我國首個工業(yè)用途核能供汽項目在江蘇田灣核電基地建成投產(chǎn)

蒸汽熨斗、蒸汽電飯煲、蒸汽洗衣機……在生活中，蒸汽是我們的居家好幫手，在工業(yè)領(lǐng)域，蒸汽更是發(fā)揮著舉足輕重的作用。曾經(jīng)，工業(yè)生產(chǎn)中需要的蒸汽仍由煤炭等傳統(tǒng)能源供給，而今，能源行業(yè)的先行者們已經(jīng)找到了零碳清潔供汽的解決方案。

6月19日，我國首個工業(yè)用途核能供汽項目——“和氣一號”項目在江蘇田灣核電基地正式建成投產(chǎn)。近日，記者來到田灣核電基地所在的江蘇省連云港市連云區(qū)，探訪核能供汽的先進技術(shù)。

核能來供汽，探索石化綠色轉(zhuǎn)型

連云港徐圩新區(qū)，燒香河邊，一條亮銀色的管道，直徑足有一米來粗，從田灣核電3、4號機組蜿蜒而出，宛如一條剛剛出水的“小白龍”，綿延23公里，鉆入了我國沿海地區(qū)規(guī)劃建設(shè)的七大石化產(chǎn)業(yè)基地之一——連云港石化產(chǎn)業(yè)基地。這條管道中，核能轉(zhuǎn)化的“零碳蒸汽”正沸騰著奔涌向換熱站，并在這里轉(zhuǎn)化后用于化工生產(chǎn)。

石化行業(yè)既是化工材料和能量的提供者，也是能量消費大戶。來自石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院的數(shù)據(jù)顯示，石化化工行業(yè)生產(chǎn)過程排放的二氧化碳占全國碳排放的比重約為13%?！半p碳”目標(biāo)背景下，石化行業(yè)碳減排壓力巨大。

今年5月，國務(wù)院印發(fā)的《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》指出，鼓勵大型石化化工園區(qū)探索利用核能供汽供熱。

大眾熟知核能可以用來供電、供熱，那么核能供汽有什么樣的優(yōu)勢?核能供汽已經(jīng)實現(xiàn)較高的熱效率，這意味著核能得到了更大程度的利用。如果從發(fā)電量來看，抽取一小部分二回路中的蒸汽，會導(dǎo)致進入汽輪機系統(tǒng)進行做功發(fā)電的蒸汽總量有所減少，進而導(dǎo)致發(fā)電量降低。但是進入汽輪機做功發(fā)電的核能蒸汽熱效率一般不超過40%，而用于生產(chǎn)工業(yè)蒸汽的熱源蒸汽效率可達90%以上。因此從整體來看，本項目將使機組實際熱效率從37%提高到42%。

“田灣核電蒸汽供能項目運行后，每年可為連云港石化產(chǎn)業(yè)基地提供480萬噸工業(yè)蒸汽，相當(dāng)于每年減少燃燒標(biāo)準煤40萬噸，同時等效減排二氧化碳、二氧化硫等，每年可為石化基地節(jié)省70多萬噸碳排放指標(biāo)?！边B云港石化產(chǎn)業(yè)基地方洋集團有限公司黨委書記、董事長閆紅民告訴記者，源源不斷的“零碳蒸汽”給了他們更大的環(huán)境空間。

據(jù)了解，此次引入的核電蒸汽，占到石化產(chǎn)業(yè)基地公共熱源點供熱能力的七分之一。虹洋熱電生產(chǎn)副總張杜峰算了一筆賬，以最大供汽能力算，每小時600噸的核能蒸汽可以填補園區(qū)30%的蒸汽缺口，保障生產(chǎn)需求。

首創(chuàng)“燒開水”+“自嗨鍋”，安全穩(wěn)定有保障

“和氣一號”采用田灣核電3、4號機組二回路蒸汽為熱源，設(shè)計上采用了包括核電廠一回路、二回路及工業(yè)蒸汽回路等在內(nèi)的多重隔離，在物理隔絕的情況下，采用多級換熱技術(shù)，通過工業(yè)蒸汽管網(wǎng)將1.8兆帕、248℃、600噸每小時的蒸汽，經(jīng)由獨立隔離回路輸送至連云港石化產(chǎn)業(yè)基地。

那么核能到底是如何制備工業(yè)蒸汽的呢?江蘇核電運行二處副處長武文奇解釋，核電廠發(fā)電可以簡單理解成“燒開水”，核能供熱則是“燒開水”+“自嗨鍋”組合。田灣核電3、4號機組的二回路蒸汽是熱源，這就相當(dāng)于“自嗨鍋”下面的加熱包，上方則是海水淡化而成的除鹽水，相當(dāng)于“自嗨鍋”中的食物。“除鹽水經(jīng)過加熱，蒸發(fā)過熱之后就形成了工業(yè)蒸汽，最后經(jīng)由獨立隔離管網(wǎng)輸送到連云港石化產(chǎn)業(yè)基地?！?/p>

核能供汽，如何從源頭上保障清潔和安全，是百姓關(guān)心的話題。“在核能供汽的過程中只涉及到熱量的交換，沒有任何的物質(zhì)交換，而且管網(wǎng)也是獨立隔離輸送的，設(shè)置了多重的安全措施?！蔽湮钠嬲f。

