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来自 科技知识 2019-11-03 19:29 的文章
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从进口到讲话 本国进口钴60放射源第叁次出海四

近日,装载150万居里国产钴60的集装箱顺利装船运往海外,这是中核集团中国同辐继2018年1月100万居里国产钴60首次实现规模化出口以来的再度出海。

为确保产品顺利出口,中国同辐成立了集团公司内跨单位的合作机制,原子能院钴源中心根据国外客户需求,联合中核同兴共同设计、研发产品形式和结构,满足客户需要;在不到半年的时间内,完成特殊形式试验,获得特殊形式放射性物品设计许可证。中核同兴解决了出口资质行政审批、运输等多方面问题,确保了钴源出口工作的有效实施。(刘洋 解含 魏修柏) 来源:中核网

与钴-60打了20多年交道的同辐公司,自然不会放过这个把钴-60产业做强做大的历史机遇。

我国钴源从长期依赖进口到打破垄断实现国产化再到不断地“走出去”,标志着国产钴源质量、技术和服务获得国际认可,践行了中国同辐“产业化、国际化”战略理念,推动了做大做强做优核技术产业战略目标的落地,也为世界核技术应用行业的发展贡献了中国力量。

钴60是钴元素的一种同位素,钴60放射源在农业、工业、医学等方面应用广泛,可用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害、食品辐照保藏与保鲜,无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物,厚度、密度、物位的测定和在线自动控制,以及癌和肿瘤的放射治疗等。

为什么不自己生产?这个问题在中核集团公司确定建设两台重水堆之后,答案逐渐明晰。两台重水堆机组的钴-60年产量可达600万居里,预计将满足国内约75%的市场需求,同时,还不影响机组的安全运行和经济性。更重要的是,中核集团公司拥有完整的核工业产业链,在钴棒的设计、研制、钴源生产、容器设计和制造等各个环节具有丰富的经验,完全有实力在这个项目上取得突破。

工业钴60出口不同于一般货物,安全是需要考虑的最重要的因素,其出口活动涉及环节较多、操作复杂、加之监管极其严格。为保证本批国产钴60安全顺利出口,中国同辐所属中核同兴总结首次出口经验,认真对所有环节和操作流程进行梳理,对本次出口项目中可能存在的风险点逐一进行分析,做好应对措施,实现了国际化进展的再次突破。 来源:中核网

新年伊始,中核集团国际化战略取得新突破。近日,装载着百万居里国产钴60的车辆开赴上海,等待装船驶向海外。这是中核集团继实现钴60放射源国产化后,我国核技术应用产业的又一里程碑式节点,标志着我国首次实现国产钴60放射源规模化出口。

“我们对于每一个环节进展的管理,实行并联管理,而不是串联管理。”王国光介绍,在组织协调过程中,同辐公司并不是按照项目流程一项一项地走,而是同时准备或启动各个环节,齐头并进。这样的管理模式除了保证项目在进度上整体受控外,在质量控制和投资控制上也取得了很好的效果。

国际化是实现集团公司做强做优做大战略目标的重要路径。目前,国际上只有加拿大、中国、俄罗斯等少数国家拥有钴60生产能力,国际市场前景广阔。中国同辐及中核同兴致力拓展海外市场,在确保国内钴源供货的前提下,积极对接国外用户与供应商,与其建立了良好的联系,为产品出口海外、建立销售渠道奠定了良好基础。

技术创新——完全意义上的国产化

长期以来,我国钴源几乎全部依靠国外进口,货源、价格等多方面都受制于人。中核集团组织多家单位联合攻关,于2010年实现钴60放射源国产化,打破了国外长期垄断与控制,其技术指标和质量水平达到了国外同类产品的先进水平。中国同辐和秦山核电同年共同成立中核同兴,负责国产钴60放射源的生产、销售以及为用户提供相应的技术支持和服务。由原子能院负责钴源分装、旧源回收、钴60棒束和成品源运输。

