福建福清是古代海上丝绸之路的起点,而四川宜宾是古代南丝绸之路的起点,两地相隔千山万水。但“华龙一号”燃料元件让地处福建的福清核电站和地处宜宾的中核建中核燃料元件有限公司心手相连,紧紧联在了一起。
核燃料元件是核电站反应堆的核心部件,它既是释热元件又是放射性裂变产物的关键屏障,它对核电站的安全可靠和经济运行有至关重要的影响。
而作为“华龙一号”品牌核心组成部分之一,核燃料元件的作用不光是要保障电站安全可靠运行,还承担着助力“华龙一号”征战全球核电市场的重任,它前面冠的名是中国,这就意味着“华龙一号”的元件必须具有完全自主知识产权,实现国产化。
“‘华龙一号’让中国核电真正走向世界,‘华龙一号’核燃料元件则让中核建中真正走向世界。”在公司总经理丁建波看来,正是由于承担了研制“华龙一号”核燃料元件的重任,中核建中才能与美国、法国、俄罗斯等传统核电强国的燃料企业同台竞技、平等对话,也让中核建中通过科研和自主创新,逐步由“核电粮仓”迈向“元件硅谷”,成为我国核燃料元件的生产基地、创新基地和人才基地。
CF元件:中国几代核燃料人梦想
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当地时间2015年9月15日,国际原子能机构第59届大会召开之际,中核集团在奥地利维也纳国际原子能机构举办中国自主三代核电品牌“华龙一号”技术边会,这是中核集团首次以这种方式在国外向国际社会推广“华龙一号”品牌。
看到这条消息,中核建中干部职工倍受振奋:“华龙一号”走向世界,CF元件是保障,中国几代核燃料人的梦想就要实现了。
“华龙一号”核燃料元件又被业内称之为是CF元件,取自中国燃料英文拼写的首字母。
“这样取名寓意深刻,就是要推动实现“华龙一号”落地,解决具有自主知识产权的核燃料元件在国内电站和出口电站使用问题。”据中核建中科技部主任邓话介绍,2010年中核集团决定利用集中研发经费设立重点科技专项“压水堆燃料元件设计制造技术”,目的是设计、研制出具有自主知识产权的CF系列燃料组件。
直到现在,邓话还记得得知集团要做中国自己的压水堆燃料元件时,许多生产线上的老同志那个兴奋劲儿。“有老同志跑来对我们年轻人讲:咱们终于可以不只是生产国外设计的核燃料元件了。生产中国自主知识产权的百万千瓦级压水堆核燃料元件是中核建中几代人的梦想。”
中核建中总经理丁建波和公司领导团队敏锐意识到这是中核建中发展的一个重要转折和契机。
在他看来,中核建中是国内最大的压水堆核燃料元件制造基地,产能进入世界前六,已为国内外核电站供应了近百万支燃料棒,无一支因制造原因破损。这一零破损的纪录说明我们的燃料元件生产技术非常成熟,产品质量已经达到世界先进水平。“参与研制生产百万千瓦级核燃料元件,我们不仅有先天优势,更义不容辞。”于是,中核建中几上北京向集团公司阐释优势和信心,终于“华龙一号”元件研制任务落地核电粮仓。
与此同时,为了有效协调“华龙一号”元件设计、研制以及考验等工作,在中核集团的统筹下,负责核燃料生产的专业化公司——中国核燃料有限公司牵头核动力院、中核建中、中核北方、中核运行等单位成立了联合工作团队。这其中,核动力院负责总体设计,中核建中负责研制生产,中核运行负责入堆考验。
“这种模式拉近了设计与制造的关系,良好的合作模式,也为后续持续提升能力奠定基础。”邓话介绍,为保障任务顺利完成,2011年中核建中成立了以总工程师任宇洪为首的攻关领导团队,具体牵头部门就设在科技部,下边几个生产车间又根据分工分别成立了攻关小组。
回忆起当时,邓话用 “特别兴奋、压力山大”八个字来形容当时的感受。“兴奋是觉得自己能参与这样一件影响整个行业的大事,压力大是时间紧,挑战多,公司本身生产任务也很重,刚开始大家还真没底。”
但项目的两总系统(总指挥与总设计师系统)却对中核建中充满了信心。“有几次离工期只有十多天,制造工作所需要的前期条件才全部具备,大家都觉得根本完不成,但集团两总系统却每次都说相信你们一定能完成。”
也许就是这种“你们一定能完成的”期待和信任,在短短几年内,中核建中项目组开展了大量工艺试验、克服了重重技术难关,掌握了CF核燃料元件制造的关键技术,建立了完整的CF燃料组件制造工艺技术和质量体系,按期完成了CF各种试验件、模拟组件和入堆辐照燃料组件的研制任务。预计从2017年开始,CF系列将陆续实现工业化应用。
CF元件研制的进展顺利,也让“华龙一号”进展更顺利。5月,“华龙一号”全球首堆在福清开工。6月15日,李克强总理视察核电工程公司表示“你们为我撑腰,我为你们扬名”。
“我们要进一步以实际行动履行与总理之约,切实体现中核建中责任担当和研发制造能力。”6月18日,中核建中召开落实总理讲话精神座谈会,曾向总理汇报工作的丁建波表示,中核建中将在接下来的几年完成CF元件工业化工作,并和设计单位联手进行更先进的CF系列元件研制工作。“中核建中不能让梦想落空。”
元件硅谷:从制造到研制
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一直以来,中核建中就高度重视元件生产技术的创新。走进中核建中400吨扩建技改工程新生产线,随处都可以看到创新的影子:
