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上重挑戰世界核電制造業的“內情”_5

未知 2019-11-15 14:24

涩情五月  從冶煉、鍛造、熱處理再到冷加工,再至最終通過鑒定,環環相扣,任何一個環節出了問題,整個試制便要重來

  在遠離上海市中心,靠近閔行開發區的外圍區域,上海重型機器廠有限公司(下稱上重)已經明確地向世界一流的高端制造業發起了挑戰過去6年的大部分時間里,它致力于根據AP1000核島主設備設計圖紙,從一塊塊廢鋼、生鐵開始研發,最終將圖紙變成真正的核電裝備用大鍛件。

涩情五月  更為重要的是,上重獲得了成功。

  今年7月15日,隨著國家級專家組的鑒定通過,它成為中國第一家具備成套生產AP1000核心鍛件裝備能力的企業,這也意味著,中國核電裝備制造的最難拼圖已在上重完成,而上重的鍛件產品,也將用于全球第一座AP1000核電站浙江三門核電站的建設。

  AP1000,美國西屋電氣公司開發設計,世界最先進的第三代核電技術之一,2006年,僅僅停留在圖紙上的AP1000,通過招標被引入中國,上重也是從那時開始了AP1000大鍛件的國產化研發之路。

涩情五月  而上重之前,具備將成套核電大鍛件從圖紙變為現實能力的,全球也只有日本制鋼所、韓國斗山重工等不超過10家一流制造企業可以做到,中國的多數核電廠,只有進口核電裝備才能建設、發電、運營。

  但這次,上重的闊步前進,世界核電裝備制造格局也因此變化。

涩情五月  多位核電專家表示,上重的突破,將為中國核電設備國產化帶來一些變革,它使得中國掌握了與核電工業發展息息相關,高端裝備制造業的核心技術。

涩情五月  9月11日,本報記者走進位于上海閔行區江川路1800號的上重廠區,試圖尋找突破背后的答案。

  本報記者調查發現,這更像是一個現實版的士兵突擊,其背后則是中國高端制造業逆境前行的縮影。除了時間和壓力,考慮到行業特點和市場化因素,成功挑戰并不一定代表著徹底勝出,而這正是中國高端設備制造業的未來著眼所在。

從生鐵到機器

涩情五月  與中國最大的鋼鐵制造企業上海寶鋼集團股份有限公司不同,上海電氣集團旗下的上重,為寶鋼生產冶金軋鋼等設備。

涩情五月  上重還制造動輒上百噸,諸如火電轉子、巨型輪船曲軸國內極少數制造企業才能生產出的巨型機器零部件,而在AP1000的研發過程中,上重扮演的角色,更像是一個機器之母,甚至制造AP1000核心鍛件所需的設備,也由上重自己制造。

  面對AP1000設計圖紙,上重可以做的,是從一塊塊廢鋼、生鐵的選擇開始。

  在1958年始建,占地96萬平方米,相當于130多個足球場面積的上重廠區內,精選的廢鋼、生鐵將經過冶煉、鍛造和熱處理等程序,跨時1年左右,最終成為AP1000設備用大鍛件的一部分。

  所謂大鍛件,囊括了核反應堆內所有的核心主設備,也最能體現AP1000第三代核電技術的特色為了更安全,包括固定和包裹核反應堆壓力容器、蒸汽發生器、堆內構件、主管道等,均采用模塊化技術建造。

  相比以往,AP1000大鍛件也因模塊化而更大、更重、更復雜,而對于制造企業而言,這卻是一道難度空前的世界難題。

涩情五月  上重核電產品主任工程師李向對本報記者介紹說,因AP1000發電功率和安全系數的提高,加之大鍛件處于核輻射區域,無論是內在純凈度、機械性能,乃至一體化程度,都比以往核電設備有著更高的要求。

  對于一塊生鐵而言,不僅要先冶煉成符合標準的大型優質鋼錠,并在隨后送往鍛造車間鍛壓成形,也要在熱處理車間進行金屬性能校正,再經過機床工人的打磨,最終成形。這還不夠,因為它還要經過核電廠業主、工程建設方、設備制造商、國家核安全局等多方的聯合見證檢驗合格,才能最終修成正果。

