总结,系统梳理并形成了一系列可复制、可推广的技术文件和操作指南,最终提炼形成了具有自主知识产权的一体化堆本体安装关键技术,为后续小型模块化研究堆、百兆瓦级熔盐堆种子工程的工程化应用打下了基础。

 

冷却盐回路系统安装关键技术:从零起步到系统化突破

冷却盐回路包括冷却盐循环泵、GH3535高温熔盐管道系统、熔盐储罐以及系统附属的电气加热器等装置,是钍基熔盐核能系统中的核心系统之一,其安装施工技术直接关系到熔盐堆高温回路的安全与可靠,可谓是高温管道设备安装领域的“硬骨头”。

2011年中国科学院上海应用物理研究所启动核能专项以来,上海建工安装集团承担并建成FLiNaK熔盐高温试验回路工程,当时在几乎没有成熟经验可借鉴的情况下,反复推演方案、优化结构设计,验证了高温熔盐回路设备与系统结构设计技术,攻克了主设备安装中的诸多技术难题,形成了系统的焊接工艺评定报告。

针对GH3535合金焊接这种“公认的难活”,团队专门成立课题组集中攻关。该材料焊接熔池粘稠、熔深浅、金属流动性差、根部易开裂,且焊接过程中极易氧化,焊工稍有不慎就功亏一篑。为此,上海建工安装集团与中国科学院上海应用物理研究所紧密协同,围绕材料性能、焊接工艺参数等开展系统研究。依托中国科学院上海应用物理研究所雄厚的科研能力,加上企业多年积累的焊接技术和复杂工况施工经验,团队在18个月里往返于试验室与施工现场之间,进行了数十轮乃至上百次焊接试验和工艺优化,逐步摸清了高温镍基合金焊接的“脾气”,最终形成了一套完整可复制、可工程化推广的高温镍基合金焊接工艺体系。

在此基础上,2018年团队又建成熔盐工程样泵试验台架,在该平台上实现了高温熔盐泵的高精度安装、高温管道的无应力安装以及高温系统的成套化设计验证。2019年,世界首个熔盐堆综合实验平台TMSR-SF0建成投运,该装置系统验证了熔盐堆系统与设备的设计与集成能力,并围绕TMSR相关的设计、安全、技术和设备开展了一系列设计分析试验,进一步完善了GH3535熔盐管道焊接工艺评定,形成了熔盐堆焊接及热处理工艺技术,高温设备及管道支吊架安装技术,反应堆堆内构件及核心装备安装技术,以及熔盐堆高精度测量等关键技术体系。

经过十余年持续不断的技术攻关与工程实践,上海建工安装集团在熔盐堆回路安装领域从“跟跑者”成长为“引领者”,全面掌握了冷却盐回路系统安装的成套关键工艺,并在2 MWt液态燃料钍基熔盐实验堆中得到成功应用与进一步发展,形成了具有自主知识产权的冷却盐回路系统安装核心技术与系列专利成果。

 

“攻关项目”到“核心技术”:构筑自主可控的技术高地

无论是冷却盐回路系统安装,还是堆本体一体化安装,背后是十余年“敢啃硬骨头、敢涉险滩”的魄力与执着。通过一项项试验装置、一个个工程项目的实践验证,团队不仅攻克了多项制约熔盐堆工程建设的关键技术难题,更在高温熔盐回路安装、高温镍基合金焊接、堆本体一体化安装、高精度姿态控制和高精度测量等方面,形成了一批可复制、可推广的成套工艺与技术体系。

在工程实践成果的基础上,上海建工安装集团同步推进“技术攻关—成果固化—标准引领”的全链条布局,现已申请发明专利20项,获批立项地方标准1项、团体标准3项。其中,与中国科学院上海应用物理研究所联合主编的上海市地方标准《钍基熔盐堆建造技术标准》,以及已立项的《钍基熔盐堆用GH3535高温镍基合金焊接技术规程》《钍基熔盐堆安全容器安装技术规程》《钍基熔盐堆蛇纹石混凝土技术规程》等3部中国核能行业协会团体标准,均已完成征求意见稿修改工作,进入送审阶段。

这些标准的编制和推进,系统填补了第四代钍基熔盐核能系统在工程建造和关键工艺方面的技术空白,标志着上海建工安装集团在先进核能领域,正在由“重大项目参与者”加速成长为“核心技术拥有者、行业标准制定者”,充分体现了企业在新一代核能工程建设中的引领性和话语权。

