打造华龙一号最强“核能芯” 推动中国核燃料产业链升级——专访中核建中核燃料元件有限公司副总经理、总工程师彭海青

核能强国梦的要求，“走出去”的必然选择

《中国核电》：华龙一号全球首堆示范工程核燃料元件顺利通过出厂验收，并于2019年9月10日上午启运至福清核电。这是我国核燃料产业和华龙一号示范工程建设史上又一里程碑，您能对开启华龙一号核燃料元件生产的背景和原因做个简单介绍吗？

彭海青：“仓廪实，天下安”。华龙一号核燃料元件的生产，是由其重要性决定的。作为核电站的“粮食”，核燃料元件是核电站运行的第一道安全屏障，它的质量问题，是关系到核电站安全运行的重要因素。作为核电站反应堆的核心部件，它既是释热元件，又是放射性裂变产物的第一道屏障，对核反应堆以至核电站的安全可靠和经济运行有至关重要的影响。

华龙一号是我国在30余年核电科研、设计、制造、建设和运行的基础上，自主研发具有完整自主知识产权研发的三代先进百万千瓦级压水堆核电机组。要完成对华龙一号的“保驾护航”，相关核燃料元件生产的国产化也是必须的，这也是实现我国核能强国梦的必然要求，此种形式下，我们不仅要开启反应堆技术与核燃料技术“两手都要抓”的模式，而且必须“两手都要硬”。

同时，随着“一带一路”倡议的全面推进，核电“走出去”迎来重要历史机遇，华龙一号是核电“走出去”旗舰产品，其核燃料元件的生产成为至关重要的一环。

中核建中多年来凭借深厚的技术积累以及对市场的洞察，积极抢占核燃料元件制造科技前沿阵地，历经多年技术积累和不断探索，在核燃料制造与生产方面居于领先地位，这样一个光荣的历史任务也就当仁不让地落在了中核建中全体同仁的肩上。

任务之初，中核建中党委提出“三个务必”，务必严格技术标准和程序要求，务必确保质量和进度，务必确保“零破损”。特别强调要坚持精益生产，优化生产组织和协调机制，按计划完成华龙一号全球首堆燃料元件生产及供货任务，并提出了“打造最强‘核能芯’”的响亮口号。

不负众望，打造华龙一号“最强芯”

《中国核电》：全力保障华龙一号高质量核燃料元件生产任务圆满完成，向着建成国际一流核燃料元件制造基地的目标而不懈奋斗，这是中核集团党组书记、董事长余剑锋赴中核建中调研指导时的要求。余书记的话语充满期望，中核建中又是怎样不负重托，完成这一光荣使命的呢？

彭海青：华龙一号全球首堆核燃料元件正式生产任务是我公司承制的最大批次的华龙一号首炉元件生产任务，产品品种多、数量大。为此公司党委专门发出动员，充分完善开工前的准备工作。尤其技术环节，在汲取现有核燃料元件制造经验的基础上，在各相关单位的紧密合作下，我们经历了工艺技术改进等多个阶段的技术攻关，最终成功掌握华龙一号核燃料元件批量化制造技术。

这个过程是相当坎坷和艰难的。自2010年华龙一号CF系列核燃料组件专项启动后，中核建中和中国核动力研究设计院一同承担了CF系列组件的研制工作。2012到2014年，短短两年时间，中核建中实现了N36特征化组件入堆，CF2和CF3先导组件入堆等一系列重大突破。2019年5月10日我国三代核电华龙一号燃料元件——中核集团自主研制的CF3核燃料元件成功完成批量化制造，并通过出厂验收。9月10日，华龙一号全球首堆燃料元件的最强“核能芯”运往福清核电站。2020年6月12日6时18分(巴基斯坦卡拉奇时间)，由中核建中生产的183组华龙一号核燃料元件的运输船，历经16天4200海里的远洋运输，到达拉奇核电站。经检测，货包状态全部正常，卡拉奇2号机组即将注入最强中国“芯”。

在华龙一号研制生产中，中核建中以最短时间、最高效率创新了目前国内核燃料元件研制领域最多的先进技术，收获了专利成果30多项，华龙一号系列科技成果奖近20项，形成重要的研制类总结报告50余份，成就了中国核燃料元件制造的多项第一。20组CF3燃料组件研制成功并入堆考验，实现了我国自主三代核电燃料元件批量化制造，填补了国内空白，荣获中核集团重大科技成果奖金奖。

挂图作战，朝督暮责，攻坚克难

《中国核电》：要完成这样光荣而重大的任务与使命，两年时间异常紧迫，具体生产过程中遇到过哪些挑战，又是如何克服的呢？

彭海青：首先，为厘清各环节逻辑顺序，辨识难点和风险点，做好分析，制定有效工作措施，我们采取了“挂图作战”生产方式，将生产涉及的不同节点目标起止时间、完成周期等绘成时间结点图，覆盖工艺技术、原材料采购、设备运维、生产调试等诸多环节，提醒大家在关键环节和节点了解彼此进度，加强协作配合。

其次，确保指导生产文件的正确与适用，是完成任务必须迈过的第一道坎。文件编制极其严格和繁琐，不仅份数多，而且编制每条项目内容时都必须切实可行。为尽快把新工艺文件编制出来，相关部门时常加班到深夜，无论多晚多辛苦，务必做到一丝不苟，不可以有丝毫差池。前期这两项工作的完成，为后面的执行夯实了基础。

