蒸汽熨斗、蒸汽电饭煲、蒸汽洗衣机……在生活中，蒸汽是我们的居家好帮手，在工业领域，蒸汽更是发挥着举足轻重的作用。曾经，工业生产中需要的蒸汽仍由煤炭等传统能源供给，而今，能源行业的先行者们已经找到了零碳清洁供汽的解决方案。
6月19日，我国首个工业用途核能供汽项目——“和气一号”项目在江苏田湾核电基地正式建成投产。近日，记者来到田湾核电基地所在的江苏省连云港市连云区，探访核能供汽的先进技术。
核能来供汽，探索石化绿色转型
连云港徐圩新区，烧香河边，一条亮银色的管道，直径足有一米来粗，从田湾核电3、4号机组蜿蜒而出，宛如一条刚刚出水的“小白龙”，绵延23公里，钻入了我国沿海地区规划建设的七大石化产业基地之一——连云港石化产业基地。这条管道中，核能转化的“零碳蒸汽”正沸腾着奔涌向换热站，并在这里转化后用于化工生产。
石化行业既是化工材料和能量的提供者，也是能量消费大户。来自石油和化学工业规划院的数据显示，石化化工行业生产过程排放的二氧化碳占全国碳排放的比重约为13％。“双碳”目标背景下，石化行业碳减排压力巨大。
今年5月，国务院印发的《2024—2025年节能降碳行动方案》指出，鼓励大型石化化工园区探索利用核能供汽供热。
大众熟知核能可以用来供电、供热，那么核能供汽有什么样的优势？核能供汽已经实现较高的热效率，这意味着核能得到了更大程度的利用。如果从发电量来看，抽取一小部分二回路中的蒸汽，会导致进入汽轮机系统进行做功发电的蒸汽总量有所减少，进而导致发电量降低。但是进入汽轮机做功发电的核能蒸汽热效率一般不超过40%，而用于生产工业蒸汽的热源蒸汽效率可达90%以上。因此从整体来看，本项目将使机组实际热效率从37%提高到42%。
“田湾核电蒸汽供能项目运行后，每年可为连云港石化产业基地提供480万吨工业蒸汽，相当于每年减少燃烧标准煤40万吨，同时等效减排二氧化碳、二氧化硫等，每年可为石化基地节省70多万吨碳排放指标。”连云港石化产业基地方洋集团有限公司党委书记、董事长闫红民告诉记者，源源不断的“零碳蒸汽”给了他们更大的环境空间。
据了解，此次引入的核电蒸汽，占到石化产业基地公共热源点供热能力的七分之一。虹洋热电生产副总张杜峰算了一笔账，以最大供汽能力算，每小时600吨的核能蒸汽可以填补园区30％的蒸汽缺口，保障生产需求。
首创“烧开水”+“自嗨锅”，安全稳定有保障
“和气一号”采用田湾核电3、4号机组二回路蒸汽为热源，设计上采用了包括核电厂一回路、二回路及工业蒸汽回路等在内的多重隔离，在物理隔绝的情况下，采用多级换热技术，通过工业蒸汽管网将1.8兆帕、248℃、600吨每小时的蒸汽，经由独立隔离回路输送至连云港石化产业基地。
那么核能到底是如何制备工业蒸汽的呢？江苏核电运行二处副处长武文奇解释，核电厂发电可以简单理解成“烧开水”，核能供热则是“烧开水”+“自嗨锅”组合。田湾核电3、4号机组的二回路蒸汽是热源，这就相当于“自嗨锅”下面的加热包，上方则是海水淡化而成的除盐水，相当于“自嗨锅”中的食物。“除盐水经过加热，蒸发过热之后就形成了工业蒸汽，最后经由独立隔离管网输送到连云港石化产业基地。”
核能供汽，如何从源头上保障清洁和安全，是百姓关心的话题。“在核能供汽的过程中只涉及到热量的交换，没有任何的物质交换，而且管网也是独立隔离输送的，设置了多重的安全措施。”武文奇说。
当记者来到江苏田湾核电3、4号机组模拟机房时，正看到机组操作人员在进行模拟故障的培训。“现在我们看到的模拟场景，展现了管道破裂导致安全阀压力急剧上升的紧急情况。”武文奇说。现场的操作人员面对满墙复杂的仪表和包含实时数据的显示屏，正在有条不紊地操作着。“面对核能供汽的新项目，我们一年前就对操作人员进行培训，操作人员需要定期接受考核，每年要接受至少80学时的复训和模拟演练。”
