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中核建中自主创新研制成功GFX-200干法炉纪实

   2013-04-09 中国核电网1
随着我国迎来核电发展新的春天,作为我国最大的压水堆核燃料元件生产基地,中核建中核燃料元件有限公司已逐渐将二氧化铀粉末生产的重点放到干法工艺上。据悉,伴随着年产量200吨金属铀的GFX-200干法炉的研制成功,单台年产量金属铀400吨的干法转化炉的设计研究也即将提上日程。

  2012年10月9日,中核建中GFX-200系统取得产品合格性鉴定证书,正式由科研转入生产运行。至此,中核建中在14年的时间里,完成了核燃料生产干法工艺从无到有,再到国产化、跻身世界先进行列的过程。

  当今世界上,用于生产实践的压水堆燃料化工的转化工艺主要有三种,即ADU工艺、AUC工艺及IDR工艺。中核建中以往采用的是世界上发展最早的湿法工艺——ADU工艺。

  进入21世纪,随着国家核电中长期发展规划的制定实施,核电的快速发展对核燃料的需求与日俱增,核燃料产业链上的重要环节——核燃料元件产能不足的矛盾也逐渐凸显。面对这一现状,中核建中开始改变原有的生产工艺,以适应核燃料需求的不断增长。

  第一跳:从无到有

  与湿法工艺相比,IDR工艺也就是综合干法工艺,具有流程短、生产量大、设备结构简单、不产生废液、尾气中的氟化氢气体可以回收利用、环境污染少等优点。为此,中核建中从上世纪末就开始着手从南非引进IDR工艺生产线。

  现为中核建中一车间主任的吴云,就是当年第一批南非工作组的成员。“当时时间很紧张,就短短的40多天。”吴云这样描述前往南非引进IDR生产线时的情景,“我们引进的是整条IDR生产线,都是南非一家厂子的旧设备。在引进的同时就面临设备老化、图纸不全、没有相关的技术转让、运输过程造成二次损坏一系列的问题。而且要在40多天的时间内掌握整条生产线的知识,对我们来说也是很大的挑战。毕竟国内没有可以借鉴的经验,一切都是从头学起。”最终,从南非引进的大型核燃料元件制造设备先后进厂到位,进入调试阶段。

  至此,这条从南非全线引进的工艺生产线,填补了国内核燃料IDR生产的空白,也为中核建中产能的提升奠定了基础。

  第二跳:升级国产

  尽管尝到了干法工艺的甜头,但IDR工艺在国内缺乏技术支持,难以在现有的零部件中找到能用于设备维修的替换产品。随着生产任务的逐渐增加,从南非带回的备用件逐步消耗,IDR工艺国产化已迫在眉睫。

  为此,2005年7月,中核建中自主研制的DUC工艺生产线进入建设阶段。

  DUC工艺生产线率先解决的是设备国产化的问题。通过不断摸索,中核建中通过仿制IDR工艺生产线,研制了一条全新的生产线。在一车间,这两台设备同时运转,为核燃料的后续生产提供原料。从外观上看,DUC工艺生产线和IDR工艺生产线几乎一模一样。吴云道出了其中的差别:“IDR工艺生产线的转化能力只有75吨,而我们自主研制的DUC工艺生产线对操作系统进行了改进,将转化炉的金属过滤器装置进行了重新设计,相关的水蒸气、六氟化铀管道的材质和加工工艺都有了改良,在将产能提升到100吨的同时实现了所有设备和零部件的国产化,这样也为今后的技术提升扫清了障碍。”

  2009年,DUC工艺生产线正式投入生产,核燃料干法生产设备实现了从洋为中用到国产化的道路,我国的核燃料生产水平又向前迈进了一大步。

  第三跳:突破瓶颈

  2008年起,我国新一轮的核电建设高峰到来。核电作为一个朝阳产业,受到了越来越多的关注。核电企业能否跟得上朝阳的步伐?核燃料组件的供应有没有充足的保障?一个接一个个问题将决定我国未来核电发展的速度。

  中核建中对核电发展的变化有着超前的敏感。在100吨DUC工艺的基础上,公司投入资金,开始自主研制一套年产200吨的干法工艺,GFX-200系统应运而生。

  从100吨到200吨,不是简单地把设备放大,而是涉及多个关键设备的改进和技术创新。只有如此,才能够进一步提升生产线的自动化程度、安全性,设备的先进性也将与世界水平接轨。

  为了保障GFX-200工艺研制工程,中核建中除了调拨充足的经费保证项目研究和制造资金的需求,还为干法线配备了一批经验丰富、吃苦耐劳、能打硬仗的专业技术操作团队,培养了一批工程技术人员。他们在干法工艺研究中分析国内外资料,攻克技术难关,先后攻克了大流量喷嘴的研制,高含尘、大流量尾气过滤和大直径过滤管研制等技术难题。

  此外,从2008年2月接到科研任务开始,中核建中就开始和中国核电工程公司郑州分公司共同设计研发GFX-200系统,并与重庆自动化研究所一起进行自动化控制方面的开发工作。

  在随后的四年间,他们先后完成转炉验收、转炉安装、转炉冷态调试、设备安装、汽化罐单体试车、转化炉单体试车和相应的技术整改。

  2012年春节,GFX-200系统的研制进入最后关头,即将进行的联动试车能否成功意味着整个研制工程的成败。为了降低安全风险,公司决定在春节期间进行GFX-200系统联动试验,生产线上的五个班组一次又一次地进行调试、检漏、隐患排查,并通过试验分析会和安全演习,为联动试车做足了准备。

  3月27日,在生产线控制室内,随着公司总经理丁建波按下控制台上的“进料”按钮,UF6被送入转化炉,开始进行炉内转化。随后,各生产岗位开始进行巡检,对设备的运转进行检查。从转炉的视镜可以看到,物料在炉内流动,料斗有物料进入,现场无UF6和H2泄漏,各设备仪表显示正常。“汽化间正常。”——“管道间正常。”——“转炉间正常。”——“尾气间正常。”——“冷凝间正常。”伴随各岗位将检查结果良好的信息反馈至控制室,中核建中GFX-200系统联动试车成功。

  9月7日,该系统获得由国家环保部颁发的生产运行许可证; 9月29日,产品合格性鉴定工作圆满结束,产品各项技术指标全部满足要求;10月9日,GFX-200系统取得产品合格性鉴定证书,标志着该系统正式由科研转入生产运行。

  至此,中核建中实现了核燃料生产的一次重大突破,具有自主研发知识产权的GFX-200系统实现了将干法炉成功用于核燃料生产。中核建中已掌握了具有国际先进水平的核燃料干法工艺生产线,突破了燃料组件生产能力提升的瓶颈,并为该公司正在积极推进的核燃料元件生产线扩建工程扫清了技术上的障碍,为公司今后核燃料组件均衡、稳定、规模化生产和进一步提高节能减排水平奠定了坚实的基础,也使我国核燃料生产水平跻身世界先进行列。
 
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