同兴公司相关负责人表示,国产钴源不仅技术和质量水平与国外产品相当,而且供货及时,价格合理,已被用户普遍认可和接受,深受辐照加工行业的赞誉,为我国辐照加工产业的发展作出了积极的贡献,充分体现了中核集团公司的社会责任。

2002年,上海核工院启动了钴调节棒组件的设计工作。2004年,同辐公司跟上海核工院签订了设计合同。钴调节棒组件的设计涉及核设计、屏蔽设计、热工安全分析、结构设计和专用操作工具设计等诸多环节。面对如此大的设计变动,国家有关部门专家的评审过程也格外严格,1次预审查、3轮正式审查、1次遗留问题答疑,134个问题、41份工作单。从2006年6月,钴调节棒组件的设计方案正式提交国家有关部门审查开始,秦山三期和上海核工院的有关人员频繁往来于上海和北京,面对专家提出的每个问题,设计人员反复查阅资料,并经常讨论到深夜。这样的审查持续了两年多的时间,“比新建核电厂还严格”。

自主创新,就意味着去做前人没有做过的事情。整个项目涉及一系列技术难题,每个环节都可能存在风险。其中,重水堆设计变更能不能获得国家批准,就是摆在大家面前第一个也是最大的风险。毕竟,当时正值秦山三期反应堆投入商业运行的关键时刻,而在引进的商用核电站上进行反应性控制部件替代,这在国内还是首次。

从设计开始的国产化,才是真正意义上的国产化。为了保证钴-60项目的国产化程度,项目组在几乎没有任何外部资料可以参考的情况下,依靠自身的力量,从头攻关,迈过了一道道坎。

在钴调节棒研制阶段,中核北方根据研究内容设立了包括芯块制备、钴块电镀、结构件焊接、组件组装等10个科研课题组,并与课题参加人员签订了研制合同,同时,在每个关键质量控制点配置专职质量工程师,以日常技术沟通、月度节点检查、年度验收等方式加强管理,保证课题研制进度和质量。科研结束后,2008年,中核北方立即转入生产线的建设完善、工艺验证试验、设备工艺以及产品合格性鉴定工作中。由于当年年底要实现秦山三核104大修换料,为了确保这个“后墙”不倒,项目组人员边建设完善生产线,边建立完善制造质量保证体系和制造技术体系,最终利用3个月的时间,建立起国内第一条专用钴调节棒组件生产线,编制完善了钴调节棒组件制造质保文件和技术文件300多份,自主建立了一套完全拥有自主知识产权的钴调节棒组件制造质量保证体系和制造技术体系。

2000年,该项目的管理工作移交给中核集团公司。2004年2月,集团公司决定把这个项目交由同辐公司这个全资子公司来做。同年10月,该项目被国家批准为第一批民用非动力核技术高技术产业化专项。

钴-60具有极强的放射性,组件解体操作需在水下进行,因此必须研制一套与之配套的解体操作工具。面临设计资料的极度匮乏,尤其是对钴调节棒组件接收、解体和装载工艺还一无所知,解体工具设计团队只能“摸着石头过河”。为了达到满意的效果,一个工具往往需要先提出几个甚至几十个设计初步方案,然后相互比较,再选出较理想的设计方案。为了降低操作难度、提高工作效率,设计人员想方设法精简结构、整合功能,设计出的多合一工具获得业主及操作人员的一致好评。

在反复的计算论证中,项目组研制出一种由防火套、防火盖和特殊散热片等组成的新型容器,解决了在小空腔内装载高衰变热的钴源、容器散热面积小的条件下的散热、隔热和减震等方面的技术难题。容器也经受住了9米跌落和1米贯穿试验以及800摄氏度环境下,火烧30分钟试验的考验。

作为钴-60产业化运作单位及项目的承担方,中国同辐股份有限公司一直在等待,等待着“她”在市场化中的真正表现。2012年,该项目通过国家验收,共申请专利30项。2013年,国产钴-60不负众望,用市场的成绩“发言”:自投产以来,累计销售钴源约2000万居里,收入约3亿元,扭转了长期以来国内钴源市场供不应求、价格奇高的局面,使供需关系得到了彻底改善。2013年,项目又获得中核集团公司科学技术一等奖,国防科学技术一等奖。

