葛维维｜文
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。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成长速度，给外界带来无限惊喜。
诚如在高温气冷堆元件生产线专项劳动竞赛表彰大会上，该项目的总负责人、中国核燃料有限公司总经理马文军提出的要求：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”。在这“六出”要求的指导下，这条“世界首条”生产线生产的第20万个球形燃料元件已经顺利下线，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。
“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在接受采访时总结道。
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。张杰回忆说：“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。”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。
那么，在这条快速成长的“全球首条”生产线背后，是怎样的生产过程在保障“金牌质量”？又是怎样的一支团队在推动这条生产线从无到有的建设？他们又经历了什么样的奋斗历程？近日，记者探访中核北方，寻找这条生产线背后的奋斗图景。
控制精度——像制造工艺品一样对待产品
清华大学核研院院长张作义曾说过：“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。”为了达到“高质量”的产品要求，这一颗颗通体乌黑、光滑圆润，直径仅60mm的合格燃料球，都经历了“涅槃”般的生产过程。
“燃料球的制备分三个阶段——核芯制备、包覆颗粒制造以及燃料球生产制造。第一阶段，我们需要生产出直径为0.5mm的二氧化铀核芯；第二阶段，在0.5mm的核芯上进行4层包覆，制备成0.92mm的包覆颗粒；第三阶段，将约12000颗包覆燃料颗粒与基体石墨粉混合，进行压制，最终制造出直径60mm的球形燃料元件。每一阶段，都有几十道检验“关卡”，一项不合格，就会前功尽弃。”高温气冷堆元件厂厂长助理郑越介绍道，“每一个环节都要精确控制，要像制造工艺品一样对待我们的产品，这不仅是对我们产品的负责，也是对今后高温气冷堆安全运行的负责。”郑越强调。
在核芯制备车间，有一项技术被称为“笔尖上的工艺”——凝胶分散工艺，0.5mm的球，近似圆珠笔芯大小，这是将八氧化三铀粉末变成陶瓷二氧化铀核芯的关键步骤。车间分散柱内，肉眼很难分辨的直径约为0.5mm的凝胶球不断凝实、降落。要形成如此小的颗粒，流量控制极为关键。“为达到工艺参数的精确控制，我们与厂家合作设计了这款流量计，配合我们重新自主设计制造的自动化震荡信号控制系统，我们的流量控制从原先±10g提高到±0.5g，极大地保证了核芯质量。”核芯制备车间班组长袁忠升满脸自豪。许多人不知道的是，一开始因为流量不稳定，袁忠升不知为此改了多少个阀门、设计了多少套改进方案，才解决了问题。
核芯制备之后，便要使用包覆炉进行包覆，包覆热解炭层及碳化硅层，每批都得检测破损率。“一批料里面，约含有4万多个颗粒，如果有两个颗粒破损，整个批次就被判定为不合格。”每包覆一炉，都需要完成炉压、流量、温度等各个参数的调节。“精细、精细再精细，每一步操作，都需要大家集中精力。”包覆颗粒制备车间主任刘博一丝不苟。与车间工作人员交流，他们经常提到的一句话就是：累小错犯大错，每一步都得小心。得益于这样的企业文化，如今，包覆颗粒单批次的合格率已经超过95%。
第三道工艺的难度同样不容小觑。“要将这12000颗颗粒与石墨混合压制成芯球，然后再包裹上5mm的无燃料区，如果芯球不居中，就是不合格，前面的工作都白干。”燃料球制备车间主任田久程告诉记者，“更要命的是整个过程完全没有检测手段，只能等最后结果。”刚开始，小球合格率很低，田久程回忆：“我们就将压制完的球背到清华，看看在他们那里进行后续生产合格率怎样，或者将清华压制完的球背回来，看看在我们这里继续生产合格率怎样。”精雕细琢、精益求精，方成巧匠。多年摸索下来，他们对确保芯球居中累积了丰富的经验。“用手摸、用眼睛观察、用耳朵去倾听。”在这样的“工匠精神”下，整条生产线的合格率早已超过98%。“金牌质量”也赢得了山东石岛湾业主的充分肯定和信任。
保证进度——绝不能让燃料元件成为投产制约
中核北方的高温气冷堆燃料元件生产线，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。”中核北方高温气冷堆燃料元件厂副厂长刘逸波说。可现实的情况是，这是世界首条具有四代特征的核燃料元件工业化生产线。“绝对不能让我们的燃料元件成为高温气冷堆投产的制约。”刘逸波的话掷地有声。
生产线建设前期，厂里就30多个人。2014年，设备陆续进厂，也就是从那时候起，主管设备的副厂长程福林就没怎么在办公室呆过，一直来来回回穿梭于各车间现场。“生产线新设备超过800台套，而且和厂里原有的设备完全不同，我们需要主动和厂家以及清华的老师交流，弄懂整条生产线，不然等到调试、维修阶段，出了问题自己完全不知道，怎么去解决？”厂家工程师连续安装，程福林也在现场驻扎，在后期的调试和维修中，他们现场驻扎时学到的知识都派上了用场。
