问题:核心部件制造难度高、质量容错率极低 超临界二氧化碳发电被认为是下一代高效率、紧凑型发电技术的重要方向。
其关键装备之一是全焊接微通道换热器(PCHE),常被业内称为机组的“能源心脏”。
该设备内部由约3000片厚度仅1.8毫米的不锈钢板叠压成形,靠焊接完成全密封连接,无螺栓结构。
设备在运行中需长期承受高温、高压等复杂工况,焊接质量、几何精度与一致性要求极高。
对制造而言,薄板叠压过程任何微小变形都可能造成流道堵塞甚至整体报废;同时,壳体与芯体组合焊接存在狭窄空间,传统保护方式难以兼顾质量与成本;冷热侧汇总管线焊接又面临小直径、全熔透、100%射线检测等刚性约束,效率与稳定性成为突出矛盾。
原因:无成熟路径可循,国产化要求倒逼体系化创新 此次任务的难点不只在“工序复杂”,更在“无先例可参照”。
在核心工艺和关键装备国产化的前提下,制造端必须从材料特性、温度压力曲线、焊接环境控制、检验评价体系等环节同步建立方法论。
以芯体真空扩散焊为例,其本质是让金属在特定温度梯度与压力曲线下实现原子级扩散结合,参数窗口窄、过程敏感度高。
对工程团队而言,需要通过大量试验反复验证,摸清材料在微观层面的“融合规律”,并把实验规律转化为可稳定复制的生产工艺。
同时,狭缝焊接的氧化控制、小管径焊接的成形稳定等问题,涉及焊接冶金、工装设计与现场组织协同,任何单点短板都可能放大为系统性风险。
影响:推动从“能造”向“造得稳、造得好、造得省”迈进 针对上述难题,兰州兰石重装换热公司以焊接工艺攻关为牵引,完成了多项关键突破:一是通过上千次试验优化真空扩散焊参数,实现芯体平面度误差控制在0.1毫米以内,50余万条焊缝一次成型并实现“零变形”目标,为PCHE的长期稳定运行奠定基础。
二是在壳体与芯体狭窄间隙焊接中,提出“高真空+微量动态氩气”复合保护思路,通过先抽真空彻底除氧、再以高纯氩形成动态屏障,有效降低焊缝氧化风险,氩气用量明显下降,兼顾质量与成本。
三是面向冷热侧汇总管线焊接的效率与一致性问题,探索形成分层焊接路线,并配套设计专用送丝机构,减少溜坡、咬边等缺陷,提高一次合格率与生产效率。
这些工艺创新的意义在于,它们不仅解决“做出来”的问题,更将关键指标固化为可重复、可检验、可批量的工程能力,使高端装备制造从单件攻关向规模化交付迈进。
两台PCHE按期出厂并支撑“超碳一号”在贵州六盘水实现商运,标志着我国在sCO₂发电关键装备上完成从研发验证到工程应用的跨越。
对策:以工艺标准化、质量闭环和人才梯队支撑持续迭代 从经验看,高端能源装备制造的竞争力,关键在“系统能力”而不止“单项绝活”。
下一步,应围绕三方面持续发力:其一,推动核心焊接工艺标准化与参数包固化,形成可追溯的过程控制体系与数据化管理机制,提升跨批次一致性;其二,强化无损检测、过程监测与失效分析闭环,把“事后把关”前移为“过程预防”,进一步压缩缺陷发生概率;其三,完善技能人才与工程师协同的攻关机制,依托重点项目培养复合型工艺团队,增强面对新材料、新结构、新工况的快速响应能力。
同时,围绕供应链关键环节加强协同创新,提升相关专用装备、耗材与检测能力的配套水平,巩固自主可控基础。
前景:从单台示范走向产业化应用,带动能源装备新赛道 随着“双碳”目标推进与新型电力系统建设提速,高效率、低成本、强适应性的发电与热能转换技术需求将持续释放。
sCO₂发电机组具备效率提升潜力大、设备体积紧凑等特点,未来在工业余热利用、清洁能源耦合、综合能源站等场景具备拓展空间。
PCHE作为关键换热装备,其制造能力的突破将带动材料、焊接、检测、装备制造等产业链协同升级。
可以预期,随着示范运行数据积累、工程标准完善和成本进一步下降,相关技术有望从“首台套”走向“系列化”,在更广范围实现规模化应用,并为我国高端能源装备参与国际竞争提供新的支点。
从核电到氢能,再到如今的超临界二氧化碳发电,中国装备制造业正以一项项核心技术突破,不断刷新"中国制造"的高度。
刘自飞团队用50万道"零缺陷"焊缝诠释的,不仅是工匠精神的极致追求,更是中国从制造大国迈向制造强国的坚实步伐。
这一突破性成果,为我国能源结构转型和"双碳"目标实现提供了有力的技术支撑。