国产钴-60项目技术复杂,涉及到钴调节棒的设计、研制和生产,靶件堆内辐照,棒束和成品源运输容器的设计和制造,专业热室的设计和建造,钴-60原型源设计和研制等多个环节。而这些环节也非一家之力可以完成。每一个接口的衔接,都是对组织协调、项目管理的考验。

钴棒束运抵原子能院后,随即开始了钴棒束水下解体、钴棒活度测量等工作。当年的“十一”国庆期间,原子能院钴源中心的科研人员和工人主动放弃了休息时间,开始第一批产品生产。为了保持生产的连续性,他们常常工作到晚上八点多。2010年10月12日,我国自主品牌的钴-60密封放射源首批20万居里成功下线。

“如果项目完不成,我不要任何报酬。”当时已70多岁的原子能院量热计专家姚历农,在接到钴-60放射源活度测量的任务时,毫无条件地接受了挑战。而在整个密封源制备中,这样的挑战和付出无处不在。

项目研发——国产化迫在眉睫

截至2013年12月,中核北方共生产钴调节棒组件7批,其中5批已经秦山三期重水堆辐照出堆,另有2批正在堆内辐照。原子能院热室已封装产品钴源约1830枚,累计分装活度约2100万居里。两种型号的大容量钴-60运输容器共运输钴-60棒束和成品源货包203个,累计安全运输里程约30万公里。投产运行三年来,钴调节棒生产质量稳定可控,已完成辐照的5批组件在堆内辐照期间未发生泄漏等异常现象,辐照后的钴柱形态完整,在分装过程中未出现热室污染事件。更换钴调节棒后,秦山三期重水堆安全运行未受影响。钴源分装热室连续稳定运行,钴源产品质量稳定可控。

核技术应用产业是中核集团公司的重要支柱产业之一。集团公司高度重视该项目,专门成立协调小组,在项目的一些关键点上给予重要指导和帮助。

中核集团公司副总经理杨长利如此评价,钴-60项目是中核集团公司自主创新的结晶。该项目研发工作始终以市场为导向,成功实现了科技开发和产业化的“无缝对接”,使科技成果迅速产业化。项目研制过程中,集团公司坚持立足自身,强化专业分工,创新组织模式,取得了核技术应用领域的重大成果,填补了国内空白,打破了国外长期垄断与控制,有力地促进了国内辐照加工行业的发展,其技术指标和质量水平达到了国外同类产品的先进水平。

链接:国家高新示范工程钴-60国产化项目,是国家第一批民用非动力核技术高技术产业化专项之一,也是同位素产品中应用量巨大、极具影响力的项目之一。中国同辐股份有限公司联合秦山第三核电有限公司、上海核工程研究设计院、中国原子能科学研究院、中国核电工程有限公司、中核北方核燃料元件有限公司等单位共同合作,七年间一路攻坚克难、辛勤付出,最终实现了钴-60项目预定的全部目标。

在研发团队中有一位灵魂人物,他就是临近退休年龄的项目组长唐炯然。每遇到关键难题,都是他带领大家坚持了下来。也正是在这种坚持下,大家“一次比一次做得更好”,促使换料工期从最初的18天,缩短到13天。

投资大也是项目必须要面临的一个问题。作为项目实施方,同辐公司负责项目的资金投入。整个项目的投资总预算9000多万元。这么大的投资,对他们来说也是第一次。2004年,同辐公司一次性投资达560万元。要知道,同辐公司当时每年的利润最高也就500多万元。

其实,在钴调节棒组件研制和生产过程中,类似的事例不胜枚举。2008年11月,我国首批钴调节棒组件顺利出厂。2010年5月,首批钴调节棒组件出堆,解体出的钴芯块表面光洁、镀层完整,超出同类进口产品质量,达到了国际先进水平。

