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        打造華龍一號(hào)最強(qiáng)“核能芯” 推動(dòng)中國(guó)核燃料產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)
        ——專訪中核建中核燃料元件有限公司副總經(jīng)理、總工程師彭海青

        2020-01-06 12:19:01高樹(shù)超
        中國(guó)核電 2020年6期
        關(guān)鍵詞:核燃料華龍中核

        核能強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的要求,“走出去”的必然選擇

        《中國(guó)核電》:華龍一號(hào)全球首堆示范工程核燃料元件順利通過(guò)出廠驗(yàn)收,并于2019年9月10日上午啟運(yùn)至福清核電。這是我國(guó)核燃料產(chǎn)業(yè)和華龍一號(hào)示范工程建設(shè)史上又一里程碑,您能對(duì)開(kāi)啟華龍一號(hào)核燃料元件生產(chǎn)的背景和原因做個(gè)簡(jiǎn)單介紹嗎?

        彭海青:“倉(cāng)廩實(shí),天下安”。華龍一號(hào)核燃料元件的生產(chǎn),是由其重要性決定的。作為核電站的“糧食”,核燃料元件是核電站運(yùn)行的第一道安全屏障,它的質(zhì)量問(wèn)題,是關(guān)系到核電站安全運(yùn)行的重要因素。作為核電站反應(yīng)堆的核心部件,它既是釋熱元件,又是放射性裂變產(chǎn)物的第一道屏障,對(duì)核反應(yīng)堆以至核電站的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有至關(guān)重要的影響。

        華龍一號(hào)是我國(guó)在30余年核電科研、設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)和運(yùn)行的基礎(chǔ)上,自主研發(fā)具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)研發(fā)的三代先進(jìn)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組。要完成對(duì)華龍一號(hào)的“保駕護(hù)航”,相關(guān)核燃料元件生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化也是必須的,這也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)核能強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的必然要求,此種形式下,我們不僅要開(kāi)啟反應(yīng)堆技術(shù)與核燃料技術(shù)“兩手都要抓”的模式,而且必須“兩手都要硬”。

        同時(shí),隨著“一帶一路”倡議的全面推進(jìn),核電“走出去”迎來(lái)重要?dú)v史機(jī)遇,華龍一號(hào)是核電“走出去”旗艦產(chǎn)品,其核燃料元件的生產(chǎn)成為至關(guān)重要的一環(huán)。

        中核建中多年來(lái)憑借深厚的技術(shù)積累以及對(duì)市場(chǎng)的洞察,積極搶占核燃料元件制造科技前沿陣地,歷經(jīng)多年技術(shù)積累和不斷探索,在核燃料制造與生產(chǎn)方面居于領(lǐng)先地位,這樣一個(gè)光榮的歷史任務(wù)也就當(dāng)仁不讓地落在了中核建中全體同仁的肩上。

        任務(wù)之初,中核建中黨委提出“三個(gè)務(wù)必”,務(wù)必嚴(yán)格技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和程序要求,務(wù)必確保質(zhì)量和進(jìn)度,務(wù)必確?!傲闫茡p”。特別強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持精益生產(chǎn),優(yōu)化生產(chǎn)組織和協(xié)調(diào)機(jī)制,按計(jì)劃完成華龍一號(hào)全球首堆燃料元件生產(chǎn)及供貨任務(wù),并提出了“打造最強(qiáng)‘核能芯’”的響亮口號(hào)。

        不負(fù)眾望,打造華龍一號(hào)“最強(qiáng)芯”

        《中國(guó)核電》:全力保障華龍一號(hào)高質(zhì)量核燃料元件生產(chǎn)任務(wù)圓滿完成,向著建成國(guó)際一流核燃料元件制造基地的目標(biāo)而不懈奮斗,這是中核集團(tuán)黨組書(shū)記、董事長(zhǎng)余劍鋒赴中核建中調(diào)研指導(dǎo)時(shí)的要求。余書(shū)記的話語(yǔ)充滿期望,中核建中又是怎樣不負(fù)重托,完成這一光榮使命的呢?