涩情五月  在30米高、300米長、70米寬的冶煉車間,一根對著圓筒形煉鋼包,目測直徑約20厘米的管子噴口,正冒著藍色的火焰。

  這是在為晚上的煉鋼做準備,李向表示,由于冶煉耗能大,一般煉鋼在晚上進行,冒著藍色火焰的管子則是煤氣管道,煤氣亦由工廠自制,一個鋼包則可容納100多噸的鋼水。

  以AP1000設備中復雜程度和重量最有代表性的一體化頂蓋為例,制造它需要動用400噸級的大型鋼錠,冶煉過程中需要5個鋼包合澆。

  由于整個冶煉過程需要12個多小時,其中有很多比如澆筑溫度、成分配比、保溫時間等動態接口需要注意。李向說,一些元素的微小變化,就可能會對后續產品性能有很大的影響。

  因此,對400噸級大鋼錠的冶煉,成為整個AP1000大鍛件制造過程中的關鍵工序之一。

  李向說,目前具備生產AP1000特大鍛件所需鋼錠技術的企業,國內只有3家。而當鋼錠澆注完成,凝固后它將被運往鍛造車間,并在鍛造車間鍛壓成形。

  在鍛造車間門口,入眼便能看得見兩臺拔地而起的巨型機器。據李向介紹,左邊那臺是中國1961年開始安裝,1962年投入使用的國產第一臺萬噸水壓機。

涩情五月  1965年,美國記者埃德加斯諾訪華,并在上重參觀,看到面前的灰色鋼鐵巨物,斯諾問:你們費這么大勁造這樣一臺大機器有什么意思?接著,他看到一個柱形鋼錠不到1分鐘時間里,被壓成了圓餅。正是這臺水壓機,使得50多年前中國航天、軍工、輪船等重工業設備制造成為可能。

涩情五月  而今天,這里又多出了一臺巨物,那是上重公司參與設計并自主制造,2009年正式投運,有著兩個世界第一的1.65萬噸的油壓機。相比于萬噸水壓機,它的精度更高、力氣更大。

  就好像鐵匠夾住鋼鐵,然后用錘子反復敲打一樣,油壓機旁邊一個帶有機械手,被稱為操作機的機器,它將夾住重新加熱的高溫鋼錠,伸進油壓機中鍛打成形。

涩情五月  歷史如此相似,這臺配備著630噸米(力矩單位)操作機的油壓機,使得鍛造四五百噸大型鋼錠的AP1000大鍛件成為可能。而經過鍛造成形,再粗加工后,AP1000大鍛件將被送往熱處理車間進行最終的性能處理。

  好比廚師烹飪時對火候的掌握,不同原材料需有不同火候,這樣才能烹飪出更適宜的味道。李向將熱處理形容為廚師烹飪說,因為前期工序中的動態因素,性能熱處理時的鍛件狀態不會完全一樣,這樣就需要用不同的熱處理參數來調整鍛件的性能,使之各項性能指標達到最優狀態。

涩情五月  穿過機器轟鳴、無數管道林立的熱處理車間,就到了冷加工車間。在這里,技術工人將駕馭車床,進一步將AP1000大鍛件毛坯加工成規定的尺寸。

  冷加工車間三組組長闞寶春對本報記者表示,再好的設計,也得靠工人做出來,工人如果責任心不強,一刀下去,前面所有的努力就要從冶煉重新開始。

  這也是AP1000大鍛件試制真正困難的地方。從冶煉、鍛造、熱處理再到冷加工,再至最終通過鑒定,環環相扣,任何一個環節出了問題,整個試制便要重來。而在正式通過鑒定后,AP1000設備將會被運往上海電氣位于上海臨港的重裝備制造基地成套組裝,進而發往建設中的核電站。

士兵突擊內情

涩情五月  在上重已成規模的生產線背后,有著諸多士兵突擊的內情,據本報記者了解,這不僅與市場和競爭對手有關,同時,包括國家重大科研項目的支持,以及上海市政府的力挺,也是不可缺少的關鍵因素之一。

  上重副總經理凌進對本報記者表示,與一些設備設計制造技術可以通過技術引進,參加國外學習培訓,然后國產化不同,無論是日本、韓國,還是法國,核電大型鍛件制造技術都不轉讓,他們認為材料是核心技術。

  只能在過去自己的材料、工藝技術上不斷推進,只能靠自己。凌進說。

涩情五月  一方面是制造技術的國際壟斷,另一方面卻是國內核電大發展的強勁需求,不可否認,上重之所以有勇氣提出挑戰,其后離不開巨大的國內市場。

涩情五月  中國工程院院士、快堆之父徐銤說,大型鑄鍛件制造技術對中國核電界來說是一個大難題,對于重大型的鑄鍛件制造技術,中國以前素來抱有拿來主義的態度,但現在,隨著中國對核電發展的重視,相關的設備因此有了巨大的利潤空間。

