在上海核工程研究设计院股份有限公司( 简称上海核工院 ),有那么一群致力于核电设备关键技术研发的奋斗者和核电设备安全保障的护航者。他们将“引领设备技术,铸就国之重器”的文化使命根植于心,将“主动、担当、合作、宽容、高远”的工作理念作为名片,开拓创新、砥砺前行。也是他们,秉持助推核能安全发展初心,直面行业痛点,攻坚克难,厚积薄发,终在重要设施缺陷检测和激光焊接修复技术领域掌握关键核心技术。
从无到有,堆内构件水下检修技术自主研发
上世纪90年代,我国核电事业遭遇了一场前所未有的挑战。秦山核电站在某次换料过程中,意外发现反应堆堆内构件围板螺钉脱落。由于缺乏自主维修保障能力和技术,电厂不得不停运,造成了经济损失。这一事件不仅对核电站的安全构成了直接威胁,更暴露了我国在核电关键设备维修技术方面的不足。我国第一代自主核电站的设计者们深刻理解到,只有掌握核心技术,才能确保核电站的安全稳定运行,进而保障国家的能源安全。
在这样的背景下,上海核工院水下智能检修团队应运而生。2004年,团队向国防科工委申报并成功获批了“堆内构件水下维修技术研究”课题,正式开启了核电水下检修技术的自主化研发之路。在随后的十多年里,团队成员面对高放射性环境及超10米深水下的远程维修等技术难题,不畏艰险,勇于探索,坚持自主研发,最终攻克了水下高放射性复杂环境下的设备输送、电火花加工、攻丝、吸尘、局部干法熔化极气体保护焊接及远程自动控制等一系列关键核心技术,打造出堆内构件水下维修能力及配套维修设备,为我国水下复杂环境检修技术奠定了扎实的基础。
聚焦痛点,核电站乏燃料水池缺陷精确检测识别
核电站乏燃料水池是用于贮存高放射性乏燃料的关键设施,机组运行后大量乏燃料存放于水池。2011年,日本福岛事故暴露出核电站乏燃料水池运行安全的重要性。2018年,法国多个核电机组乏燃料水池覆面出现裂纹的报道进一步引发了公众对核电运行安全的广泛关注。
上海核工院水下智能检修团队以保障核电安全运行为己任,依托国家能源局核电重大科技专项课题,与国内知名高校、企业等研究机构紧密合作,围绕核电水下缺陷在役检测及评估技术难题展开系统攻关。
在技术研发的征途上,团队成员展现出了极高的专业素养和坚韧不拔的奋斗精神。他们不畏艰难,勇于探索,通过广泛调研、大胆假设、严谨分析和小心求证,在水下放射性环境缺陷检测领域创新引入交流电磁场(ACFM)检测技术。为了确保技术的适用性及可靠性,团队成员通力合作,各司其职,通过多轮设计—仿真迭代,最终成功研制出小型浮游爬壁式ACFM缺陷检测设备。
为了验证设备性能,团队成员无惧三九严寒,前往试验现场,在寒夜中坚守岗位,从夜幕降临直至晨光初现,不畏刺骨的寒风和冰凉的池水。追求卓越成为团队克服困难、持续前进的不竭动力。经过一系列设计迭代、细致分析和试验验证,团队最终克服了重重困难,成功开发出了适用于核设施水下全方位、多结构、非接触、高精度的缺陷检测技术,能够对发丝级别的微小缺陷进行精确识别。这一成果不仅标志着团队在核设施水下缺陷检测领域取得了重大技术突破,更意味着关键技术的自主可控,为核电站的安全运行提供了坚实的技术保障。
填补空白,乏燃料水池水下激光焊接修复领域新突破
对于团队成员而言,乏燃料水池水下缺陷检测技术的成功研发只是旅程上的一个里程碑,接下来他们需要继续努力,砥砺前行,进一步研发水下高质量焊接修复技术,为核设施安全运行提供保障。
团队成员在面对乏燃料水池内检修的多重挑战时,展现了他们卓越的创新能力和跨学科技术整合的才能。他们成功融合了海洋潜水浮游技术、自动化协同作业技术及激光焊接技术,创新研发了一套集成式一体化激光焊接修复系统。系统采用浮游器与机械臂协同作业,实现了对乏燃料水池的全方位覆盖,并确保了焊接末端的刚度、稳定性和运动精度。
为了适应水下放射性环境的特殊要求,团队开发了一系列创新设备,包括推拉丝远程送丝设备、水下激光焊接—拉丝—视觉集成密封设备以及水下激光焊接排水装置,实现了高度集成、全程的视频监控、件数监测以及自适应的稳态排水等功能,极大地提升了水下焊接修复的安全性和可靠性。
在水下焊接修复工艺的研究道路上,团队成员们展现了对技术细节的极致追求。他们不仅深入探究了国内外水下焊接的最新进展,还通过详尽的分析和严格的论证,进行了多水深、多参数的耦合实验。在此过程中,团队不断调整和完善焊接工艺,最终成功研发出了一种适用于全水深、多参数耦合的多层多道激光填丝焊接技术。该技术创新采用原位激光重熔处理集合保护气体成分(N2)比例调控,显著提高了水下焊接接头的耐腐蚀性,确保了焊接质量,有效解决了核设施水下高质量修复的难题。经第三方权威机构检测,焊接试件的成形质量优于建造标准,为核设施的安全运行和维护提供了坚实的技术支撑。
厚积薄发,核设施检修技术成果创丰收
团队通过自主创新取得了显著成果,申请发明专利20余项,获《用于乏燃料水池水下焊接修复装置》等6项发明专利授权,发表高水平论文13篇(SCI收录3篇,EI收录2篇),技术自主可控,经足球竞彩网鉴定,达到国际先进水平,对我国核电特种维修领域学科建设、技术进步和行业发展起到了至关重要的示范作用。“基于交流电磁场感应和激光焊接的核设施水下缺陷检测和维修技术”项目荣获2023年度足球竞彩网科技进步一等奖。
面向未来,研发团队有着更高远的目标,他们将继续秉承“自力更生、艰苦奋斗,科学严谨、敢为人先,团结协作、为国争光”的“国之光荣”精神,紧扣前沿技术研发需求,聚焦关键核心技术攻关,引领和推动核电设备技术的发展,为国家能源安全和可持续发展做出更大贡献。