中核北方:四代堆型核燃料元件批量生产

7月17日，中核集团中核北方核燃料元件有限公司（简称“中核北方”）高温气冷堆核燃料元件生产线第20万个球形燃料元件顺利下线，这标志着我国高温气冷堆核燃料元件制造实现了从实验线到工业生产线的直接转化，同时也标志着我国高温气冷堆核燃料元件制造水平已走在世界前列，对于推进高温气冷堆核电技术商业化和“走出去”具有重要意义。

“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，也意味着从清华大学实验线首次直接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介绍说。

“全球首条”生产线的中国速度

高温气冷堆是目前世界上最安全的核反应堆型之一，高质量的燃料元件是高温气冷堆安全运行的可靠保障。2013年3月，全球首条工业规模高温气冷堆核燃料元件生产线在中核北式开建。该生产线是国家重大科技专项———高温气冷堆核电站示范工程的重要配套项目，这也意味着，高温气冷堆投产时，中核北方必须拿出首炉燃料元件。

为了满足石岛湾高温气冷堆的建造进度，就必须严格把控土建、安装、调试、生产等各个时间节点。绝对不能让燃料元件成为高温气冷堆投产的制约。一般来说，从实验线转化成规模化生产，需要经历中试阶段，而这条生产线直接依托清华大学实验线就进入工业化生产阶段。

“建设、调试、生产无成熟可借鉴的经验，人员也没有相关的生产经验，设备的可靠性还待验证。”张杰回忆说，尽管是“摸着石头过河”，但通过中核北方和清华大学的“校企合作”，双方克服了一个又一个难关，最终用产品质量和生产能力说话，实现了“全球首条”生产线的“跳跃式”“生长”，让我国高温气冷堆元件制造水平跻身世界前列。

2015年4月，该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。每月生产燃料球从11000多个到17000多个，再到连续3个月每月达产达标燃料球生产能力突破30000个；包覆燃料颗粒生产合格率从30%到逐步提高到80%，再到如今连续生产合格率达到设计指标……短短4年时间，这条“全球首条”工业化规模生产线以超乎预料的速度成长。

该项目的总负责人、中国核燃料有限公司总经理马文军曾提出，要通过这条生产线的建设、调试、生产运行，“出产品、出成果、出经验、出人才、出精神、出示范”。如今，该生产线第20万个球形燃料元件的顺利下线，标志着“六出”成果的实现，更标志着这条生产线的完全打通和达产达标。

推动高温气冷堆核燃料元件走出去

高温气冷堆球形燃料元件生产技术的主要工艺和其他压水堆的燃料元件生产工艺技术差别很大，没有大规模工业建设经验可供参考，包括相关的法规体系等。清华大学通过实验室生产摸索出一些经验，不过更重要的是结合工业化生产建立新的标准。在“全球首条”生产线调试初期，中核北方就将各项标准的建立摆在首位。采用“多方取经”的方式，借鉴中核北方其它燃料元件生产分厂的标准，搭建起各项标准的大框架。

在生产线建设过程中，中核北方结合项目特点建立了具有高温气冷堆核燃料元件制造特色的、有效的技术、质量、安全和环保体系，发布各类体系文件共计392份，经过近两年的调试、运行验证及不断完善，已具备整体转让条件。这也意味着，今后高温气冷堆燃料元件生产线的扩大甚至“走出去”将有标准可依。

“在从实验室到工业化批量生产期间，作为工厂，不只是生产出合格的产品，更要追求高效率、低成本的稳定安全生产。在提高生产线自动化水平这条路上，中核北方不会放慢步伐。”张杰介绍说，由于该生产线从实验线转化而来，很多操作都是手工操作，自动化程度很低。为了稳定生产工艺，进一步提高生产效率，中核北方成立自动化改造团队，在现有设备基础上，优化工艺，提升设备本质自动化程度，以满足今后大规模工业化生产的需求。

从2014年设备安装调试开始至今，中核北方先后组织开展了“凝胶球分散系统”、“焙烧炉、还原炉装卸料”、“烧结炉上下料”等14台设备的自动化改造工作。

“原来的球坯装盘全部由人工搬运，料盘加上90个石墨球有50多公斤，燃料球垒起来有17层楼高，手工操作工作强度很大，而且运输有风险。如今，这个过程全部交给了机器人。同样的压制过程手工操作一天最多只能压1300个球，而现在换成机器操作，每天可以轻松压制1800个。日益成熟的自动化生产线不断提高生产线的产能、稳定了产品质量、降低了人因失误及工人的劳动强度。