        彭海青:華龍一號(hào)全球首堆核燃料元件正式生產(chǎn)任務(wù)是我公司承制的最大批次的華龍一號(hào)首爐元件生產(chǎn)任務(wù),產(chǎn)品品種多、數(shù)量大。為此公司黨委專門發(fā)出動(dòng)員,充分完善開(kāi)工前的準(zhǔn)備工作。尤其技術(shù)環(huán)節(jié),在汲取現(xiàn)有核燃料元件制造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,在各相關(guān)單位的緊密合作下,我們經(jīng)歷了工藝技術(shù)改進(jìn)等多個(gè)階段的技術(shù)攻關(guān),最終成功掌握華龍一號(hào)核燃料元件批量化制造技術(shù)。

        這個(gè)過(guò)程是相當(dāng)坎坷和艱難的。自2010年華龍一號(hào)CF系列核燃料組件專項(xiàng)啟動(dòng)后,中核建中和中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院一同承擔(dān)了CF系列組件的研制工作。2012到2014年,短短兩年時(shí)間,中核建中實(shí)現(xiàn)了N36特征化組件入堆,CF2和CF3先導(dǎo)組件入堆等一系列重大突破。2019年5月10日我國(guó)三代核電華龍一號(hào)燃料元件——中核集團(tuán)自主研制的CF3核燃料元件成功完成批量化制造,并通過(guò)出廠驗(yàn)收。9月10日,華龍一號(hào)全球首堆燃料元件的最強(qiáng)“核能芯”運(yùn)往福清核電站。2020年6月12日6時(shí)18分(巴基斯坦卡拉奇時(shí)間),由中核建中生產(chǎn)的183組華龍一號(hào)核燃料元件的運(yùn)輸船,歷經(jīng)16天4200海里的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸,到達(dá)拉奇核電站。經(jīng)檢測(cè),貨包狀態(tài)全部正常,卡拉奇2號(hào)機(jī)組即將注入最強(qiáng)中國(guó)“芯”。

        在華龍一號(hào)研制生產(chǎn)中,中核建中以最短時(shí)間、最高效率創(chuàng)新了目前國(guó)內(nèi)核燃料元件研制領(lǐng)域最多的先進(jìn)技術(shù),收獲了專利成果30多項(xiàng),華龍一號(hào)系列科技成果獎(jiǎng)近20項(xiàng),形成重要的研制類總結(jié)報(bào)告50余份,成就了中國(guó)核燃料元件制造的多項(xiàng)第一。20組CF3燃料組件研制成功并入堆考驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了我國(guó)自主三代核電燃料元件批量化制造,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,榮獲中核集團(tuán)重大科技成果獎(jiǎng)金獎(jiǎng)。

        掛圖作戰(zhàn),朝督暮責(zé),攻堅(jiān)克難

        《中國(guó)核電》:要完成這樣光榮而重大的任務(wù)與使命,兩年時(shí)間異常緊迫,具體生產(chǎn)過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn),又是如何克服的呢?

        彭海青:首先,為厘清各環(huán)節(jié)邏輯順序,辨識(shí)難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),做好分析,制定有效工作措施,我們采取了“掛圖作戰(zhàn)”生產(chǎn)方式,將生產(chǎn)涉及的不同節(jié)點(diǎn)目標(biāo)起止時(shí)間、完成周期等繪成時(shí)間結(jié)點(diǎn)圖,覆蓋工藝技術(shù)、原材料采購(gòu)、設(shè)備運(yùn)維、生產(chǎn)調(diào)試等諸多環(huán)節(jié),提醒大家在關(guān)鍵環(huán)節(jié)和節(jié)點(diǎn)了解彼此進(jìn)度,加強(qiáng)協(xié)作配合。

        其次,確保指導(dǎo)生產(chǎn)文件的正確與適用,是完成任務(wù)必須邁過(guò)的第一道坎。文件編制極其嚴(yán)格和繁瑣,不僅份數(shù)多,而且編制每條項(xiàng)目?jī)?nèi)容時(shí)都必須切實(shí)可行。為盡快把新工藝文件編制出來(lái),相關(guān)部門時(shí)常加班到深夜,無(wú)論多晚多辛苦,務(wù)必做到一絲不茍,不可以有絲毫差池。前期這兩項(xiàng)工作的完成,為后面的執(zhí)行夯實(shí)了基礎(chǔ)。

