記高溫氣冷堆燃料元件生產(chǎn)線工藝研究青年突擊隊(duì)

    2016年3月27日，隨著第一罐U3O8粉末投入溶解槽，中核北方核燃料元件有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中核北方）歷時(shí)3年建設(shè)的國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)高溫氣冷堆示范核電站的配套工程——全球首條工業(yè)規(guī)模高溫氣冷堆燃料元件生產(chǎn)線正式投料生產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)真正邁上了生產(chǎn)核燃料元件的領(lǐng)先之路。

　　高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線建成投產(chǎn)，不僅確保了示范電站首爐及后續(xù)的換料，更推進(jìn)高溫氣冷堆向商業(yè)化邁出了關(guān)鍵的一步。

　　作為世界首條生產(chǎn)線，沒(méi)有任何實(shí)例可供參考，所有的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)支持都來(lái)自于清華大學(xué)的實(shí)驗(yàn)線。但實(shí)驗(yàn)線和工業(yè)線有著一定的區(qū)別。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備能力小，有些環(huán)節(jié)甚至是在燒杯中完成。工業(yè)化生產(chǎn)線建設(shè)不是簡(jiǎn)單的幾何放大，而是牽一發(fā)動(dòng)全身的過(guò)程。

　　而伴隨著世界首條高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線的建設(shè)，也成就和鍛煉了一批年輕技術(shù)隊(duì)伍——我國(guó)高溫氣冷堆元件科研的先鋒隊(duì)。

　　“小師傅當(dāng)家”

　　2015年5月12日，為打通高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線，中核北方公司開(kāi)展了“大干100天，確保高溫氣冷堆元件生產(chǎn)線全線打通”專(zhuān)項(xiàng)勞動(dòng)競(jìng)賽，并在主工藝車(chē)間成立了“高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線工藝研究青年突擊隊(duì)”，隊(duì)員平均年齡只有29歲。

　　“青年突擊隊(duì)”被分成核芯制備調(diào)試、包覆顆粒制備調(diào)試、球形燃料元件工藝試驗(yàn)三個(gè)小組活躍在主工藝生產(chǎn)線上。

　　“小師傅當(dāng)家”是中核北方高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線特有的“現(xiàn)象。“青年突擊隊(duì)”中很多都是剛畢業(yè)幾年的大學(xué)生，他們雖然年輕，但卻發(fā)揮著重要作用。在現(xiàn)場(chǎng)，他們不僅僅局限于掌握設(shè)計(jì)表面的操作，還主動(dòng)鉆研設(shè)備程序，深入研究設(shè)備結(jié)構(gòu)原理。一些常規(guī)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，在沒(méi)有維修人員的情況下，他們能成功解決，確保生產(chǎn)流暢。

　　溶膠凝膠工藝是球形核燃料元件生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，溶解槽作為關(guān)鍵設(shè)備，它的穩(wěn)定性對(duì)于制備二氧化鈾核心顆粒至關(guān)重要。在清華大學(xué)的實(shí)驗(yàn)線，溶解槽采用的是立式的，但球形核燃料的鈾含量富集度較高，工業(yè)化大批量生產(chǎn)若還采用立式溶解槽，就可能出現(xiàn)臨界安全問(wèn)題，而且設(shè)備“晃動(dòng)太大”。與各方幾經(jīng)研究討論后，中核北方?jīng)Q定采用臥式溶解槽。這是國(guó)內(nèi)首次使用臥式溶解槽。

　　設(shè)備改變了，隨之而來(lái)的，溶解工藝也要改變，所有實(shí)驗(yàn)辛苦得來(lái)的數(shù)據(jù)、技術(shù)路線都不能采用，還得重新來(lái)過(guò)。“負(fù)壓溶解改為微正壓溶解，相當(dāng)于一個(gè)逆轉(zhuǎn)的過(guò)程，太難了。”突擊隊(duì)成員王泊寧說(shuō)道。溶解溫度要提高，改造煮膠柱設(shè)備，解決預(yù)陳化槽積料問(wèn)題……一系列問(wèn)題等著解決。“當(dāng)時(shí)就有人勸我們，如果不行就趕緊換回立式的，雖然難用但是有經(jīng)驗(yàn)。臥式的沒(méi)人用過(guò)，風(fēng)險(xiǎn)太大。我們差點(diǎn)就放棄了。”王泊寧介紹到，“但我們還是堅(jiān)持了下來(lái)，做了大量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了多次改進(jìn)，最終我們成功了。”

　　2015年5月23日凌晨?jī)牲c(diǎn)，高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線核芯制備車(chē)間分散工序的人員，擠滿(mǎn)了狹小的空間，大家都在等待即將出爐的球形核燃料元件的第一批中間產(chǎn)品——直徑約0.9毫米的凝膠球。當(dāng)看著一顆顆晶瑩剔透的凝膠球在分散柱內(nèi)生成，在氨水中不斷凝實(shí)、降落，現(xiàn)場(chǎng)爆發(fā)出一陣歡呼，每個(gè)人臉上都露出了喜悅的笑容。

