解码核电能量之源!——探秘中国最大的压水堆核燃料元件制造基地

2021-09-26 14:15    压水堆  核燃料  华龙一号

宜宾,地处云贵川三省接合部,素有“万里长江第一城·中国酒都·中华竹都”的美誉。提起宜宾,绝大多数人都会将其与五粮液或燃面联想在一起,然而不为人所熟知的是,国内最大的压水堆核电燃料元件生产基地——中核建中核燃料元件有限公司(以下简称“中核建中”)也坐落于此。


宜宾,地处云贵川三省接合部,素有“万里长江第一城·中国酒都·中华竹都”的美誉。提起宜宾,绝大多数人都会将其与五粮液或燃面联想在一起,然而不为人所熟知的是,国内最大的压水堆核电燃料元件生产基地——中核建中核燃料元件有限公司(以下简称“中核建中”)也坐落于此。据了解,中核建中始建于1965年,以核电燃料元件制造为主导产业,现如今已成为中核集团下属国有大型骨干企业、国家重点核科研生产基地。近日,在2021年全国科普日核科普联合行动中,记者走进中核建中,实地探秘核电燃料元件的生产现场。

“可满足30多座百万千瓦级压水堆核电站换料需求”

核燃料是在核反应堆中通过可控的核裂变产生能量的材料,其中铀-235是主要的可裂变核素。一千克铀-235全部裂变产生的能量大约相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量。

而在核燃料循环完整的工业体系链条中,核燃料元件则是连接铀矿产资源与核电开发的关键环节,只有将铀矿产资源经过多个环节制造成燃料元件才能在核电站使用。因此,核燃料元件可以说是核反应堆的核心,也是核电的能量之源,其运行情况直接关系到核电站的安全性和经济性。

“核燃料组件一般由燃料棒、上下管座、定位格架以及导向管等组成,核燃料组件的制造具有相当苛刻的技术要求,可以说生产核燃料组件的能力和质量保障着核电又好又快又安全的发展。”中核建中总工程师彭海青介绍说。

彭海青同时表示:“目前中核建中建有两条年产400吨铀的生产线,可生产12英尺及14英尺的燃料组件。另外建有一条单独的VVER燃料棒及燃料组件生产线,可生产六角形燃料组件。同时,中核建中还建有一条单独的含钆燃料棒生产线,可以满足高燃耗、长循环、高性能核燃料组件生产需要。目前中核建中压水堆核燃料原件生产能力达到了年产800吨铀,可以满足30多座百万千瓦级压水堆核电站的换料需求。”

从“国之光荣”到“华龙一号”

据介绍,核燃料组件的制造工艺一般包括化工转化、芯块制造、零部件加工、燃料棒制造及组件组装等工序。在参观的过程中记者注意到,分布在不同车间的多条生产线,根据制造工艺以及核燃料组件类型的差异将核燃料组件的制造过程进行了细致的划分,形成了流水作业。

如中核建中三车间的2130管座生产线就是我国具有完全自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”核燃料元件所需零部件的生产场地。据了解,该生产线采用柔性化,自动化的加工、焊接和检验方式,应用数字化生产系统和智能化立体仓储系统。目前已初步建立了数字化车间的雏形和二十四小时无人值守式的机加工模式。

中核建中八车间则是核燃料元件生产线的主体厂房,从设计理念到工程建设融入了当前世界核燃料元件产业发展的最新成果。该车间的全自动燃料棒生产线自动化、信息化更是处于世界领先水平,运行稳定高效,自投产以来,生产高质量燃料棒80余万支。

而在参观至四车间时记者注意到,里面的设施相比其他车间可能略显得有些“陈旧”。

“可不要小瞧了这些生产线,这里可是我国第一座核电站——秦山核电站使用的300兆瓦燃料元件的诞生地。”中核建中四车间主任叶畹义介绍说,“从上世纪80年代的‘728’工程建设,到为大亚湾核电站制造大型核电燃料元件的生产线改造,以及从AFA2G百万千瓦级核电燃料元件,升级到AFA3G高燃耗核电燃料元件,一步步走来,这里铭记了我国核电燃料元件光辉的发展历程。”

叶畹义同时表示,2016年以来,迎着三代核电技术大开发及自主化的潮流,四车间又先后完成了“华龙一号”CF系列燃料元件各阶段的研制工作,如今在这里完成制造的首炉CF2燃料元件已在“华龙一号”海外首堆卡拉奇核电站顺利运行发电,前不久,同样在这里完成了首批换料CF3燃料元件制造任务。

“华龙一号”燃料元件的成功制造,可以说为这座生产高质量元件的老厂房的历史又增添了一笔荣光。从“国之光荣”的秦山核电到如今走向海外的“华龙一号”,中核建中核燃料组件生产型号的不断更新、丰富,也映射了我国核电产业从无到有,由弱到强的发展历程。

资料显示,中核建中自1990年成功地为秦山一期核电站供给了300兆瓦首炉燃料元件,为国内外核电站提供了20000余组优质的核燃料元件,保障了国内外核电站安全可靠运行,先后掌握了法国引进的AFA系列、俄罗斯引进的TVS-2M系列,以及我国自主知识产权的“华龙一号”CF系列燃料元件制造技术。

打通核燃料运输“最后一公里”

在中核建中的厂区内记者发现,除了高大规整的厂房以及随处可见的绿意外,在厂区内的一角,还有一条条铁轨延伸向远方。据介绍,这些铁轨是核燃料的铁路专用线,承担着将核燃料元件运往核电站的重任。

在铁路专用线旁的一座厂房内记者注意到,核燃料元件制造的完成并不代表着工作的结束,在这里,中核建中的工作人员需经过多道工序,将核燃料元件精准的放入专业的容器内,最后再将这些装有核燃料元件的容器吊装至火车车厢内发往目的地。“运输可以说是非常重要的一个环节,其直接关系到燃料元件的安全和质量。”中核建中核燃料运输部主任王宏伟表示。

在参观核燃料元件“装车”的过程中,工作人员手中一个具有透明外壳的圆柱体仪器引起了记者的注意。“这是加速度计,只要受到外界的撞击,里面的指针会自动跳转为红色。”王宏伟介绍说,“燃料元件的‘最后一公里’非常关键,在吊装、转运、装卸等过程中,将由加速度计全程进行监控,如果加速度计超标了,那么燃料元件就有可能会受到影响,用户就有可能拒收我们的产品。”

据了解,中核建中从1987年开始研究核燃料元件运输方案,并于1990年取得运输批复,经过不断完善,现已具备CF、AFA3G、TVS-2M等各类型燃料组件、相关组件、模拟组件和原材料等核产品公路、铁路、海运全方式运输的能力,每年运输近2500组燃料组件。2019年9月,中核建中核燃料运输部还采用铁路运输的方式,为“华龙一号”全球首堆示范工程福清核电5号机组运送了第一批“华龙之芯”。

无论是在核燃料元件的制造还是运输环节,中核建中均以做强做优核燃料元件产业为己任,以“成为国家安全和能源安全的赋能者”为宗旨,不仅为“华龙一号”“走出去”提供了坚强支撑,更为国内大量现役和在建机组提供了来自核燃料方面的保障,对能源供应安全具有重要的战略意义。展望“十四五”,中核建中将在“强核报国、创新奉献”的新时代核工业精神的感召下,全面践行中核集团“强核强国、造福人类”的企业使命和“责任、安全、创新、协同”的企业核心价值观,为国民经济发展作出新的贡献。



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