        最大的難關(guān)是相關(guān)技術(shù)的攻克。華龍一號(hào)機(jī)組設(shè)計(jì)壽命為60年,反應(yīng)堆采用177堆芯設(shè)計(jì),堆芯采用18個(gè)月?lián)Q料,電廠可利用率高達(dá)90%以上,反應(yīng)堆對(duì)燃料元件的制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量要求更加嚴(yán)苛,要做到主要性能指標(biāo)達(dá)到甚至高于設(shè)計(jì)技術(shù)要求,不能“憑經(jīng)驗(yàn)”和“吃老本”。我們通過(guò)“朝督暮責(zé)”的技術(shù)把控,對(duì)每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)縝密執(zhí)行精益求精,以“硬實(shí)力”完成技術(shù)設(shè)計(jì)與研發(fā)的“沖鋒”。

        為了應(yīng)對(duì)華龍一號(hào)核燃料元件的適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計(jì),從工藝設(shè)計(jì)和方案策劃入手,自始至終落實(shí)專業(yè)職責(zé),開(kāi)展工藝過(guò)程控制及專項(xiàng)監(jiān)查工作,進(jìn)行制造工藝過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,有效保證了產(chǎn)品工藝可靠性和質(zhì)量穩(wěn)定性。

        值得一提的是硼硅玻璃管的設(shè)計(jì)、試制和生產(chǎn),要求極嚴(yán)格,生產(chǎn)工藝難度很大。為打破國(guó)外壟斷,我們重新設(shè)計(jì)了硼硅玻璃管,并對(duì)生產(chǎn)廠家現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研考察,嚴(yán)格按ISO質(zhì)量認(rèn)證體系評(píng)價(jià),提高技術(shù)和質(zhì)量保障,腳踏實(shí)地落實(shí)技術(shù)攻關(guān),最終研制出的國(guó)產(chǎn)硼硅玻璃管,產(chǎn)品性能比進(jìn)口的更高。

        在實(shí)際執(zhí)行中,僅針對(duì)產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)就有10項(xiàng)。成功將二氧化鈾芯塊、格架、燃料棒、相關(guān)棒等零部件的39項(xiàng)成熟關(guān)鍵工藝直接運(yùn)用到華龍一號(hào)組件上。

        產(chǎn)品質(zhì)量控制也非常重要。我們通過(guò)生產(chǎn)全過(guò)程質(zhì)量控制數(shù)字化管理,梳理出全流程工序,細(xì)化到每一道工序和每一個(gè)崗位,執(zhí)行動(dòng)態(tài)管理。同時(shí)強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)督,加強(qiáng)內(nèi)外溝通,高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求,多渠道多措施為質(zhì)量保駕護(hù)航,確保了產(chǎn)品生產(chǎn)“零缺陷”。

        元件零部件精度要求很高,基本都精確到微米。為確保高精度加工穩(wěn)定可靠,我們提升加工精細(xì)度和工藝穩(wěn)定性的要求標(biāo)準(zhǔn),對(duì)2700余只定位格架、300余套上下管座進(jìn)行加嚴(yán)控制,全力保障元件生產(chǎn)任務(wù)的圓滿完成。

        國(guó)產(chǎn)自主研發(fā),鮮明體現(xiàn)先進(jìn)

        《中國(guó)核電》:華龍一號(hào)核燃料元件凝聚了中核建中公司全體同仁及合作單位的智慧、心血和汗水,不僅各項(xiàng)性能完全達(dá)標(biāo),在設(shè)計(jì)和工藝上也非常有創(chuàng)新性。您能介紹一下核心特色和創(chuàng)新點(diǎn)嗎?

        彭海青:華龍一號(hào)核燃料元件創(chuàng)新主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:

        一個(gè)是元件的最核心結(jié)構(gòu)部件是國(guó)產(chǎn)的新型鋯基合金材料N36生產(chǎn)燃料棒包殼管,成功實(shí)現(xiàn)了采用我國(guó)自主研發(fā)的新型鋯基合金材料N36生產(chǎn)燃料棒包殼管,這對(duì)于完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)具有重要意義:其一,N36具有熱中子吸收截面較低和力學(xué)性能、耐腐蝕性能以及輻照穩(wěn)定性良好等特點(diǎn),能保證燃料棒燃耗深度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平;其二,N36鋯合金產(chǎn)業(yè)化打破了國(guó)外技術(shù)壟斷,為實(shí)現(xiàn)華龍一號(hào)大型商用核電站“走出去”的戰(zhàn)略目標(biāo),奠定了重大關(guān)鍵材料基礎(chǔ)。