　　包覆顆粒制備調(diào)試小組是隊(duì)里平均年齡最小的一支隊(duì)伍，但工作量卻是三個(gè)組中最大的。所有人員幾乎沒(méi)有休息日，他們不停地修訂工藝參數(shù)、調(diào)試設(shè)備并形成驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

　　調(diào)試初期，發(fā)現(xiàn)包覆過(guò)程中包覆爐爐壓達(dá)不到需求值，且不能調(diào)節(jié)。“達(dá)不到工藝要求，就無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量。”青年突擊隊(duì)成員張?jiān)平榻B，“我們就與清華大學(xué)、設(shè)計(jì)院、設(shè)備廠家坐到一起，討論，調(diào)試，改進(jìn)；再調(diào)試，再改進(jìn)，在嘗試了多個(gè)解決方案后，決定改水噴射機(jī)組為水環(huán)真空泵。但這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)很大，行不行我們心里都沒(méi)底。”他們最擔(dān)心的就是怕顛覆，如果不行，時(shí)間節(jié)點(diǎn)就很難保障了。為了這次成功，他們做了大量試驗(yàn)，最終滿(mǎn)足了工藝要求。

　　為了“工藝品”的誕生

　　燃料球制備車(chē)間壓制工藝作為高溫氣冷堆球形燃料元件制備的重要工藝環(huán)節(jié)，直接影響元件球的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能。“調(diào)試最初，芯球開(kāi)裂、壓碎強(qiáng)度不夠都是最艱難的攻堅(jiān)目標(biāo)。”青年突擊隊(duì)成員、準(zhǔn)備車(chē)間主任田久程介紹到。沒(méi)有別的辦法，只能通過(guò)對(duì)設(shè)備不斷調(diào)試，掌握設(shè)備的性能及操作要領(lǐng)，開(kāi)展工藝試驗(yàn)，為球形燃料元件壓制成形摸索工藝參數(shù)。就這樣，在突擊隊(duì)成員的帶動(dòng)和燃料球車(chē)間人員的共同努力下，解決了久攻不下的兩個(gè)難題，工藝試驗(yàn)順利完成，在較短時(shí)間內(nèi)使生產(chǎn)線達(dá)到了設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。

　　“每一個(gè)環(huán)節(jié)都特別精細(xì)，感覺(jué)不是做工業(yè)品，而是工藝品。”高溫氣冷堆核燃料元件廠廠長(zhǎng)助理鄭越說(shuō)，“為了工藝品的誕生，大家沒(méi)有周末休息時(shí)間，除了吃飯睡覺(jué)，將全都精力都放在了工作上。”

　　在打通生產(chǎn)線的過(guò)程中，高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線還開(kāi)展了生產(chǎn)線自動(dòng)化改造工作，成立了以鄭越為領(lǐng)軍的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，對(duì)生產(chǎn)線開(kāi)展了全面的自動(dòng)化改造。最為顯著的是壓制線自動(dòng)化改造和雙主軸數(shù)控車(chē)床傳輸線上料系統(tǒng)自動(dòng)化改造。

　　壓制線自動(dòng)化改造完成后，定位快、操作精準(zhǔn)、傳遞快速、出錯(cuò)率低，一個(gè)操作人員即可完成一條壓制線的壓制過(guò)程，并且能在不增加班次的情況下完成1500球/天的生產(chǎn)任務(wù)。數(shù)控車(chē)床自動(dòng)化改造解決了人工搬放料盤(pán)次數(shù)較多，手動(dòng)上料耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，改造后機(jī)器人自動(dòng)抓球、球坯，自動(dòng)成像檢測(cè)，自動(dòng)擺放17層空料盤(pán)……從而實(shí)現(xiàn)了車(chē)削崗位上料、加工、出料、粉塵收集等的全自動(dòng)化操作。

　　高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線上的青年突擊隊(duì)成員們?cè)谏a(chǎn)線建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，展現(xiàn)了共青團(tuán)員敢打硬仗、能打硬仗、不畏艱難、樂(lè)于奉獻(xiàn)的優(yōu)良品質(zhì)。如今，80后、90后的他們成為了推動(dòng)全球首條高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線順利運(yùn)行的中流砥柱。

　　“從安裝調(diào)試到試生產(chǎn)，再到投料，工藝學(xué)習(xí)速度特別快，消化吸收能力特別強(qiáng)，上手特別快。未來(lái)在工程應(yīng)用和規(guī)?；a(chǎn)方面，中核北方工程技術(shù)人員完全可以做得更好。他們有這個(gè)能力！”清華大學(xué)老師郝少昌這樣評(píng)價(jià)這支青年突擊隊(duì)。（林麗圓）