7月17日，中核集團(tuán)中核北方核燃料元件有限公司（簡稱“中核北方”）高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線第20萬個(gè)球形燃料元件順利下線，這標(biāo)志著我國高溫氣冷堆核燃料元件制造實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)線到工業(yè)生產(chǎn)線的直接轉(zhuǎn)化，同時(shí)也標(biāo)志著我國高溫氣冷堆核燃料元件制造水平已走在世界前列，對(duì)于推進(jìn)高溫氣冷堆核電技術(shù)商業(yè)化和“走出去”具有重要意義。

“這意味著我國擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的四代堆型的核燃料元件生產(chǎn)線已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定的規(guī)模化生產(chǎn)階段，也意味著從清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)線首次直接轉(zhuǎn)換成工業(yè)化生產(chǎn)這條技術(shù)路線被完全打通，標(biāo)志著我國高溫氣冷堆燃料元件制造水平已走在了世界的前列。”中核北方副總經(jīng)理張杰介紹說。

“全球首條”生產(chǎn)線的中國速度

高溫氣冷堆是目前世界上最安全的核反應(yīng)堆型之一，高質(zhì)量的燃料元件是高溫氣冷堆安全運(yùn)行的可靠保障。2013年3月，全球首條工業(yè)規(guī)模高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線在中核北方正式開建。該生產(chǎn)線是國家重大科技專項(xiàng)———高溫氣冷堆核電站示范工程的重要配套項(xiàng)目，這也意味著，高溫氣冷堆投產(chǎn)時(shí)，中核北方必須拿出首爐燃料元件。

為了滿足石島灣高溫氣冷堆的建造進(jìn)度，就必須嚴(yán)格把控土建、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)等各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。絕對(duì)不能讓燃料元件成為高溫氣冷堆投產(chǎn)的制約。一般來說，從實(shí)驗(yàn)線轉(zhuǎn)化成規(guī)模化生產(chǎn)，需要經(jīng)歷中試階段，而這條生產(chǎn)線直接依托清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)線就進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。

“建設(shè)、調(diào)試、生產(chǎn)無成熟可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，人員也沒有相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備的可靠性還待驗(yàn)證。”張杰回憶說，盡管是“摸著石頭過河”，但通過中核北方和清華大學(xué)的“校企合作”，雙方克服了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)，最終用產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力說話，實(shí)現(xiàn)了“全球首條”生產(chǎn)線的“跳躍式”“生長”，讓我國高溫氣冷堆元件制造水平躋身世界前列。

2015年4月，該生產(chǎn)線進(jìn)入調(diào)試生產(chǎn)階段；2016年3月，生產(chǎn)線投料；2016年8月生產(chǎn)線正式生產(chǎn)。每月生產(chǎn)燃料球從11000多個(gè)到17000多個(gè)，再到連續(xù)3個(gè)月每月達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)燃料球生產(chǎn)能力突破30000個(gè)；包覆燃料顆粒生產(chǎn)合格率從30%到逐步提高到80%，再到如今連續(xù)生產(chǎn)合格率達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)……短短4年時(shí)間，這條“全球首條”工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)線以超乎預(yù)料的速度成長。

該項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人、中國核燃料有限公司總經(jīng)理馬文軍曾提出，要通過這條生產(chǎn)線的建設(shè)、調(diào)試、生產(chǎn)運(yùn)行，“出產(chǎn)品、出成果、出經(jīng)驗(yàn)、出人才、出精神、出示范”。如今，該生產(chǎn)線第20萬個(gè)球形燃料元件的順利下線，標(biāo)志著“六出”成果的實(shí)現(xiàn)，更標(biāo)志著這條生產(chǎn)線的完全打通和達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。

推動(dòng)高溫氣冷堆核燃料元件走出去

高溫氣冷堆球形燃料元件生產(chǎn)技術(shù)的主要工藝和其他壓水堆的燃料元件生產(chǎn)工藝技術(shù)差別很大，沒有大規(guī)模工業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)可供參考，包括相關(guān)的法規(guī)體系等。清華大學(xué)通過實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)摸索出一些經(jīng)驗(yàn)，不過更重要的是結(jié)合工業(yè)化生產(chǎn)建立新的標(biāo)準(zhǔn)。在“全球首條”生產(chǎn)線調(diào)試初期，中核北方就將各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的建立擺在首位。采用“多方取經(jīng)”的方式，借鑒中核北方其它燃料元件生產(chǎn)分廠的標(biāo)準(zhǔn)，搭建起各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的大框架。

在生產(chǎn)線建設(shè)過程中，中核北方結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)建立了具有高溫氣冷堆核燃料元件制造特色的、有效的技術(shù)、質(zhì)量、安全和環(huán)保體系，發(fā)布各類體系文件共計(jì)392份，經(jīng)過近兩年的調(diào)試、運(yùn)行驗(yàn)證及不斷完善，已具備整體轉(zhuǎn)讓條件。這也意味著，今后高溫氣冷堆燃料元件生產(chǎn)線的擴(kuò)大甚至“走出去”將有標(biāo)準(zhǔn)可依。

“在從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化批量生產(chǎn)期間，作為工廠，不只是生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，更要追求高效率、低成本的穩(wěn)定安全生產(chǎn)。在提高生產(chǎn)線自動(dòng)化水平這條路上，中核北方不會(huì)放慢步伐。”張杰介紹說，由于該生產(chǎn)線從實(shí)驗(yàn)線轉(zhuǎn)化而來，很多操作都是手工操作，自動(dòng)化程度很低。為了穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，中核北方成立自動(dòng)化改造團(tuán)隊(duì)，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝，提升設(shè)備本質(zhì)自動(dòng)化程度，以滿足今后大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

從2014年設(shè)備安裝調(diào)試開始至今，中核北方先后組織開展了“凝膠球分散系統(tǒng)”、“焙燒爐、還原爐裝卸料”、“燒結(jié)爐上下料”等14臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化改造工作。

“原來的球坯裝盤全部由人工搬運(yùn)，料盤加上90個(gè)石墨球有50多公斤，燃料球壘起來有17層樓高，手工操作工作強(qiáng)度很大，而且運(yùn)輸有風(fēng)險(xiǎn)。如今，這個(gè)過程全部交給了機(jī)器人。同樣的壓制過程手工操作一天最多只能壓1300個(gè)球，而現(xiàn)在換成機(jī)器操作，每天可以輕松壓制1800個(gè)。日益成熟的自動(dòng)化生產(chǎn)線不斷提高生產(chǎn)線的產(chǎn)能、穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量、降低了人因失誤及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。