2009年5月27日,首批21根钴调节棒全部安全出堆。在运行的重水堆核电站生产钴-60同位素,完全满足设计要求,安全可靠,对电站安全发电也没有产生不利影响。1号机组连续安全稳定运行468天,还创造了电站自投入商业运行以来安全运行新纪录。

确保反应堆的安全运行是钴调节棒组件设计的第一要务。根据屏蔽计算结果,钴调节棒组件在堆内辐照后会产生很高的热量,存在发生偏离泡核沸腾的风险。确定装载方案后,设计人员便马不停蹄地开始了钴调节棒组件的热工安全分析工作。面对由380根排管和8个慢化剂入口组成的复杂堆芯,为了得到准确可信的结果,设计人员进行了1:1的三维流场分析。在当时有限的计算机硬件条件下,进行一次计算动辄数天。设计人员不厌其烦地进行模型的简化和算法的优化,终于完成了排管容器内慢化剂流场和温度场的计算,并以此为基础进行了多种工况下的热工安全分析,对钴调节棒组件入堆的安全性进行了充分论证。

作为放射性产物的安全屏障,钴调节棒组件的结构设计必须确保万无一失。然而,不同于传统的调节棒组件设计,钴调节棒组件在堆内辐照后还要解体、分装成钴源继续使用,因此,必须设计一种可拆式的连接方式。为此,设计人员集思广益、绞尽脑汁,最终依靠巧妙的“档环”设计,既确保了钴棒定位的稳固性,又实现了钴棒解体的便利性。正是这个凝结无数心血的小小“档环”,在最终钴棒束解体中发挥了巨大作用。“事实证明,我们自己设计出的钴调节棒组件一点儿也不比外国人的差。”每每谈及此事,参与结构设计的老专家们总是非常自豪。

长期以来,我国工业钴源需求几乎全部依靠国外进口,对于其中所受的限制,长期从事钴-60进口贸易的同辐公司最为了解。同辐公司相关负责人介绍,因为控制不了货源和价格,很多方面都受制于人。

发展同位素产业,是同辐公司与生俱来的使命和职能。成立于1983年的同辐公司,拥有同位素产品的专营权,掌握着同位素进出口资金的使用权,行使同位素产品的应用和产业导向的职能,主导着同位素产业的一些对外交流活动。1988年,同辐公司开始做钴-60的进口贸易。一开始国内需求量并不大,只有100万居里左右。钴-60贸易是当时同辐公司的支柱产业,而那时国内做同位素进出口的企业也仅有同辐公司一家。到了上世纪90年代末,随着国内同位素进出口政策的放宽,做同位素进出口业务的公司多了起来,但钴-60依然在同辐公司的发展版图中占有很大的比重。

“我们给这个产品命名为CN-101,其中的CN代表中国,也代表中核集团公司。”对于这个命名,王国光很是骄傲。

技术突破——填补多项国内空白

密封源制备涉及许多技术环节,包括包壳材料的选择、封装工艺、焊接技术条件、密封表面污染检查、活度测量等。其中,焊缝质量是影响钴-60密封源质量的关键因素。

在重水堆中开发生产钴-60,是重水堆的天然性能。重水堆在满功率运行期间,有21根不锈钢调节棒组件长期插在堆芯,用来展平中子通量。如果在停堆检修时,将其换成钴-59的调节棒组件,通过中子辐照,可以生产钴-60同位素。这种生产不增加额外的燃耗,产品属于核电站运行的副产品。

同样,钴调节棒的研制也经历了一次艰难的历程。由于国外将相关技术完全封锁,缺少参考和借鉴,开发难度可想而知。中核北方发挥厂所合一的优势,在较短的研制时间里,突破了高密度钴芯块制备、钴块表面镀镍、结构件焊接、组件组装等多项关键技术,全面建立并掌握了钴调节棒组件制造工艺。在钴芯块研制过程中,钴芯块密度需达到钴金属理论密度的99%,采用常规粉末冶金工艺,很难达到该项要求。研究人员多次尝试,通过增加成型压力、增高烧结温度等方法提高钴块密度,但效果均不理想。面对该技术难题,技术人员集思广益,创新制定了粉末冶金结合高温挤压工艺制备高密度芯块的工艺方案,钴块密度达到并超过了技术条件要求。