2015年，生产线进入调试阶段。“设计院对我们的生产线进行了改造，很多设备完全不同于清华的实验线，需要一台一台调试，还得在固定时间完成整个生产线的联动调试。”来时还是一头黑发，现在头发几乎全白了的刘博回忆，“调试期间，包覆炉的炉压不受控，而炉压又是特别重要的设备。没办法，只能连续实验找原因，完成一炉包覆需要8个小时，我们每天得包4炉。很多技术员都是早上7点钟进去，一直工作到下午，饿得实在不行了，就出来吃个饼或者吃盒泡面再进去，一直工作到深夜。经过几个月的连续攻坚，最终解决了问题。”
2016年，进入生产阶段，包覆颗粒的合格率却始终上不去。要完成每年30万个燃料球的生产任务，合格率必须上去！厂里迅速组织了攻关团队，每周召开2～3次专题会议，讨论试验参数，参数确定好了之后投料生产，生产完了检测结果拿到手，又立刻开会进行讨论。精准筛选，搞清了每一个因素的影响范围和程度，问题便迎刃而解。
这样的攻坚精神和建设进度也感动了清华大学高温气冷堆燃料元件项目主任刘兵：“看着生产线从无到有，再到产品规模化稳定下线，参与研究的几代人都格外激动，也非常自豪。”
稳定生产——走自动化升级改造之路
“不以路遥而辍步，不因山高而畏行”。高温气冷堆燃料元件厂厂长牛小平告诉记者：“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。”
由于该生产线是从实验线转化过来的，很多操作都是手工操作，自动化程度很低。但是生产能力扩大之后，再采取“人拉肩扛”的方式，操作难度就会很大。“为了稳定生产工艺，进一步提高生产效率，公司决定成立以张杰为负责人的自动化改造团队，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。”郑越告诉记者。
从2014年设备安装调试开始至今，厂里先后组织开展了“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。如今，走进几乎全自动化的燃料球制备车间，你可以看到3条生产线上，大大小小的机器人有条不紊地进行着各项操作。“原先的球坯装盘，由人工搬运，料盘加上90个石墨球有50多公斤，燃料球摞起来又有十七层高，全靠手工操作，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。同样的压制过程如果全靠工人手工操作，一天不间断地干到晚最多只能压1300个球，而现在换成机器操作，每天可以轻松压制1800个。”郑越打开了话匣子。
当然，要实现自动化，这条路并不好走。人的感官、柔韧性和生物智能性很高，用机器怎么去实现？生产线原本的操作空间就有限，如何设计机器？……一个个问题摆在了眼前。一场无声的战役在这群人和机器之间展开。“先让机器模拟人，人需要的一些操作，都在机器上逐步实现，其次对这些机器进行逻辑上的优先级处理，根据不同优先级和权限去判断先做什么，再做什么，防止机器之间打架……”为了“驯化”这些机器，除了春节统一放假，郑越和团队成员就没怎么休息。如今，这些机器不仅“温顺”了，还提高了生产线产能、稳定了产品质量、降低了人因失误及工人的劳动强度。
而这条日益成熟的自动化生产线，不仅得到了相关行业以及各级领导的关注和好评，同时也得到了很多国际同行的青睐，一些参观者过来就挪不开脚。作为世界首条具有工业规模的“示范生产线”，张杰也强调：“在提高生产线自动化水平这条路上，中核北方不会停止。”
建立标准——让“走出去”有标准可依
在高温气冷堆元件厂的资料室里，密密麻麻摆放着几百份文件，对于这些文件，牛小平如数家珍，他告诉记者：“在生产线建设过程中，我们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。
刘兵告诉记者：“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。“我们采用‘多方取经’的方式，借鉴中核北方公司其它燃料元件生产分厂的标准，搭建起各项标准的大框架。”刘逸波介绍道。
在调试和生产过程中，厂里动员车间、作业区技术骨干和一线岗位人员参与，对工艺标准进一步完善，形成可视性、可操作性、数据量化的岗位作业标准。同时，建立了完善的反馈渠道，通过追踪标准实施效果、累积问题库、跟踪工艺、改进设备、建立数据库等途径，对已形成的工艺标准持续更新和完善。除此之外，结合生产经验，还对很多条目进行了细化，确保每一个技术指标都合格。得益于技术、质量、安全和环保体系方面的有效管理，生产线自建造以来，从未发生过安全事故，多项管理还荣登集团QC成果榜单。
培养队伍——大团队的生命力
提到全球首条高温气冷堆燃料元件生产线的成长速度，就不得不提这支队伍的团队所迸发的生命力。所有的成就都离不开这个大团队的协作。这支队伍里，有各级领导，他们的支持、鼓励让大家信心十足，敦促大家不断前进，促进了生产线的建设与发展；有清华老师，他们将自己的技术分享给团队，也将严谨的科学精神贯穿到整个建设生产过程；在这支队伍里，有从其他成熟的元件生产线上调过来的老厂师傅，他们带来了工程建设经验，也将中核北方老一辈人特别能吃苦、特别能奉献的精神传递给团队；还有很多新入职的年轻人，他们用积极的心态接受学习新事物，勇往无前、不懈创新，从而推动这条生产线不断优化升级。
清华大学的刘兵老师，现场一有问题就从北京过来，有时候早上过来，晚上再赶回去；从融化钙业过来的李俊现在在包覆车间，他有四本笔记本记满了工作总结，确保了各项数据、指标有据可查；86年出生的沈巍巍，现在已经是核芯制备车间主任，他带领车间人员攻克了配胶、分散等一道又一道工序……在这条生产线建设、调试、生产过程中，大家都将自己的经验、智慧、勇气注入到这个团队，传承、融合、创新，从而汇聚成属于高温气冷堆燃料元件制造队伍的活力。
经过短短几年的锻炼，团队里的很多人已经成为这个领域的行家里手，这也为今后高温堆燃料元件的发展奠定了人才基础。
