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“核級鋯材國產化”是如何實現的?

2020-03-27 16:51  來源:寶雞新聞網    核電高質量發展  材料國產化  核工程與核技術

為了實現我國核級鋯材的國產化目標,2007年國家核電技術公司和寶鈦集團共同出資組建國核寶鈦鋯業股份公司,一路櫛風沐雨、披荊斬棘,如今13年過去,隨著國家電投海陽核電1號機組首次大修結束,由國核鋯業生產的三代核電核級鋯材正式入堆服役,這意味著初心實現,改寫了我國長期以來核級鋯材全部依賴進口的局面,那么——核級鋯材國產化是如何實現的?人類的文明進程體現之一的標志就是電的生產方式。核電的利用,把人類文明帶入快速發展的道路。核電...


為了實現我國核級鋯材的國產化目標,2007年國家核電技術公司和寶鈦集團共同出資組建國核寶鈦鋯業股份公司,一路櫛風沐雨、披荊斬棘,如今13年過去,隨著國家電投海陽核電1號機組首次大修結束,由國核鋯業生產的三代核電核級鋯材正式入堆服役,這意味著“初心”實現,改寫了我國長期以來核級鋯材全部依賴進口的局面,那么——

“核級鋯材國產化”是如何實現的?

人類的文明進程體現之一的標志就是電的生產方式。核電的利用,把人類文明帶入快速發展的道路。

核電廠的燃料為鈾,用鈾制成的核燃料在一種叫做“反應堆”的裝置內發生裂變而產生大量熱能,高壓水把熱能帶出,在蒸氣發生器內產生蒸氣推動汽輪機發電。鈾就裝在核反應堆內的包殼管中,而制造這個包殼管的材料是一種特殊的金屬——鋯。

核級鋯材能把放射性物質完全密封在燃料棒內,防止放射性物質泄漏,構成核安全中至關重要的第一道屏障,是核電站反應堆運行中的關鍵結構材料。我國自上世紀70年代發展核電至今,核電站所必需的核級鋯材尚依賴進口,成為制約我國核電規模化、自主化發展的重要“瓶頸”之一。

2007年國家核電技術公司和寶鈦集團共同出資組建國核寶鈦鋯業股份公司,受讓三代核電AP1000用核級鋯合金生產加工技術,實現核級鋯材的國產化、自主化提到日程上來。那么國核鋯業在引進、消化、吸收、再創新的路上是如何“過關斬將”的?記者近日走進該公司采訪其研發團隊。

“糧草先行”的勇氣

按照當時AP1000核電站示范工程的進度要求,自國核鋯業一成立,面臨的第一個挑戰便是要在2012年底建成生產線,完成合格性鑒定,為核燃料元件廠提供首批核用鋯材,這就是所謂的“后墻不倒”。

一個新企業,人要招聘,招來的人還要立馬干活,團隊建設、消化技轉資料、建廠房和實驗室、定設備、人員培訓、做實驗……這一系列程序,不是一環扣一環,而是面臨一環疊一環的嚴峻考驗。

在技術轉讓資料還未釋放時,廠房建設、設備引進就得“糧草先行”。2009年元月,離2012年底僅有3年時間,換言之,要在這個時間節點內建成占地近20萬平方米的現代化廠區,完成數百臺套設備的定購、安裝和所有工序生產線的建設,建立滿足核安全法規的質保體系,并在新建生產線上打通從核級海綿鋯制備到成品管、棒、帶材的全流程工藝及檢驗檢測技術,最終生產出合格的核級鋯材……其難度在于:一切從零開始,和所有自力更生一樣的情景出現了,外方專家說:“這,不可能!”

就國內的工業基礎,一個合格材料的研制,需要完備的工業基礎支撐,要想開發成功,我們必須靠獨立開發才能保證技術落地。比如大量的熱加工工序和工藝細節,直接照搬到我們的設備上,由于“支撐力”不夠,很難“一氣呵成”。再比如,海綿鋯制備過程中產生的廢水,外方得益于得天獨厚的自然環境,采用直排加天然蒸發的方式就可以解決,但在我們這里就必須開發廢液的處理技術。

尤其是熔煉合金的技術,有可借鑒的地方,但對熔煉鋯合金而言,得另辟蹊徑,甚至是打破原來的思維定勢,建立一套新的工藝邏輯,這種破立之間的探索,極其考驗一個團隊的創新能力。

好在這是一個“老兵強,新兵勇”的團隊,20%的“老兵”以清晰的作戰思路,撥云見日的運籌能力,打開局面,且大量從高校招來的畢業生,在短短幾年時間里,接受了“高營養”的知識訓練和實戰作戰,培養了迎面挑戰、勇于擔當的品質。

宏愿的完成一定喚醒了人沉睡的力量。沒有技轉資料,就從翻譯合同開始,從解讀別人去西屋回來寫的考察報告開始;設計圖紙出不來,就派工程部的人蹲守設計院,不給圖紙就不走;文件還沒看到,就開始設備的選型,一家家的設備廠家進行考察和調研。熔煉技術不懂,就請寶鈦的技術人員,弄明白電弧爐熔煉、熱加工的具體工藝。

