2021年12月01日   星期三欢迎来到中国核能行业协会官网
当前位置:
专题策划
见证——高温堆进行时丨高温气冷堆示范工程,加“铀”!——华能高温气冷堆核电站示范工程装料纪实
时间:2021年10月08日 来源:《中国核能》 作者:潘鲁汉 点击量:795 分享:

1633656472648572.png

“开始装料!”8月21日,随着总指挥一声令下,华能高温气冷堆核电站示范工程燃料元件开始装入1号反应堆,各项指标正常。高温堆示范工程成功启动首堆首次装料,正式进入带核运行状态,向着年内并网发电目标迈出了至关重要的一大步。这是我国先进核电技术自主创新取得新胜利的一步,也是华能高温堆示范工程实现从建造到运行历史性跨越的一步。这一步,我们走得艰难而又无比坚定。

小小燃料球,凝聚核心科技

高温气冷堆球形燃料元件直径约60mm,由超高纯度的石墨组成。石墨中密布约1.2万个微小的TRISO包覆颗粒全陶瓷球形燃料颗粒,每个小颗粒直径不到1mm,由热解碳层、碳化硅层等多层包覆,保护着二氧化铀燃料核芯。这种层层包覆的技术和工艺,可使燃料球内的放射性物质无论如何都不会伤害公众健康,是高温气冷堆固有安全性的重要基础。其制造技术被称作“花钱买不来的”关键核心技术,由清华大学核能与新能源技术研究院研发,中核北方核燃料元件有限公司生产制造。

球形燃料元件的研发始于上世纪70年代,经过几十年几代人的接续奋斗,经历了从基础研究到概念设计、原理设计、工艺定型和辐照试验等从无到有的研发过程,从年产1万个球形燃料元件的实验生产线到建成年产30万个的世界上规模最大的球形燃料元件生产线,并取得了重大突破性进展。高温气冷堆球形燃料元件在欧洲先后通过堆内辐照考验和模拟事故极限温度考验,5个样品6万个包覆燃料颗粒无一破损,优于世界同类试验结果。高温气冷堆重大专项总设计师、清华大学核研院院长张作义说:“这一试验结果表明,拥有中国完整自主知识产权的燃料元件从技术到工艺都是成功的,标志着中国高温气冷堆核电站项目取得重要进展。”

一条生产线,浸透奋斗汗水

高温气冷堆核燃料元件生产线于2013年3月在中核北方核燃料元件有限公司正式开建;2015年4月,生产线进入调试生产阶段;2016年3月,生产线投料;2016年8月,生产线正式生产;2017年7月17日,第20万个工业化球形核燃料元件成功下线,标志着这条生产线完全打通,达产达标。

“这意味着我国拥有完全自主知识产权的四代堆型的核燃料元件生产线已经进入稳定的规模化生产阶段,也意味着从实验线转换成工业化生产这条技术路线被完全打通,标志着我国高温气冷堆燃料元件制造水平已走在了世界的前列。”中核北方副总经理张杰当时在接受媒体采访时总结道。

在国家科技重大专项领导小组的领导下,中国华能组织清华大学、中核北方在清华大学燃料元件实验生产线的基础上,建设年生产能力为30万个球形燃料元件的生产线,新增化工转化、核芯制备、包覆燃料颗粒制备、石墨基体粉制造、球形燃料元件制造和返料回收设备共606台套,合力攻关解决了溶胶凝胶法制备UO2核芯、核芯焙烧还原烧结批量制备等包覆燃料颗粒及球形燃料元件批量制造中的工程化关键技术难点,实现了设备工程化放大后的工艺精准、稳定控制。2018年,又对设备进行了共计280项的工程化改造,完成了烧结炉自动上下料装置系统、压制线全自动生产线装置系统等7个工艺共计18台套设备化系统的研发,实现生产线自动连续生产,提升了高温气冷堆球形燃料元件制造批量化、规模化技术水平,完善了球形燃料元件制造的工程化能力,为高温堆示范工程的顺利实施和稳定运行提供坚实的核心技术保障。