2010年11月19日,中核集团公司科技部在北京主持召开了运输容器研制成果鉴定会。在形成的鉴定意见中指出,研制的具有自主知识产权的大容量钴-60运输容器,填补了国内空白,并达到国际大容量钴-60运输容器的同等水平。

1996年,在核电工程技术谈判期间,作为业主方的秦山三期向加拿大提出在秦山三期重水堆核电工程增加钴-60生产。但加方在工程合同价格谈判阶段取消了此项,想在合同价格之外开出更高的价格。1998年,在国家有关部门进行初步设计审查时,又提出做好同位素生产的准备。但几乎相似的原因,引进谈判失败。1999年,秦山三期组织开展了可行性研究,从理论上论证了项目自主开展的可行性。

接管此项目的同辐公司非常珍视这个机会,但同时也感到了前所未有的压力。在他们看来,管理这个项目在某种程度上来说,有些“以小博大”的意味。

目前国际上钴-60放射源活度测量通常采用的方法是依据测得的照射量率计算得出活度值。这种方法测量误差较大,容易引起争议。那时,老专家姚历农已退休在家,但为了研制万居里级钴源活度测量装置,他毅然走到科研第一线。在一年多的时间里,他带领年轻技术人员进行量热计的设计、加工和调试,研制出国内第一台大功率γ量热计,测量不确定度达到5%以内。这台装置的建立保证了钴-60放射源产品活度测量的准确性,同时也为国内提供了强放射源标定场所。

2008年,在接到设计审查获批的消息时,王国光长舒了一口气:“当时压力特别大,如果审批通不过,就意味着我们前期所有的投入都会打水漂。”

在项目自主创新和技术攻关过程中,中核集团公司不仅申请了多项国家专利,还起到了锻炼队伍的目的。项目涉及相关单位的中青年职工有100多人。在老专家和老同志的指导帮助下,这些职工在科技研发、工艺设计、生产制造、项目管理、质量管理、商务管理、成果产业化等方面得到很好的锻炼,掌握了相关本领,对集团公司相关领域和专业人才队伍的培养及快速成长发挥了积极作用。

2007年11月,同辐公司、秦山三期分别与中国核电工程有限公司签订了大容量钴-60棒束运输容器和工业用钴-60成品源运输容器设计、钴调节棒厂内运输容器的研发设计合同。

国产钴-60,无论对中核集团公司,还是对整个核技术应用领域来说,都不是“陌生人”,她的身世早已从不同的角度被解密和曝光。但是,一直以来,其产业化运作的前世今生,却仍披着面纱。

研发功能一结束,马上投入生产,拿出产品,也是这个项目的最大特点之一。从立项开始,中核集团公司对这个项目的定位就不是一个纯科研项目,而是一个产业化项目,就是要把它做成产业,最终目标是拿出产品,卖出去。而对钴源市场有丰富了解的同辐公司,知道如何让产品走向市场。

钴-60是金属元素钴的放射性同位素,可用于食品和药品杀菌、医疗用品灭菌、辐射化工、工业探伤、放射治疗等诸多领域。目前,国内工业钴-60的实际年需求量约在800万居里,项目通过验收前,全部依赖进口,由加拿大、英国和俄罗斯的供应商垄断全球市场。

工程公司虽然已完成多项如实验堆乏燃料运输容器等不同类型运输容器研发设计,但此次钴-60运输容器的研发设计,还是给项目组人员带来了挑战。钴-60放射源的活度高达40万居里,衰变热也比较大,达到6千瓦。项目组成员比喻说,这就好比一个功率是6千瓦的电炉子在燃烧。然而,容器的空腔比较小,散热面积比较小。项目组需要通过研发设计,让容器正常地把热散出去,又要防止外面失火的时候,把热传进来。

