“硬核”團隊:玩轉高能小球 點亮四代核能

發布時間:2019-12-18 12:00    來源:中核北方
 

關鍵詞:中核北方 高溫氣冷堆核燃料元件 核能技術

摘要:高溫氣冷堆球形燃料元件直徑6CM、臺球大小,重量200g,內含7g核燃料。它個頭不大,但能量巨大,完全反應釋放的能量,相當于1.5噸標準煤,4顆這樣的“核煤球”就夠一個三口之家的冬季取暖了。具有第四代核能技術的高溫氣冷堆,必將領跑核電領域,點亮四代核能。

  高溫氣冷堆球形燃料元件直徑6CM、臺球大小,重量200g,內含7g核燃料。它個頭不大,但能量巨大,完全反應釋放的能量,相當于1.5噸標準煤,4顆這樣的“核煤球”就夠一個三口之家的冬季取暖了。具有第四代核能技術的高溫氣冷堆,必將領跑核電領域,點亮四代核能。

  7月18日,新聞聯播播出了《奮斗70年 壯麗新時代——中國核工業:自主創新引領發展》的新聞,介紹了高溫氣冷堆球形燃料元件生產線。新聞時長雖然只有4分鐘,卻凝聚了幾代核工業人頑強拼搏、科技創新的智慧和汗水。

  高溫氣冷堆核燃料元件生產線是國家十一五重大科技專項“大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站”的重要配套項目,該項目建成了世界首條、也是唯一一條具有工業規模的高溫氣冷堆球形燃料元件生產線,我國具有完全自主知識產權。9月21日,中核北方高溫氣冷堆核燃料元件廠獲得中央企業先進集體榮譽稱號。

  神奇的小球

  高溫氣冷堆核電燃料元件有很多神奇之處,這個元件只有6cm,卻能產生相當于1.5噸標準煤的熱量。這個元件外衣是一層堅硬的石墨殼,能耐2000度高溫,遠高于1620度反應堆堆芯融毀溫度。這個6cm的小球內心有12000個顆粒彌散在球體內,而一個12cm的火龍果才有7300粒種子。

  早在2004年,中核北方就啟動了高溫氣冷堆核燃料元件生產線建設相關事宜。2008年2月25日,國務院批準高溫氣冷堆總體實施方案前期工作正式展開。2013年11月至2014年12月,該公司先后完成高溫氣冷堆核燃料元件生產線606套工藝設備的安裝。2015年開始設備及工藝調試。2016年8月12日至8月24日,生產出首批合格燃料元件280個,并完成產品合格性鑒定。截止目前已生產出65萬個合格的球形燃料元件,提前實現了達產達標,全面達到設計能力,生產線產能、產品質量和產品合格率等指標均達到或超過設計水平。

  高溫氣冷堆是第四代核能系統的優先研究開發對象,我國是世界上為數很少幾個掌握了高溫氣冷堆及其燃料元件制造技術的國家,技術上處于國際領先地位,是我國核電走出去參與“一帶一路”倡議的重要優選堆型,屬于第四代核能技術。

  在高溫氣冷堆元件廠的建設和生產過程中,高溫人有幸和它一同走過,每一滴辛勤的汗水,每一步艱辛的跋涉、每一階段取得的成果都凝結著高溫人勤勞的智慧和汗水,印證著高溫人團結拼搏、勇克難關的足跡和取得的成績,在這個過程中高溫人也同高溫氣冷堆元件生產線在磨礪中一同成長。

  困難重重的誕生之路

  在高溫氣冷堆核燃料元件廠燃料球制備車間,機械臂正在有條不紊的進行燃料球元件的壓制,工作人員則在檢視設備運行情況。生產線直接從清華大學的實驗室轉化到工業應用,并不是簡單的復制粘貼,也不是成比例放大,由于需要考慮規模效益和經濟性,很多設備與工藝需要進一步改進和不斷完善,生產線95%的工藝設備都是首次應用的非標專業設備,高溫氣冷堆元件廠聯合清華大學對生產線設備進行了280項改造。

  高溫氣冷堆燃料元件的關鍵工序包覆燃料顆粒制備工藝作為特殊工藝過程,控制要求高、操作精細化程度高、工藝過程復雜,包覆制備車間員工的工作是要在每批約400萬個直徑只有0.5mm左右的核燃料顆粒表面,利用氣象沉積技術,在包覆爐內通過改變工藝氣體介質及溫度,依次包覆4層包覆層。

  自高溫氣冷堆核燃料元件生產線投產以來,包覆燃料顆粒破損率一直是影響包覆燃料顆粒合格率的“罪魁禍首”,讓人頭疼不已。每次得到破損率不合格的消息,包覆制備車間一張張年輕而稚嫩的臉一次又一次黯淡下去,大家心里都沉甸甸的。

  他們抱著不氣餒不放棄的態度,決定從細節著手,排除每一個可能的影響因素,找到影響破損率的關鍵原因。從加料、取樣、出料到篩分振選,規范操作,固定操作人員,進行監督檢查,避免因人員操作造成顆粒破損。甚至對于包覆爐清理工作也進行了嚴格要求,制定清理標準圖冊,避免因包覆爐不清潔影響包覆層性能。

  由于整個包覆過程像一個“黑箱子”,看不見摸不著,核燃料顆粒投入包覆爐內,只有最后出料完畢且通過檢測才能知道包覆結果,所以他們決定,開始建立詳細的數據統計,希望通過各批次間各種工藝控制參數的差異,找到影響破損率的關鍵原因。

  通過全體人員的堅持和努力,最終發現包覆過程中噴嘴中路、環路壓力與包覆燃料顆粒破損率有一定的關系,再分析影響噴嘴中路、環路壓力的因素,通過對管道進行維護清理,控制氣體壓力,穩定氣體流量,最終控制住了包覆燃料顆粒破損率。通過他們的努力,成功控制住包覆燃料顆粒破損率,突破了質量大關,合格率達到了95%。

  高溫氣冷堆的固有安全性、多用途性以及模塊化建造等特點與優勢,尤其適合“一帶一路”中小型電網國家,在核電“走出去”方面具有多重優勢。目前,我國已與沙特、阿聯酋等國家和地區簽訂了高溫氣冷堆項目的合作諒解備忘錄,預示著中國高溫氣冷堆在經歷了幾十年默默耕耘后迎來了歷史性的發展機遇。(李斌)

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