从田湾核电站到盛虹石化，中间有20多公里的距离，为了确保绝对安全和方便检修，完全使用明管运输。方洋集团核能供汽项目负责人叶圣陶告诉记者：“管道采用了新型的复合保温结构，即气凝胶、碳酸钙加上聚氨酯。经过前段时间的测试，我们发现蒸汽从核电站到石化基地，温度下降实现在1.5℃/km以内，总体来说，保温效果已经超过预期，还是很好的。”
此外，加热蒸汽管道还设置了辐射监测仪表及快关阀，确保对外输送的蒸汽“零碳清洁”，当辐射监测仪表的数值超过安全临界值时，快关阀可在5秒内快速关闭，来自3、4号机组热源的加热蒸汽被迅速隔离，最后还有第三个独立回路物理隔绝和工业蒸汽管道安装了辐射监测仪表，绝对不会流向用汽端。
除了具有绿色、安全的环保效益，核能供汽的优势更在于稳定、高效。目前核电站已经可以实现18个月长周期换料，即核电机组能够连续运行18个月不中断，从而提供稳定的蒸汽供应。设计上考虑了3、4号机组的加热汽源可以有单机组供汽或两台机组联合供汽两种方式，即使遇到机组换料大修，在大修前可实现额定负荷下无扰切换连续供汽，有能力保证每年8000小时蒸汽连续供应。
核能+石化成“跨界CP”，“全国首次”何以炼成
作为在国内首次实现大规模核能供汽的项目，这是全国首条超大口径、超长距离核能供热蒸汽管网，也是全国最长核能供热传输路径，其技术门槛不低。建设时，国内外没有多少可参考的核能供汽工程案例，前期也遇到许多困难和挑战。
江苏核电有限公司维修支持处处长李烨刚向记者回忆了当时的情景，“整个过程可以用‘摸着石头过河’来形容。我们的项目历经两年多的建设才投产，项目工作量非常大，工程量之巨堪比建造一座百万千瓦级核电机组的常规岛。”
对于江苏核电设备管理处设备管理科科长胡海波来说，这个项目留给他最初的印象就是“规模大”——“光是厂区综合管线工程，就长达1082米，安装范围跨度广泛，需要协调的事项数不胜数”。
很快，胡海波就发现施工量大不算难，更难的是变数多。“因为没有经验可循，我们的施工经常出现与计划不相符的突发状况，以打桩这件施工中的小事为例，我们预计桩基200根，实际上的桩基量却多达1689根。”
在项目32000米的电缆敷设中，“最长的一根电缆达800米，这在核电建设中并不多见。由于厂房内廊道路径曲折，这根重达12000余斤的电缆要靠160余人接龙的方式传送进入厂房，这一干就是6个小时。”管道敷设负责人余成恒说。
探索核能供汽的路程坎坷，为何“和气一号”能成为第一个成功“吃螃蟹”的项目？江苏核电党委书记、董事长张毅认为，项目的成功，“天时地利人和”三者缺一不可。
“减碳、控制碳排放，已经是全球共识，现在传统产业也都在大力发展绿色转型，这是‘天时’。田湾核电基地与连云港石化基地邻近，地理条件上就具备了合作的机会，同时近些年来中长距离热网传输的技术有了较大进步，项目落地也有了一定的保障，这是‘地利’。此外，项目从起步阶段就得到了国家和省市各个部门的大力支持，大家通力合作、大力攻坚，克服了许多技术难点，建设了从供给端到用户端的整套工程，这是‘人和’。”张毅表示。
“当前，我们还在探索海水淡化、工业制氢、抽水蓄能等项目。全部建成后田湾基地将成为超1200万千瓦的大型清洁能源基地，希望能够为江苏省乃至全国的能源结构转型，以及推动我国加快实现‘双碳’目标提供重要的支撑。”张毅展望道。
记者 杨易臻 张宣 叶真