从进口到讲话 本国进口钴60放射源第叁次出海四川快乐12app官网。随着钴-60产品每个环节的推进,同兴公司也在酝酿成立。在集团公司的协调下,2010年2月,同辐公司和秦山三期签署协议,决定成立中核同兴核技术有限公司,负责国产钴-60放射源项目的运营。根据项目研发阶段的实际情况,同兴公司委托秦山三期利用其CANDU反应堆辐照钴-59调节棒,委托原子能院负责钴源的分装、旧源的回收、钴-60棒束和成品源的运输,同兴公司负责放射源的销售并为用户提供相应的技术支持和服务。

从进口到讲话 本国进口钴60放射源第叁次出海四川快乐12app官网。对于钴-60,所有用户买国外的产品已经几十年了。同辐公司知道,要想替代国外同类产品,从一开始就要参照国外技术最高指标来设计生产。而一路攻关下来,最终生产出的钴-60放射源达到了国外同类产品的先进水平。

钴-60生产中的一个重要环节是焊缝质量检查,以往采用的检查设备是潜望镜。潜望镜制造和维护成本高、定位困难、抗辐照性能差且易损坏。为了解决上述问题,科研人员研制出国内首台防辐射摄像观察装置。该装置安装在热室前墙内,摄像头本身不会直接受到辐射照射,延长了使用寿命,图像清晰并可以直接储存到计算机内,为工程建设节省了资金。

钴-60国产化项目不仅仅在设计上具有完全自主知识产权,在项目研制环节也取得了多项技术突破,填补了多项技术空白。

管理创新——集团运作和专业经营的良好实践

2010年12月8日,钴-60放射源新产品推介会在中核同兴核技术有限公司召开。会上,国内70%的用户都来到了现场。很多用户表示,一直依赖进口的放射源,现在终于可以不再受那么多的限制了。推介会后,签订合同和意向性合同达到500余万居里。

2012年,该项目通过国家验收,共申请专利30项;2013年,又获得中核集团公司科学技术一等奖,国防科学技术一等奖。自投产以来,累计销售钴源约2000万居里,收入约3亿元,打破了国外长期垄断与控制,扭转了长期以来国内钴源市场供不应求、价格奇高的局面,使供需关系得到了彻底改善。来源:中核网

虽然有压力,但在同辐公司总经理王国光的心中,对这个项目还是“心里有底”。他相信,国产化的旗帜和情结会让集团公司集合各个领域最优秀的团队来联合攻关,共同突破。他也相信,同辐公司所拥有的专业化实力,能够把这些优势资源组织好、协调好。

从进口到讲话 本国进口钴60放射源第叁次出海四川快乐12app官网。为了生产出合格的钴-60放射源产品,原子能院钴源中心科研人员进行了长期不懈的工艺探索和试验,先后研制出了钴源工装设备、焊接台架、焊缝观察装置、检漏装置、活度测量装置,进行了大量的焊接试验、焊接工艺评定以及放射源安全等级试验,使得焊接工艺和安全等级满足设计技术要求。

项目成果——就地产业化

面对这些困难和风险,如何掌控项目的进度和节奏,是同辐公司最大的压力来源。虽然每一个环节看似相对独立,但之间的质量关联度很大,一个环节的质量不过硬,直接影响下一个环节,并影响产品的最终质量。

为了节约投资,2005年3月,同辐公司与原子能院签订了“合建钴-60放射源热室协议”,共同出资合作建设热室,并将建设地点选在原子能院。工程利用原子能院已有相关建筑空地,建设3间屏蔽能力为10万居里的钴源封装热室和2个贮存能力为1000万居里的储存水池。

将不锈钢组建替换成钴调节棒,对秦山三期重水堆工程来说,也是一个不小的工程。为此,秦山三期早在设计论证早期,就进行了操作规程的准备,并根据操作规程开发出专用的工具,尤其是设计制作了一比一的模拟操作台架和模拟钴调节棒组件,开展模拟操作演练,培训了一批具有实践能力的合格操作人员。2010年5月,首批钴调节棒更换比原计划提前3天完成。

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关键词: 我国 集团 工业 规模化