最大的难关是相关技术的攻克。华龙一号机组设计寿命为60年，反应堆采用177堆芯设计，堆芯采用18个月换料，电厂可利用率高达90%以上，反应堆对燃料元件的制造工艺和产品质量要求更加严苛，要做到主要性能指标达到甚至高于设计技术要求，不能“凭经验”和“吃老本”。我们通过“朝督暮责”的技术把控，对每个技术环节缜密执行精益求精，以“硬实力”完成技术设计与研发的“冲锋”。

为了应对华龙一号核燃料元件的适应性优化设计，从工艺设计和方案策划入手，自始至终落实专业职责，开展工艺过程控制及专项监查工作，进行制造工艺过程风险识别，有效保证了产品工艺可靠性和质量稳定性。

值得一提的是硼硅玻璃管的设计、试制和生产，要求极严格，生产工艺难度很大。为打破国外垄断，我们重新设计了硼硅玻璃管，并对生产厂家现场调研考察，严格按ISO质量认证体系评价，提高技术和质量保障，脚踏实地落实技术攻关,最终研制出的国产硼硅玻璃管，产品性能比进口的更高。

在实际执行中，仅针对产品的改进设计就有10项。成功将二氧化铀芯块、格架、燃料棒、相关棒等零部件的39项成熟关键工艺直接运用到华龙一号组件上。

产品质量控制也非常重要。我们通过生产全过程质量控制数字化管理，梳理出全流程工序，细化到每一道工序和每一个岗位，执行动态管理。同时强化质量监督，加强内外沟通，高标准严要求，多渠道多措施为质量保驾护航，确保了产品生产“零缺陷”。

元件零部件精度要求很高，基本都精确到微米。为确保高精度加工稳定可靠，我们提升加工精细度和工艺稳定性的要求标准，对2700余只定位格架、300余套上下管座进行加严控制，全力保障元件生产任务的圆满完成。

国产自主研发，鲜明体现先进

《中国核电》：华龙一号核燃料元件凝聚了中核建中公司全体同仁及合作单位的智慧、心血和汗水，不仅各项性能完全达标，在设计和工艺上也非常有创新性。您能介绍一下核心特色和创新点吗？

彭海青：华龙一号核燃料元件创新主要体现在两个方面：

一个是元件的最核心结构部件是国产的新型锆基合金材料N36生产燃料棒包壳管，成功实现了采用我国自主研发的新型锆基合金材料N36生产燃料棒包壳管，这对于完整自主知识产权具有重要意义：其一，N36具有热中子吸收截面较低和力学性能、耐腐蚀性能以及辐照稳定性良好等特点，能保证燃料棒燃耗深度达到国际先进水平；其二，N36锆合金产业化打破了国外技术垄断，为实现华龙一号大型商用核电站“走出去”的战略目标，奠定了重大关键材料基础。

另一个，中核建中在华龙一号核燃料元件加工制造技术实现了完善和升级，做到了自主创新，体现在以下三点：

一是元件定位格架的外条带结构创新设计，提高了燃料组件在堆内运行的安全裕量；二是导向管采用厚壁、双层管设计，通过“管中管”式抗弯曲设计与堆外试验验证结果的迭代，对导向管内径和壁厚、缓冲段内径和高度以及导向管缓冲段上端的流水孔的尺寸设计进行了优化，增强了燃料组件整体刚度、尺寸稳定性和抗弯曲性能，使其充分满足三代核电站0.3g地面加速度的抗震要求；三是具有自主知识产权的空间曲面结构功能一体化下管座和高效过滤结构，利用流道本身的几何形状进行异物过滤，不需要额外加装防异物板，具备捕捉和过滤较小尺寸异物的能力，防异物性能明显优于国际同类产品。

华龙一号核燃料元件还具有最鲜明的先进性特征，一是设计的先进性。华龙一号核燃料元件与目前世界先进水平的燃料组件相当，燃料设计燃耗52GW.d/tU，可满足18个月长周期循环，燃料破损率设计小于1/100000，满足三代核电站0.3g地面加速度的抗震设计要求，且具有优良的机械性能和热工水力性能；二是制造的先进性。华龙一号核燃料元件所使用的锆合金、不锈钢等9种牌号、44种规格的原材料均实现了100%国产化，具有完全自主可控能力。

中国核工业发展的重要里程碑

《中国核电》：中核建中为华龙一号核燃料元件生产交出了满意答卷，对于中国核工业未来的发展也意义非凡，您能概括介绍一下这如何推动中国核工业的发展吗？

彭海青：毫无疑问，华龙一号核燃料元件的生产是中国核工业发展的重要里程碑，其意义重大，作用非凡。

首先，华龙一号核燃料元件可降低燃料失效风险，提高运行可靠性，减少非计划停堆次数或缩短大修时间，可直接或间接转化为丰厚的经济效益。

其次，相关研制突破了核发达国家的重重专利壁垒和知识产权封锁，形成了具有自主知识产权的华龙一号核燃料元件品牌，突破了高性能燃料组件的出口限制，因此又具有极高的战略层面社会效益。

另外，我们以最短时间、最高效率创新目前国内核燃料元件研制领域多项先进制造技术，实现了包括高性能燃料元件所用原材料和燃料元件的自主制造，表明我国具备了高性能燃料元件所需的完整产业链，我国核电产业在发展过程中一步一步实现了技术上的跨越，对于加快自主知识产权的华龙一号“走出去”的步伐，推动中国核燃料产业链升级，助力中核集团新时代“三位一体”奋斗目标的落地，从“核大国”迈向“核强国”具有实际意义。