當(dāng)記者來到江蘇田灣核電3、4號機組模擬機房時，正看到機組操作人員在進行模擬故障的培訓(xùn)。“現(xiàn)在我們看到的模擬場景，展現(xiàn)了管道破裂導(dǎo)致安全閥壓力急劇上升的緊急情況?！蔽湮钠嬲f?，F(xiàn)場的操作人員面對滿墻復(fù)雜的儀表和包含實時數(shù)據(jù)的顯示屏，正在有條不紊地操作著。“面對核能供汽的新項目，我們一年前就對操作人員進行培訓(xùn)，操作人員需要定期接受考核，每年要接受至少80學(xué)時的復(fù)訓(xùn)和模擬演練?！?/p>

從田灣核電站到盛虹石化，中間有20多公里的距離，為了確保絕對安全和方便檢修，完全使用明管運輸。方洋集團核能供汽項目負責(zé)人葉圣陶告訴記者：“管道采用了新型的復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，即氣凝膠、碳酸鈣加上聚氨酯。經(jīng)過前段時間的測試，我們發(fā)現(xiàn)蒸汽從核電站到石化基地，溫度下降實現(xiàn)在1.5℃/km以內(nèi)，總體來說，保溫效果已經(jīng)超過預(yù)期，還是很好的?！?/p>

此外，加熱蒸汽管道還設(shè)置了輻射監(jiān)測儀表及快關(guān)閥，確保對外輸送的蒸汽“零碳清潔”，當(dāng)輻射監(jiān)測儀表的數(shù)值超過安全臨界值時，快關(guān)閥可在5秒內(nèi)快速關(guān)閉，來自3、4號機組熱源的加熱蒸汽被迅速隔離，最后還有第三個獨立回路物理隔絕和工業(yè)蒸汽管道安裝了輻射監(jiān)測儀表，絕對不會流向用汽端。

除了具有綠色、安全的環(huán)保效益，核能供汽的優(yōu)勢更在于穩(wěn)定、高效。目前核電站已經(jīng)可以實現(xiàn)18個月長周期換料，即核電機組能夠連續(xù)運行18個月不中斷，從而提供穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng)。設(shè)計上考慮了3、4號機組的加熱汽源可以有單機組供汽或兩臺機組聯(lián)合供汽兩種方式，即使遇到機組換料大修，在大修前可實現(xiàn)額定負荷下無擾切換連續(xù)供汽，有能力保證每年8000小時蒸汽連續(xù)供應(yīng)。

核能+石化成“跨界CP”，“全國首次”何以煉成

作為在國內(nèi)首次實現(xiàn)大規(guī)模核能供汽的項目，這是全國首條超大口徑、超長距離核能供熱蒸汽管網(wǎng)，也是全國最長核能供熱傳輸路徑，其技術(shù)門檻不低。建設(shè)時，國內(nèi)外沒有多少可參考的核能供汽工程案例，前期也遇到許多困難和挑戰(zhàn)。

江蘇核電有限公司維修支持處處長李燁剛向記者回憶了當(dāng)時的情景，“整個過程可以用‘摸著石頭過河’來形容。我們的項目歷經(jīng)兩年多的建設(shè)才投產(chǎn)，項目工作量非常大，工程量之巨堪比建造一座百萬千瓦級核電機組的常規(guī)島?！?/p>

對于江蘇核電設(shè)備管理處設(shè)備管理科科長胡海波來說，這個項目留給他最初的印象就是“規(guī)模大”——“光是廠區(qū)綜合管線工程，就長達1082米，安裝范圍跨度廣泛，需要協(xié)調(diào)的事項數(shù)不勝數(shù)”。

很快，胡海波就發(fā)現(xiàn)施工量大不算難，更難的是變數(shù)多。“因為沒有經(jīng)驗可循，我們的施工經(jīng)常出現(xiàn)與計劃不相符的突發(fā)狀況，以打樁這件施工中的小事為例，我們預(yù)計樁基200根，實際上的樁基量卻多達1689根?！?/p>

在項目32000米的電纜敷設(shè)中，“最長的一根電纜達800米，這在核電建設(shè)中并不多見。由于廠房內(nèi)廊道路徑曲折，這根重達12000余斤的電纜要靠160余人接龍的方式傳送進入廠房，這一干就是6個小時?！惫艿婪笤O(shè)負責(zé)人余成恒說。

探索核能供汽的路程坎坷，為何“和氣一號”能成為第一個成功“吃螃蟹”的項目?江蘇核電黨委書記、董事長張毅認為，項目的成功，“天時地利人和”三者缺一不可。

“減碳、控制碳排放，已經(jīng)是全球共識，現(xiàn)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也都在大力發(fā)展綠色轉(zhuǎn)型，這是‘天時’。田灣核電基地與連云港石化基地鄰近，地理條件上就具備了合作的機會，同時近些年來中長距離熱網(wǎng)傳輸?shù)募夹g(shù)有了較大進步，項目落地也有了一定的保障，這是‘地利’。此外，項目從起步階段就得到了國家和省市各個部門的大力支持，大家通力合作、大力攻堅，克服了許多技術(shù)難點，建設(shè)了從供給端到用戶端的整套工程，這是‘人和’?！睆堃惚硎?。

“當(dāng)前，我們還在探索海水淡化、工業(yè)制氫、抽水蓄能等項目。全部建成后田灣基地將成為超1200萬千瓦的大型清潔能源基地，希望能夠為江蘇省乃至全國的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，以及推動我國加快實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)提供重要的支撐?！睆堃阏雇馈?/p>

記者 楊易臻 張宣 葉真