記高溫氣冷堆燃料元件生產(chǎn)線工藝研究青年突擊隊

    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（簡稱中核北方）歷時3年建設(shè)的國家重大科技專項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，沒有任何實例可供參考，所有的經(jīng)驗、技術(shù)支持都來自于清華大學(xué)的實驗線。但實驗線和工業(yè)線有著一定的區(qū)別。實驗室設(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)不是簡單的幾何放大，而是牽一發(fā)動全身的過程。

　　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)隊伍——我國高溫氣冷堆元件科研的先鋒隊。

　　“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，中核北方公司開展了“大干100天，確保高溫氣冷堆元件生產(chǎn)線全線打通”專項勞動競賽，并在主工藝車間成立了“高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線工藝研究青年突擊隊”，隊員平均年齡只有29歲。

　　“青年突擊隊”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三個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”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，他們不僅僅局限于掌握設(shè)計表面的操作，還主動鉆研設(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，在沒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)定性對于制備二氧化鈾核心顆粒至關(guān)重要。在清華大學(xué)的實驗線，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)臨界安全問題，而且設(shè)備“晃動太大”。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。這是國內(nèi)首次使用臥式溶解槽。

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

　　2015年5月23日凌晨兩點，高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線核芯制備車間分散工序的人員，擠滿了狹小的空間，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、降落，現(xiàn)場爆發(fā)出一陣歡呼，每個人臉上都露出了喜悅的笑容。

　　包覆顆粒制備調(diào)試小組是隊里平均年齡最小的一支隊伍，但工作量卻是三個組中最大的。所有人員幾乎沒有休息日，他們不停地修訂工藝參數(shù)、調(diào)試設(shè)備并形成驗收報告。

　　調(diào)試初期，發(fā)現(xiàn)包覆過程中包覆爐爐壓達(dá)不到需求值，且不能調(diào)節(jié)。“達(dá)不到工藝要求，就無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。”青年突擊隊成員張云介紹，“我們就與清華大學(xué)、設(shè)計院、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)，在嘗試了多個解決方案后，決定改水噴射機組為水環(huán)真空泵。但這個風(fēng)險很大，行不行我們心里都沒底。”他們最擔(dān)心的就是怕顛覆，如果不行，時間節(jié)點就很難保障了。為了這次成功，他們做了大量試驗，最終滿足了工藝要求。

　　為了“工藝品”的誕生

　　燃料球制備車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，芯球開裂、壓碎強度不夠都是最艱難的攻堅目標(biāo)。”青年突擊隊成員、準(zhǔn)備車間主任田久程介紹到。沒有別的辦法，只能通過對設(shè)備不斷調(diào)試，掌握設(shè)備的性能及操作要領(lǐng)，開展工藝試驗，為球形燃料元件壓制成形摸索工藝參數(shù)。就這樣，在突擊隊成員的帶動和燃料球車間人員的共同努力下，解決了久攻不下的兩個難題，工藝試驗順利完成，在較短時間內(nèi)使生產(chǎn)線達(dá)到了設(shè)計生產(chǎn)能力。

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

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

　　壓制線自動化改造完成后，定位快、操作精準(zhǔn)、傳遞快速、出錯率低，一個操作人員即可完成一條壓制線的壓制過程，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)控車床自動化改造解決了人工搬放料盤次數(shù)較多，手動上料耗時長、效率低、自動化程度低等問題，改造后機器人自動抓球、球坯，自動成像檢測，自動擺放17層空料盤……從而實現(xiàn)了車削崗位上料、加工、出料、粉塵收集等的全自動化操作。

　　高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線上的青年突擊隊成員們在生產(chǎn)線建設(shè)過程中發(fā)揮了重要作用，展現(xiàn)了共青團員敢打硬仗、能打硬仗、不畏艱難、樂于奉獻(xiàn)的優(yōu)良品質(zhì)。如今，80后、90后的他們成為了推動全球首條高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線順利運行的中流砥柱。

　　“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，上手特別快。未來在工程應(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。他們有這個能力！”清華大學(xué)老師郝少昌這樣評價這支青年突擊隊。（林麗圓）