“橘生淮北”的探索

當2009年外方技轉資料釋放時,國核鋯業先后有二百多人次到美國接受培訓。在異國他鄉,這批中國人的學習熱情讓洋老師們很吃驚。“我們四人組成的培訓學習小組,每天白天接受一天的技術培訓和現場參觀,晚上探討和仔細推敲學習內容,一邊及時發現問題,一邊整理知識點,形成學習日志,不論多晚都發回國內,經常大家的討論延伸到后半夜,那時候時差、思鄉之情煎熬著人,但都不能抵消我們學習的熱情!”一位參加培訓的同志回憶道。

通過學習開拓了大家的視野:精確操作,盡量減少操作過程中的人為因素……這些讓國核鋯業人領悟頗深。據不完全統計,在消化吸收短短不到半年時間,國核鋯業建立了700多份管理文件,初步搭建起質量管理文件體系,其中38份文件是中英文對照,這讓外方專家直呼“了不起!”

整個團隊成員從20多歲到40多歲,都為“消化吸收”這個目標努力學習和實踐,海綿般的吸附能力,只為“他山之石可以攻玉”。

“無中生有”的實踐

2009年10月24日這個日子值得記錄:國核鋯業成功研制了¢280mm,重300公斤鋯合金鑄錠,這是目前一種具有國際領先水平的新型先進核級鋯合金金,具備優良機械加工性能和核性能,是第三代核電AP1000核反應堆燃料組件的關鍵結構材料。在研制出它之前,有關它的現成資料少之又少,那國核鋯業人是怎么“無中生有”的?

沒有生產工藝,就查資料找文獻,開動大腦生成試制方案。沒有材料破碎機,就全員動起來,用手將金屬一一弄碎,金屬屑把人手扎的滿是劃痕。沒有熔煉爐,就去西安借,第一個錠子做出來了,但鈦的含量高,只能自己清洗爐膛……

第一個核級新型鋯合金鑄錠的試制成功,標志著我國依靠自有技術和能力,攻克了相關關鍵技術,為工業化生產核級鋯材奠定了良好基礎。

構建體系的氣魄

據公司科研和創新部負責人高博介紹,引進消化吸收美國技術,要靠一套嚴密的能力保證技術落地,但改變依賴進口的局面,則是要穩健而深切地建立一套質量保證體系,才能最終完成自主化,建設AP1000世界首推最核心的就是建造一睹核電安全之“墻”,這其中要旨是建立一套完整可靠的質量保證體系。

2011年5月,按照核安全法規要求,國核鋯業以HAF003《核電廠質量保證安全規定》及其相關依據,建立了HAF003質量保證體系。在稀有金屬加工行業建立這套體系,在國內是“拓荒之舉”,公司的質保人員過去根本沒有接觸過HAF003法規,也找不到專家來幫助。

質量保證體系不能通過,生產線建起來也得不到認可,合格性鑒定就通不過,如此這些設備就派不上用場,國家投資那么大,就等于打水漂,這對國核人意味著巨大壓力。所以構建體系是一座必須“跨過去的大山”。

當時質保體系專項組迅速成立,人員都是從各個分廠、各個部門抽調出來新進廠一兩年的大學生,只能邊學邊干。首先是學習理解,建程序文件。畢業于西安交通大學的張軍被抽調過來編寫程序,“對照HAF003,邊學邊干邊摸索,反復重來無數回,當時我們光牽涉到現場實際操作的程序就有四五百份,坯料廠有二百多份,管材廠一百多份,合金廠一百多份。”

編寫程序完成,再請外方專家來審核。他們要求質保體系必須和實際運行結合起來,否則質保體系文件就是一紙空文。于是編寫質保團隊就去分廠、各部門銜接,從各部門之間如何對接運行,如何環環相扣進行深入細致了解。了解完后,結合實際運行情況,結合法規要求改寫程序,一遍遍的修改完善,時常干到凌晨兩三點。

2011年12月,外方專家給國家核電寫信,在信里對國核鋯業的質保體系及運行情況十分擔憂,但短短的五個月過去,2012年5月,他們重新寫信給國家核電,對國核鋯業的質量工作給予高度評價。

2017年4月30日,國核鋯業完成海陽核電站首爐換料用AP1000核級鋯合金管棒材合同生產、檢驗工作。2018年1月,國核鋯業圓滿完成了海陽核電項目首爐換料的產品驗收與交付,海陽核電站本次大修,國產化AP1000核級鋯材正式入堆,標志著核級鋯材國產化歷程邁出了堅實一步。

國核鋯業黨委書記、董事長王成立表示,現在,海陽核電C103、C203換料用核級鋯材正在如火如荼的生產當中,未來企業將積極開拓創新,不斷推進核級鋯材國產化、自主化進程,為更多堆型、更多合金牌號核電站提供質量優秀的國產核級鋯材,向成為世界一流鋯材服務商目標邁進,為早日實現“核電強國夢”奠定堅實基礎。



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