一个大系统,集聚创新众智

燃料装卸系统是球床式高温气冷堆核电站特有的专用设施,主要用来进行初始堆芯装料及过渡循环、正常运行装卸料以及特殊情况下的堆芯排空及重新装料,是实现反应堆“不停堆换料”的核心系统,在维持堆芯剩余反应性、平衡堆芯内燃料表面温度场分布等方面发挥着重要作用,其运行可靠性是反应堆可利用率的重要保证。它由装卸料装置、定向转换装置、检调定位装置、过球检测系统等11类60余种近千台/件设备组成,是个名副其实的“大系统”。

1633656508736018.png

由于高温堆示范工程的“世界首堆”特性,燃料装卸系统多数核心设备都是世界首创的非标设备,为研制好这个核心系统,中国华能作为产业链“链主”,组织项目攻关团队打响了一场汇聚众智的攻坚战。设计单位清华大学核研院对燃料装卸系统中所有类型的非标设备及部件都进行了样机研发,开展了燃料装卸试验装置(TF-FHS)和燃料装卸工程试验装置(ETF-FHS)两个综合性台架的冷态和热态工程试验,其中,冷态试验( 含样机的单机与联机试验 )累计运行球40多万次,热态运行连续无故障500小时超过10万球次,验证了系统工艺、流程、控制逻辑、设备与部件、安装布置的可运行性。核心设备制造单位宝鸡泰华磁机电技术研究所与清华大学、东方电气等设计、制造团队精诚合作,成功解决了燃料输送转换设备和卸料装置大锻件箱体密封面堆焊和精密加工、磁力传动机构在高温高压工作状态下的密封传动、无油润滑、隔离和精准运动控制等重大制造技术难题,突破了设备制造的技术瓶颈。业主单位华能石岛湾核电精心组织开展系统调试工作,提前发现碎球分离装置等输送转换类设备卡球故障等问题,历时1年,组织首次研发、改造燃耗测量定位分配器等系统设备近200台/件,攻克球形燃料元件在长距离复杂管路条件下的气力输送、燃料元件与流道设备兼容性等行业难题,又历经10个月组织实施26项系统调试试验,顺利完成燃料装卸系统调试阶段所有试验项目,成功验证了我国首次设计研发、具有完全自主知识产权的燃料装卸系统具备长时间连续运行的能力。更重要的是,在该系统调试过程中,中国华能培养了一批具有专业技术能力的调试人员。他们不仅掌握系统运行与调试方法,还对系统内特有设备的工作原理、构造有着更深入的了解,经历了调试期间故障及缺陷的处理过程。他们增强了对系统的理解及缺陷分析能力,为日后燃料装卸系统的可靠运行积累了宝贵经验。

1633656532877607.png

高温气冷堆球形燃料元件和燃料装卸系统研制只是高温堆示范工程近9年攻坚路上的一个缩影。在国家科技重大专项领导小组的领导下,中国华能坚决扛起使命责任,把示范工程建设作为重大政治任务和自主创新的“头号工程”,与清华大学、中核集团、科研院所等单位组建体系化、任务型创新联合体,深入开展“党建引领、聚力攻坚”专项行动,克服了难以想象的困难,攻克了一系列世界性、行业性“卡脖子”关键技术,完成了一大批原创型、创新型技术的工程转化验证,形成了一整套重大专项科技创新实施机制与管理经验,培养出众多核电创新人才,以强烈的责任担当铸就“大国重器”,为巩固我国第四代先进核能技术领先地位、推动高水平科技自立自强贡献“华能力量”。

(作者单位:华能山东石岛湾核电有限公司)


你知道你的Internet Explorer是过时了吗?

为了得到我们网站最好的体验效果,我们建议您升级到最新版本的Internet Explorer或选择另一个web浏览器.一个列表最流行的web浏览器在下面可以找到.