        另一個(gè),中核建中在華龍一號(hào)核燃料元件加工制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了完善和升級(jí),做到了自主創(chuàng)新,體現(xiàn)在以下三點(diǎn):

        一是元件定位格架的外條帶結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì),提高了燃料組件在堆內(nèi)運(yùn)行的安全裕量;二是導(dǎo)向管采用厚壁、雙層管設(shè)計(jì),通過(guò)“管中管”式抗彎曲設(shè)計(jì)與堆外試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的迭代,對(duì)導(dǎo)向管內(nèi)徑和壁厚、緩沖段內(nèi)徑和高度以及導(dǎo)向管緩沖段上端的流水孔的尺寸設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化,增強(qiáng)了燃料組件整體剛度、尺寸穩(wěn)定性和抗彎曲性能,使其充分滿足三代核電站0.3g地面加速度的抗震要求;三是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的空間曲面結(jié)構(gòu)功能一體化下管座和高效過(guò)濾結(jié)構(gòu),利用流道本身的幾何形狀進(jìn)行異物過(guò)濾,不需要額外加裝防異物板,具備捕捉和過(guò)濾較小尺寸異物的能力,防異物性能明顯優(yōu)于國(guó)際同類產(chǎn)品。

        華龍一號(hào)核燃料元件還具有最鮮明的先進(jìn)性特征,一是設(shè)計(jì)的先進(jìn)性。華龍一號(hào)核燃料元件與目前世界先進(jìn)水平的燃料組件相當(dāng),燃料設(shè)計(jì)燃耗52GW.d/tU,可滿足18個(gè)月長(zhǎng)周期循環(huán),燃料破損率設(shè)計(jì)小于1/100000,滿足三代核電站0.3g地面加速度的抗震設(shè)計(jì)要求,且具有優(yōu)良的機(jī)械性能和熱工水力性能;二是制造的先進(jìn)性。華龍一號(hào)核燃料元件所使用的鋯合金、不銹鋼等9種牌號(hào)、44種規(guī)格的原材料均實(shí)現(xiàn)了100%國(guó)產(chǎn)化,具有完全自主可控能力。

        中國(guó)核工業(yè)發(fā)展的重要里程碑

        《中國(guó)核電》:中核建中為華龍一號(hào)核燃料元件生產(chǎn)交出了滿意答卷,對(duì)于中國(guó)核工業(yè)未來(lái)的發(fā)展也意義非凡,您能概括介紹一下這如何推動(dòng)中國(guó)核工業(yè)的發(fā)展嗎?

        彭海青:毫無(wú)疑問(wèn),華龍一號(hào)核燃料元件的生產(chǎn)是中國(guó)核工業(yè)發(fā)展的重要里程碑,其意義重大,作用非凡。

        首先,華龍一號(hào)核燃料元件可降低燃料失效風(fēng)險(xiǎn),提高運(yùn)行可靠性,減少非計(jì)劃停堆次數(shù)或縮短大修時(shí)間,可直接或間接轉(zhuǎn)化為豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

        其次,相關(guān)研制突破了核發(fā)達(dá)國(guó)家的重重專利壁壘和知識(shí)產(chǎn)權(quán)封鎖,形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華龍一號(hào)核燃料元件品牌,突破了高性能燃料組件的出口限制,因此又具有極高的戰(zhàn)略層面社會(huì)效益。

        另外,我們以最短時(shí)間、最高效率創(chuàng)新目前國(guó)內(nèi)核燃料元件研制領(lǐng)域多項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù),實(shí)現(xiàn)了包括高性能燃料元件所用原材料和燃料元件的自主制造,表明我國(guó)具備了高性能燃料元件所需的完整產(chǎn)業(yè)鏈,我國(guó)核電產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過(guò)程中一步一步實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的跨越,對(duì)于加快自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華龍一號(hào)“走出去”的步伐,推動(dòng)中國(guó)核燃料產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí),助力中核集團(tuán)新時(shí)代“三位一體”奮斗目標(biāo)的落地,從“核大國(guó)”邁向“核強(qiáng)國(guó)”具有實(shí)際意義。

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