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八年造“舟” 紀(jì)實(shí) 中核集團(tuán)成功研制大型乏燃料運(yùn)輸容器

2018-01-04 08:53  瀏覽:  

12 月 20 日,陜西西安,陽光明媚。

位于北郊的西安核設(shè)備有限公司的一個車間內(nèi),50 多人正凝視著大吊車掛鉤下一塊明黃色的儀表,表盤上的紅色數(shù)值一直顯示為0,表明結(jié)果令人滿意。

“模擬核燃料組件抽插試驗(yàn)完成,完全符合設(shè)計(jì)要求。”至此,龍舟-CNSC 乏燃料運(yùn)輸容器原型樣機(jī)驗(yàn)收取得圓滿成功,標(biāo)志著我國成為世界上為數(shù)不多的、能夠自主設(shè)計(jì)制造大型商用乏燃料運(yùn)輸容器的國家之一。

作為該容器的主要設(shè)計(jì)者,中國核電工程公司核設(shè)備所放射性物質(zhì)貯運(yùn)工藝室副主任姚琳此刻外表看似平靜,但內(nèi)心早已激蕩不已,研發(fā)中的一幕幕不停地在眼前回放,此刻的心情有興奮、有激動,但更多的是感激。為了這一天,她所在的龍舟研制項(xiàng)目組已經(jīng)奮斗了 8 年。在項(xiàng)目總指揮、中核集團(tuán)總經(jīng)理助理李曉明,項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師、工程公司核設(shè)備所副總工程師謝亮的領(lǐng)導(dǎo)指導(dǎo)下,她所在的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì),齊心協(xié)力,逾越了一個又一個障礙,攻克了一個又一個難題,終于取得了關(guān)鍵性的勝利。

自我挑戰(zhàn) 自我提升

將普通容器提高為高燃耗容器

伴隨我國商用核電事業(yè)的快速發(fā)展,每年需要外運(yùn)的乏燃料組件數(shù)量對運(yùn)輸能力提出了更高要求,盡快填補(bǔ)我國大型商用核電站乏燃料運(yùn)輸容器研制的空白,并實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn),已成為急切需求。作為我國一類放射性物品運(yùn)輸容器的資深設(shè)計(jì)單位,中國核電工程有限公司看在眼里,急在心里。他們在2009 年 2 月通過“大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站”國家科技重大專項(xiàng)申請“乏燃料運(yùn)輸容器研制”科研課題。2010 年 12 月,國家能源局正式下達(dá)了任務(wù)合同書。中核集團(tuán)公司高度重視,將“乏燃料運(yùn)輸容器研制”課題納入集團(tuán)公司重點(diǎn)科技專項(xiàng)“核燃料元件運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)制造技術(shù)”,確定了研究任務(wù)和主要技術(shù)指標(biāo)。工程公司作為研制項(xiàng)目牽頭單位,西核公司參與研制,完成原型樣機(jī)制造。與此同時(shí),集團(tuán)公司還制定了定期召開協(xié)調(diào)會制度,由集團(tuán)公司總經(jīng)理助理李曉明任項(xiàng)目總指揮,統(tǒng)籌組織推進(jìn)項(xiàng)目研發(fā)。

目標(biāo)既定,就需快馬揚(yáng)鞭,風(fēng)雨兼程。為完成研制任務(wù),項(xiàng)目參研各單位挑選精兵強(qiáng)將,組建了“乏燃料運(yùn)輸容器研制”項(xiàng)目組,聚集了包括工藝、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、熱工、臨界、屏蔽、材料、焊接等多個專業(yè)領(lǐng)域優(yōu)秀人員,投入到緊張的研發(fā)工作之中。

可是,隨著研發(fā)工作不斷推進(jìn)和深入,項(xiàng)目組對任務(wù)書中組件最大平均燃耗深度 45000MWD/tU 這項(xiàng)參數(shù)有了新的思考。隨著我國核電相關(guān)技術(shù)和運(yùn)行能力的不斷提升,推行長周期換料已然成為國內(nèi)核電站努力的趨勢。而 45000MWD/tU 這個最大平均燃耗深度值是根據(jù)當(dāng)時(shí)國內(nèi)乏燃料情況設(shè)定的,從發(fā)展的角度看,是難以滿足長周期換料后乏燃料運(yùn)輸要求的。對此,項(xiàng)目組經(jīng)過認(rèn)真研究分析討論,決定將這一參數(shù)提高至55000MWD/tU。