  但是,任何一個重大核電設備技術的突破,都是一個長期積累的結果,核電重大鑄鍛件制造需要眾多的尖端技術,不是一兩年就能做到的。中國核能動力學會經濟專業委員會副主任薛新民對本報記者說。

  盡管上世紀60年代,上重因第一臺國產萬噸水壓機,成為新中國工業的象征;上世紀70年代,上重已開始參與秦山核電站核材料的研發,但是與日本制鋼所、韓國斗山重工競爭對手相比,包括上重在內的中國高端制造業,仍有不小的差距。

涩情五月  資料顯示,位于日本北海道室蘭市,明治40年 (1907年)引進英國技術合資成立的日本制鋼所,成立之初已是制造艦炮和防御鋼板的主要廠家,而經過100年的發展,它已是全球核能制造的霸主。

  英國《金融時報》2010年報道稱,日本制鋼所在全球多數新建核電站項目中都會獲得部分合同,在制造用于核壓力容器的大型鋼鐵鑄鍛件市場,日本制鋼所約占全球80%的份額。

涩情五月  也是在2010年,日本制鋼所已感覺到中國競爭對手的巨大威脅。其總裁Ikuo Sato表示,日本制鋼所在核能行業關鍵領域的統治地位,正受到中國競爭者的侵蝕,許多中國企業在為核反應堆制造小型鑄鍛件方面具備一些專業技能,隨著中國核計劃的擴展,它們正逐漸積累制作較大型部件的經驗。

涩情五月  彼時,上重還正在進行著擴能改造,更早之前的2005年1月31日,上重才剛剛下線了中國國產的第一根大型半組合船用曲軸。

涩情五月  再追溯至2000年,正是上重即將國企改制青黃不接的時期,現任上重董事長的呂亞臣,正在從東北的中國第一重型機器廠前往上重的路上,數年后,更多的技術人員、高級藍領工人也來到了上重。

涩情五月  據上海電氣集團提供給本報記者的一份匯報材料,早在2004年底,上重便開始了總投資13.3億元的擴能改造,上文所述鍛造車間內的油壓機,便是擴能改造的產物。面對世界范圍從未遇到的制造難題,生產能力也是通往成功的關鍵因素之一。

涩情五月  也是由于2004年以來的擴能改造,上重具備了生產單件達500噸~600噸AP1000大鍛件的硬件條件。

  即便如此,硬件條件達標仍然不夠,其后還有著更為密集的資金消耗戰。

涩情五月  資料顯示,在AP1000大鍛件試鍛過程,以壓力容器一體化頂蓋為例,一旦報廢,經濟損失即達千萬元,而此前在超臨界高中壓轉子研制中,上述起草于2008年4月10日的匯報材料顯示,上重試制7次,成功1支。而用于首次試制核電鍛件的評定、檢驗、合作研發等資金缺口,更高達6.75億元,僅2008年,便需要投入2.8億元。

  因在資金缺口等試制研發方面的困難,才有了上述呈送上海市委的匯報材料,而這份材料呈送1周之后,便獲得了多位市領導的先后批示。

  毫無疑問,來自于上海市政府史上最大規模的技術研發支持,為后來上重的成功突擊埋下了伏筆。

  上海市經濟和信息化委員會裝備產業處副處長馮同建接受本報記者采訪時表示,考慮到鍛件屬于特殊行業,這6.75億元,除了國家鼓勵企業自主創新政策的1億元,以及上海電氣自籌5000萬元,剩余的5.25億元由上海市經市信委、市發改委、市國資委等五個部門來分擔解決。

  上重AP1000大鍛件項目通過專家驗收時,據上海市國資委披露的數據,為了研發AP1000大鍛件,上重母公司上海電氣集團在核電大鍛件的累計投入超過20億元,其中科研投入7億多元。

  而當硬件、資金全部到位,沒有人才也不行。

涩情五月  凌進回憶說,盡管韓國、日本等國家不轉讓制造技術,但我們可以通過國際會議的交流了解情況、獲得啟發,比如日本制鋼所、韓國斗山重工的退休專家,我們可以通過邀請他們來中國講學接受培訓和指導。

  除了和燕山大學、北京鋼院專家合作,上重也與上海交通大學組建了上海大型鑄鍛件制造工程技術中心,開展產學研合作,彼時在上重高溫車間內,還能看到年逾七旬的上海交通大學教授、中國工程院院士潘健生帶著學生忙碌的身影。

涩情五月  包括闞寶春、李治國在內的高級藍領工人的引進,上海市更是開全國先河以直接解決戶口的方式引入,時至今日,別說帶的徒弟了,現在徒弟帶的徒弟都有了。闞寶春說。

  以前是一重(二代改進型核電裝備)能做,現在上海也能做了,這是因為國家的重視,AP1000的設備中國人也能做。中國工程院院士,秦山核電站二期總設計師葉奇臻說。

外部正效應背后

涩情五月  投入大量人力物力,耗資數十億元,去研發國外已有的高端設備制造技術,同時又將面對著無法批量生產的市場,比之省時又省力,向國外直接購買高端設備的做法,上重的士兵突擊究竟值不值?