 

淬火成钢

锻造一支硬“核”团队

活是大家拼出来的,伟大是熬出来的。

深入钍基熔盐项目的人都知道,驻地员工面临“三大难”,就是出行难、就医难、婚恋难。周围荒无人烟,现场距离金昌70多公里,距离民勤县城80多公里,距离威武160多公里。为了取个快递,项目部都得开车到70多公里外的金昌;没有户外活动,过着两点一线的简单生活,单调乏味;没有理发店,员工自行购买理发刀,相互帮忙,“板寸发型”成了项目标配。大伙们苦中作乐,笑着说:“我们自己解决,连理发钱都省了”后来,业主项目部人员也慕名跑来班组理发。

由于核能项目的特殊性,能派去这个项目的人都是经过精挑细选的业务能手。一颗匠心,一份竖持。这些奋战在戈壁滩上的工业人,他们不仅承受着艰苦的生活环境和严苛的工作环境,还有远离家人带来的精神上的牵挂但比起思念,他们更多的是认为有幸参与到国字号核能工程,一切付出都值得。

“涉核工程不同于常规项目,它的工作标准是严之又严,细之又细,来不得半点马虎”,项目经理赵国运如是说。临危受命的他不等不靠,主动想办法解决问题,来到戈壁滩后他就琢磨着如何搭台子、建体系、干好活、育队伍。利用国际先进的项目管理办法,高标准的搭建专业齐全的项目团队,营造了和谐团结的工作氛围;带头硬啃“核套餐”,邀请各类技术骨干加盟,为项目提供技术支持,建立起一套科学完整的管理体系;在安装施工中,为了满足“慎之又慎,细之又细”的核能项目建设要求,严格控制每道工序质量,确保了整个安装过程平稳可控、质量优良,还在中科院“未来先进核裂变能—钍基熔盐核能系统”综合绩效评价中获得专家一致好评。

会技术只是基础,能创新才算本事,但真正的创新,从来不是跟风模仿。项目总工程师张想,是一名80后的佼佼者,从嘉定SF0综合仿真堆开始,到如今百兆瓦级钍基熔盐堆商业示范堆,他倾注了大量的心血和精力。在他的字典里没有大概、毛估估,全凭数据说话,他执着于参数、工艺以及安装品质,始终站在破解“卡脖子”技术这道难题中,寻求着最佳解决方案。凭着一股执着和钻劲,他和团队先后掌握了《钍基熔盐核能系统综合仿真实验平台安装关键技术研究与实施》《钍基熔盐实验堆本体离线安装(一体化)的实施专项技术》《涉核工程中富氩环境的密闭空间施工关键技术》等20余核心技术和独有工艺工法。

“核心技术买不来,只有自主研发、自立自强!”上海工匠、上海建工安装集团副总工程师江强曾在科技大会上掷地有声。从2018年以来,他每月定期前往钍基熔盐项目现场,带领研发团队先后解决了实验堆一体化堆本体安装技术研发、燃料盐干法热室系统设计和安装技术研发过程中遇到的诸多技术难题,研发了多套专用工装和设备,用令人刮目相看的成果,证明了我们团队的技术和管理能力,而这也是取得核质保体系一个极为重要的检验认可,为继续顺利推进示范工程建设提供了重要保障。如:专用洁净组装车间内,组装台架、专用工装具,在洁净和防振动环境下,实现堆本体的高精度离线安装目标;利用三维软件对离线装置进行工艺模拟,优化实验堆芯构件组装工艺,直接指导施工;在重力加速度、整体偏摆角度要求极高的情况下,完成全球首台钍基熔盐核反应堆整体运输和吊装。

历经戈壁烈日的炙热,经受漫天黄沙的洗礼,自立自强的上安人终于见证了一个先进核能项目的崛起。

其实,见证的还有科学精神、团队精神、奋斗者精神。由这些精神构建起来的自信,就是一种可以无往不胜,可以创造任何奇迹的底气。

钍基熔盐试验堆的圆梦,过程已近尾声,而一个新的圆梦过程,正在启程。未来,上海建工安装集团将与中科院一同推进TMSR技术从仿真堆、实验堆、研究堆、示范堆到商业化推广的进程,助力国家“万年内不受能源问题困扰”宏伟目标的加速实现。