這可不是一個簡單的數(shù)據(jù)調(diào)整,而是意味著大量的調(diào)研、分析和計(jì)算工作“。重新來過,不是簡簡單單地走老路,而是在原有型號基礎(chǔ)上進(jìn)行升級。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王慶回憶說。

45000MWD/tU 是集團(tuán)公司以任務(wù)書形式下達(dá)的,如果提出更改,意味著此前圍繞這一參數(shù)開展的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算等工作都要重新開展,項(xiàng)目組付出的大量心血都將付諸東流。不僅如此,由于運(yùn)輸容器各參數(shù)之間是相互制約的,一項(xiàng)數(shù)據(jù)的變動,還將牽動其他相關(guān)數(shù)據(jù)隨之調(diào)整。每一項(xiàng)數(shù)據(jù)的背后都是一個專業(yè)領(lǐng)域,此次將最大平均燃耗深度值提高意味著對各專業(yè)的挑戰(zhàn),而且有些專業(yè)特性是互相制約的,為一方提供了條件的同時(shí)會使另一方條件變得苛刻。況且,CNSC 乏燃料運(yùn)輸容器是國內(nèi)首臺大型商用核電站乏燃料運(yùn)輸容器,國家核安全局非常重視,將普通容器提高為高燃耗容器,國家核安全局和審評單位機(jī)械科學(xué)研究總院、核與輻射安全中心也需要進(jìn)行大量的調(diào)研和審查工作。為此,在國家核安全局的組織下審評單位與相關(guān)單位進(jìn)行了多次溝通,為在安全的前提下提高容器性能提供了保障。

讓人感到非常欣慰的是,設(shè)計(jì)人員并沒有為此影響積極性,而是圍繞新設(shè)定的參數(shù),再次計(jì)算分析,整個研發(fā)工作也沒有因?yàn)閿?shù)據(jù)的調(diào)整而陷入僵局。對此,謝亮解釋道,項(xiàng)目組的目標(biāo)很明確,就是要成功研制大型商用乏燃料運(yùn)輸容器 ,其 中 的 關(guān) 鍵 詞 之 一 就 是“ 商用”,這就要求研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品不僅要從質(zhì)量、安全的角度考慮,還需要從市場化、產(chǎn)業(yè)化的維度思考。“我們不是為了科研而科研,最終目的是為了滿足用戶的需求。如果科研成果適應(yīng)范圍狹窄,難以滿足用戶需求,即使成功了,現(xiàn)實(shí)意義也是打折扣的。”

今年 11 月,國家核安全局向工程公司正式頒發(fā)了CNSC乏燃料運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)批準(zhǔn)書,可以說這是對整個項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)敢于自我挑戰(zhàn)、自我提升精神的肯定和認(rèn)可。

時(shí)不我待 使命必達(dá)

不讓自己這一環(huán)成為核能發(fā)展制約因素

“龍舟”,從功能上說,的確如“舟”,是連接著核電站與后處理廠等之間的重要運(yùn)輸設(shè)備。但從外形看,它更像巨型的啞鈴。容器結(jié)構(gòu)看似簡單,但實(shí)際制造難度很大,有多項(xiàng)關(guān)鍵工藝技術(shù)在國內(nèi)尚屬首次應(yīng)用,沒有先例可循,需要不斷摸索與創(chuàng)新。其中,灌鉛工藝就是如此。

“龍舟”屏蔽性能是否滿足設(shè)計(jì)要求,主要取決于容器的灌鉛質(zhì)量。對于西核公司而言,灌鉛倒不是新鮮的工藝,自 1969 年公司成立以來就曾多次采用,應(yīng)該說已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)??墒沁@次“龍舟”的灌鉛難度極大,不比尋常。不僅容器灌鉛量大,需要連續(xù)作業(yè)7天以上,而且過程中容器所有部位都要保持恒溫,任何疏忽都會造成灌鉛中出現(xiàn)氣泡、縮孔縮松等缺陷而導(dǎo)致鉛層的屏蔽性能不滿足要求。即使是世界上采用灌鉛方式制造大型商用乏燃料運(yùn)輸容器的國家,也常常折戟于灌鉛這一環(huán)節(jié)。

