核能強(qiáng)國夢(mèng)的要求，“走出去”的必然選擇

《中國核電》：華龍一號(hào)全球首堆示范工程核燃料元件順利通過出廠驗(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)的國產(chǎn)化也是必須的，這也是實(shí)現(xiàn)我國核能強(qiáng)國夢(mèng)的必然要求，此種形式下，我們不僅要開啟反應(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。余書記的話語充滿期望，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“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)了我國自主三代核電燃料元件批量化制造，填補(bǔ)了國內(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)過程中遇到過哪些挑戰(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、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，相關(guān)部門時(shí)常加班到深夜，無論多晚多辛苦，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“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)，開展工藝過程控制及專項(xiàng)監(jiān)查工作，進(jìn)行制造工藝過程風(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。我們通過生產(chǎn)全過程質(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。

國產(chǎn)自主研發(fā)，鮮明體現(xiàn)先進(jìn)

《中國核電》：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)到國際先進(jìn)水平；其二，N36鋯合金產(chǎn)業(yè)化打破了國外技術(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“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濾結(jié)構(gòu)，利用流道本身的幾何形狀進(jìn)行異物過濾，不需要額外加裝防異物板，具備捕捉和過濾較小尺寸異物的能力，防異物性能明顯優(yōu)于國際同類產(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%國產(chǎn)化，具有完全自主可控能力。

中國核工業(yè)發(fā)展的重要里程碑

《中國核電》：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)于中國核工業(yè)未來的發(fā)展也意義非凡，您能概括介紹一下這如何推動(dòng)中國核工業(yè)的發(fā)展嗎？

彭海青：毫無疑問，華龍一號(hào)核燃料元件的生產(chǎn)是中國核工業(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，表明我國具備了高性能燃料元件所需的完整產(chǎn)業(yè)鏈，我國核電產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中一步一步實(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”邁向“核強(qiáng)國”具有實(shí)際意義。