  中國核電諸多設備,均受到先進的核電技術國家的控制,國外永遠拒絕關鍵技術的出售。中國核工業第一、第二國際核工程指揮部設計總工程師胥勝利對本報記者說。

  如果設備要進口,那么時間上就不由你,日本在鍛造方面比中國先進,在福島事故前,要跟他們訂貨很難,而且訂單往往延遲。薛新民表示,實現國產化的意義,不僅打破了中國對國外的依賴,同時也大大降低了核電建設成本。

  當下游產業因打破國際壟斷而獲益之時,對于高端制造產業,遭遇的卻是一個外部正效應悖論,凌進對本報記者講起了一個輪船曲軸的例子。

  2005年1月31日,上重成功下線了中國第一根船用曲軸。我們曲軸下線前,國際上的曲軸企業,通過曲軸控制柴油機,通過柴油機控制船舶制造,我們國家造多少船,要看國外給你多少根曲軸,一根曲軸一臺柴油機。曲軸的價格,基本以每年7%的速度上漲。凌進說。

涩情五月  當我們造成第一根船用曲軸,我們便改變了市場,到了2008年以后,曲軸價格大跳水,加上人民幣升值的匯率因素,現在船用曲軸的價格只相當于當時的三分之一。凌進說,如果沒有曲軸的國產化,也就沒有上重后來的大規模改造,更沒有中國船舶如今世界第一的位置。

涩情五月  高端制造企業自己呢?很尷尬。凌進說。

  凌進所說的尷尬,是指高端制造企業耗時耗力通過自主研發,可以將國家某個產業的水平提升到國際高度,但是研發成本的收回,雖然研發初期,按照當時價格形成批量生產,三五年就可收回成本,但出來后價格下行,適應市場的能力有限,這也是中國基礎制造業的困難。

涩情五月  放眼至比船用曲軸更艱難的核電設備制造業,更是如此。

涩情五月  對于上重,盡管目前在AP1000基礎上,已開始研發完全自主知識產權,更先進更大功率的CAP1400核電鍛件設備,但我們擔心如果經濟繼續滑坡,沒有后續項目和研發項目支撐,未來仍可能面臨著技術與人才斷層、斷檔的風險。凌進說。

涩情五月  這也與中國核電設備制造企業所處市場環境有關。國家核電技術公司專家委員會專家湯紫德對本報記者表示,中國核電設備技術的進展一直處于時好時壞、斷斷續續的狀態。一直以來,中國很多核電設備企業輕視與相關冶煉企業的合作。

  而人才待遇,凌進透露,在核電廠、核設計院等整個核工業產業鏈中,制造企業尤其鍛件制造企業處于低端、人才更易流失。

  胥勝利對此指出,中國核電技術在設備方面總體的突破尚需加強,因為中國缺人才。這方面的收入和國外相比差距太大,從而導致人才流失。

涩情五月  比之中國核電同時起步的韓國核電制造,韓國核電走出國門,在國際市場取得成功,其經驗可為我國所借鑒。薛新民說。韓國核電之所以得到快速的發展,得益于韓國制定和不斷完善核能發展戰略,培育核能作為戰略出口產業。

  韓國的核能發展戰略,其核心包括兩點:一,將核能作為國內電力生產的一個主要能源,以增強穩定的能源供應;二,培育核能作為戰略出口產業,通過核技術的進步和自主創新,獲取國際競爭能力,打入國際市場。

  而當韓國從完全進口核電設備階段過渡至自建六臺機組,國內投資核電比例不斷擴大階段,為了統一堆型,上世紀80年代中期,韓國核電產業界開始推行核電廠的標準化設計 。

  到了上世紀90年代后期,韓國又開發出增強的核電設備,改進了許多部件的設計,提高了電廠的安全性和經濟競爭力,優化了電廠布局,減少了投資成本。很快,韓國以加快國產化為目的,依靠自己的力量實現核電國產化。

  薛新民強調,韓國核電廠建設取得成功與政府的正確決策分不開。徐銤則說:中國人聰明得很,只要國家重視,大家就去做,而且能做好。

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