化工转化生产线,芯块制备生产线,格架等零部件加工生产线,燃料棒和组件生产线……很难想象,覆盖了化工、粉末冶金、机械加工、组装焊接等众多专业的核燃料扩产改造工程,仅用了2年时间就建成了一条现代化、一体化、自动化的崭新核燃料元件生产线。
骨架自动机器人焊接、钆棒制造国产化……很难想象,这里的核电燃料元件生产技术达到了世界先进水平,连法国专家参观后都交口称赞。
同样,在“华龙一号”元件制造过程,中核建中更是处处创新。
据中核建中总工程师任宇洪介绍,“CF系列燃料元件具有自主知识产权,可用于长周期换料,燃料元件制造的核心技术自主化,可为我国自主三代核电建设及‘走出去’提供更加有力的保障。与法国的核燃料元件技术相比,CF元件的燃料包壳材料、总体结构以及关键工艺都有明显不同,堆内综合性能更优,对制造技术的要求也更高。”
对于“华龙一号”元件的不同之处,四车间的邓昌义、杨通高、骆宾、易小波等攻关小组成员感触尤为深刻。
四车间是燃料元件的组装车间,主要进行燃料棒、导向管、骨架等的生产,并最终将上述部件组装成燃料组件,是核燃料元件生产的最后一道关口。
在这个过程,需要对燃料棒进行环缝焊接。然而就是为了焊接由新材料N36做成的燃料棒,四车间燃料棒焊接工艺攻关队员放弃了2012年春节假期。
回首那段经历,杨通高介绍,由于材料的不同,在焊接时特别容易在焊缝中残留气泡,而过多或过大的气泡则会影响燃料棒的焊接质量。由于是新材料,攻关团队成员反复进行焊接试验已经有半年多了,但始终没有找到解决办法。“眼看着离N36特征化组件的入堆考验时间节点越来越近,心里特着急。后来几个伙计一合计,春节我们就和燃料棒在一起团聚。我们不信做不出来。”于是,攻关小组将工作精确到每一个小时,每尝试一种办法就详细讨论一次,一直持续到了2012年1月底实验有了进展,在2月份才最终成功,从而确保了N36特征化组件顺利入堆考验及后续工作的开展。
在CF3先导组件的研制工作中,控制棒导向管与内套管的连接难题像拦路虎一样拦在了面前。和传统技术不一样,“华龙一号”元件的控制棒导向管与内套管要胀合在一起,更复杂。既要保证胀包形状及尺寸,材料又不能有裂纹。据清华大学毕业的四车间主任杨通高介绍,最终解决也是攻关科研小组,用了半年时间,反复试验,最后通过不断改进胀接设备及胀接参数才得以让两个管完美地合在了一起。
“像这样的案例还有很多,比如“华龙一号”元件要在A4纸大小的不锈钢板上加工1800多个方形孔,要实现管座复杂流道结构的钎焊……这些都是我们的技术创新点。”邓话介绍,据统计中核建中已经重点攻克了定位格架制造技术、管座电子束焊接技术、导向管与内套管的胀接技术、下管座防屑板加工技术、空间曲面下管座加工技术、N36合金燃料棒制造技术、骨架和组件制造技术,建立了完整的CF燃料组件制造技术体系,编制了制造与检查大纲、检验规程、操作规程等270余份;完成了工艺和产品合格性鉴定项目近100项;已获授权的专利有26项,34项专利已完成申请……
“可以说,通过‘华龙一号’元件研制生产,中核建中自主研制了关键设备和工装,全面掌握了“华龙一号”燃料组件制造的核心技术,这也让公司的核燃料元件从制造开始走向研制。”在丁建波看来,制造和研制,一字之差,就是中核建中的核心竞争力体现。“我们不仅要做生产基地,还要做创新基地;不仅要做核电粮仓,还要做元件硅谷。”
人才锻炼:最好的时代遇见你
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“在最好的时代遇见你。”在采访中,汪建红,中核建中首席工程师中唯一的一位女同志这样表达了对“华龙一号”燃料元件的感情。这位一直在燃料元件组装车间的工程师表示,正是有了“华龙一号”,我的人生才更有激情。
持同样观点的还有三车间的陈红伟,这位70后的车间技术主管,现在每天最大的爱好就是在车间钻研“华龙一号”元件的管座、端塞、格架等制造技术是否能再进一步优化……
对此,中核建中人力资源部的一位负责人拿自己举例,由于配偶在“华龙一号”元件攻关团队,下班晚不得不开车去接,但每次都是一接一车人。大家在车上依旧对技术问题讨论不止。“本来是‘爱心专车’,结果成了‘华龙专车’。”有时候看到大家解决不了问题有点气馁时,这位负责人还要鼓励大家:今天的付出,是为了明天你成为华龙专家,这个专家可是世界级的……
“通过参与“华龙一号”元件研发,中核建中人才基地建设更加有竞争力,这些都是打造国际一流核燃料元件制造基地的基础。”为了完成“华龙一号”元件研制任务,中核建中成立了不下10个科研攻关团队,大约有100多人,里边成员大部分都是70后、80后,甚至还有90后。在许多建中人看来,中核建中正在与“华龙一号”共同成长。
采访结束,已是傍晚。位于中核建中公司门口的足球场逐渐沸腾了起来。中核建中总经理丁建波和队员们正在进行足球比赛。奔跑、抢球、传球、射门……足下,绿荫生机茂盛,场上,队员激情盎然……这里就是中核建中,“华龙一号”燃料元件生产制造的地方,一个充满激情、朝气蓬勃的企业,一个时代正从这里开启。