面對困難,西核公司認(rèn)真研究確定實(shí)施方案,在以往公司灌鉛工藝經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,針對容器的特殊結(jié)構(gòu)和灌鉛技術(shù)的高要求,設(shè)計(jì)集成了熔鉛、灌鉛系統(tǒng),并制作試驗(yàn)件進(jìn)行工藝驗(yàn)證試驗(yàn),驗(yàn)證通過后于 2014 年 9 月啟動灌鉛。然而,辛勤的付出并沒有換來期待的結(jié)果。在初次屏蔽檢測抽查中,竟有約50%的檢測點(diǎn)不合格,這對西核公司的項(xiàng)目研制團(tuán)隊(duì)來說,是一個沉重的打擊。

作為集團(tuán)公司的大型非標(biāo)設(shè)備制造企業(yè),重要的科研生產(chǎn)基地,西核公司承擔(dān)并完成集團(tuán)公司的重點(diǎn)科研項(xiàng)目責(zé)無旁貸。對于西核公司來說,非標(biāo)意味著每個項(xiàng)目都是不一樣的,都需要在原有經(jīng)驗(yàn)上繼續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新,不斷創(chuàng)新、能打硬仗、勇于攻關(guān)一直是西核公司的核心價(jià)值和競爭力所在。

在哪里跌倒就在哪里爬起來。研制團(tuán)隊(duì)的成員們重新振作精神,一起認(rèn)真分析原因,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),尋找解決辦法。工程公司的容器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也常駐現(xiàn)場,與制造團(tuán)隊(duì)同吃同住,共同參與工藝方案的調(diào)整。灌鉛工藝的調(diào)整得到了國家核安全局、機(jī)械研究總院的大力支持和幫助,清原公司作為業(yè)主方也提供了全程支持。終于功夫不負(fù)有心人,最終經(jīng) γ 屏蔽檢測,3220 個監(jiān)測 點(diǎn) 結(jié) 果 全 部 合 格 。 2016 年 10月,灌鉛工藝固化專家評審會召開,經(jīng)審查確定,灌鉛工藝具備固化條件,可滿足批量化生產(chǎn)需求。今年 11 月,國家核安全局向西核公司頒發(fā)了制造許可證。讓人自豪的是,作為研制項(xiàng)目,原型樣機(jī)制造從開工到樣機(jī)制造完成僅用了 3 年時(shí)間,研制所用時(shí)間與國外有成熟制造技術(shù)的供應(yīng)商的正常制造周期相當(dāng)。

其實(shí),這種忘我工作、使命必達(dá)的精神品質(zhì),是團(tuán)隊(duì)成員共同的特征。在容器制造過程中,項(xiàng)目總指揮李曉明牽頭召開了 13 次協(xié)調(diào)會,解決遇到的相關(guān)問題,推動研發(fā)持續(xù)向前。項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師謝亮、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王慶等多次統(tǒng)籌協(xié)調(diào),與國家核安全局反復(fù)溝通,只為研制出適應(yīng)和滿足未來我國乏燃料運(yùn)輸需求的容器。因?yàn)樗麄兩钪?,成功研制大型商用乏燃料運(yùn)輸容器已經(jīng)時(shí)不我待。當(dāng)前我國正處于由核大國邁向核強(qiáng)國的關(guān)鍵時(shí)期,特別是中國核電已經(jīng)成為“走出去”的國家名片,每一項(xiàng)技術(shù)都必須掌握在自己手里,不能讓其成為我國核電強(qiáng)大和“走出去”的制約因素。

眾人拾柴火焰高?;赝哌^的八年,姚琳說,最大的收獲不僅在于參與成功研制了容器,還在于收獲了友誼。“這個項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)溫暖如家,為了共同的目標(biāo),大家互相扶持、互相幫助,工作越來越默契。”當(dāng)前,龍舟原型樣機(jī)通過驗(yàn)收,項(xiàng)目組已經(jīng)迎來勝利的曙光,后續(xù)還將繼續(xù)努力,早日實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目驗(yàn)收,實(shí)現(xiàn)龍舟批量化生產(chǎn),為我國乏燃料外運(yùn)能力提升助一臂之力。

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