實(shí)現(xiàn)核級(jí)鋯材國(guó)產(chǎn)化與自主化的可行性分析

馬文婷 國(guó)核寶鈦鋯業(yè)股份公司

一、綜述

眾所周知，核反應(yīng)堆需要核燃料，無(wú)論是壓水堆還是重水堆，都是將可裂變的核燃料（氧化鈾或氧化鈾/氧化钚混合物）密封包覆在鋯合金包殼內(nèi)制成燃料棒，進(jìn)而組裝為燃料組件裝入堆中使用。制造燃料組件必須用核級(jí)鋯材作結(jié)構(gòu)材料，包括燃料棒的包殼管、端塞、定位格架、導(dǎo)向管、燃料管道等。因此，用核作為能源動(dòng)力的燃料中都離不開(kāi)核級(jí)鋯材。同時(shí)，鋯材還可在航空及化工領(lǐng)域有所應(yīng)用。

核級(jí)鋯材在國(guó)際上也是數(shù)據(jù)敏感、重要的戰(zhàn)略物資，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ洚a(chǎn)品賦予了極高的技術(shù)要求和質(zhì)量要求。世界上核電技術(shù)和規(guī)模領(lǐng)先的國(guó)家基本都擁有自己的核級(jí)鋯材制造體系和生產(chǎn)企業(yè)，包括美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等。我國(guó)的核級(jí)鋯材產(chǎn)業(yè)由于多種因素，發(fā)展較為緩慢。產(chǎn)業(yè)體系和技術(shù)體系很長(zhǎng)時(shí)間都處于分散、薄弱的狀態(tài)，也成為其他國(guó)家制約我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的籌碼。

在2009年后，我國(guó)核電大力發(fā)展的背景下，核級(jí)鋯材產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，目前，全面實(shí)現(xiàn)核級(jí)鋯材的國(guó)產(chǎn)化與自主化供應(yīng)已極具可行性，并且十分迫切和必要。

二、核級(jí)鋯材產(chǎn)業(yè)體系全面建設(shè)完成

在國(guó)家AP1000三代核電引進(jìn)之際，同步從美國(guó)引進(jìn)了完整的核級(jí)鋯材制造技術(shù)。陜西寶雞國(guó)核鋯業(yè)作為核級(jí)鋯材制造技術(shù)指定的接收單位，在國(guó)家有關(guān)部門(mén)的支持下，于2012年全面建成包含核級(jí)海綿鋯、坯料及管棒材產(chǎn)品的我國(guó)首條完整、規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)體系。近年來(lái)，該生產(chǎn)線已為我國(guó)多個(gè)工程項(xiàng)目及反應(yīng)堆提供了鋯材產(chǎn)品。生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。除此之外，國(guó)家也有其他分散的產(chǎn)業(yè)鏈布局。

三、核級(jí)鋯材技術(shù)體系系統(tǒng)提升

核級(jí)鋯材產(chǎn)品使用領(lǐng)域?qū)Ｓ眯詮?qiáng)，每個(gè)技術(shù)堆型的機(jī)組對(duì)應(yīng)的核級(jí)鋯材要求都有所不同。我國(guó)核電技術(shù)類(lèi)型極為復(fù)雜，代表性的有法國(guó)AFA 2/3G組件、俄羅斯VVER組件、美國(guó)AP1000組件等。這與國(guó)外極為不同，其他國(guó)家所采取的核電技術(shù)基本都為單一性的技術(shù)。這種狀況加劇了我國(guó)鋯材技術(shù)研究和應(yīng)用的難度。

以國(guó)核鋯業(yè)為我國(guó)先進(jìn)鋯材制造能力代表的企業(yè)之一，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)與自有技術(shù)的結(jié)合，汲取我國(guó)長(zhǎng)期鋯材加工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)已全面掌握了海綿鋯制造到最終成品材的全產(chǎn)業(yè)加工技術(shù)，徹底改變了我國(guó)部分技術(shù)長(zhǎng)期空白的歷史局面。同時(shí)，國(guó)核鋯業(yè)建有國(guó)家級(jí)鋯材研發(fā)中心，吸引了國(guó)內(nèi)研究技術(shù)領(lǐng)先的科研院所成為戰(zhàn)略伙伴。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌業(yè)內(nèi)優(yōu)勢(shì)資源，通過(guò)自我研制與聯(lián)合攻關(guān)，為我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品技術(shù)的開(kāi)發(fā)開(kāi)展了大量成效性工作，自主化的產(chǎn)品已開(kāi)展入堆驗(yàn)證工作。伴隨著國(guó)家整體核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)遇，國(guó)核鋯業(yè)把握住了技術(shù)先機(jī)與優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為目前世界上核級(jí)鋯材制造技術(shù)體系最復(fù)雜、種類(lèi)最繁多的企業(yè)，可滿(mǎn)足多種技術(shù)堆型對(duì)核級(jí)鋯材的不同需要。

四、核級(jí)鋯材在國(guó)內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用空間

截止2019年9月，我國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組達(dá)到了47臺(tái)。根據(jù)后續(xù)核電發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)未來(lái)中期的核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬(wàn)千瓦以上。目前已運(yùn)行的機(jī)組每年對(duì)核級(jí)鋯材需求量已達(dá)到了450噸左右，后續(xù)還會(huì)隨著核電機(jī)組的增加而不斷增加。

表 我國(guó)2019-2025年核級(jí)鋯材產(chǎn)品需求量預(yù)計(jì)（噸）

盡管我國(guó)對(duì)核級(jí)鋯材的總體需求已形成規(guī)?；蠖鄶?shù)核電業(yè)主對(duì)國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的信心仍不充足，配套驗(yàn)證的手段和技術(shù)也相對(duì)薄弱，導(dǎo)致了我國(guó)目前所使用的鋯材產(chǎn)品大多數(shù)還都是依賴(lài)進(jìn)口。2019年，AP1000三代核電技術(shù)依托項(xiàng)目海陽(yáng)核電已完成全國(guó)產(chǎn)化燃料組件的采購(gòu)工作，預(yù)計(jì)將在2020年正式進(jìn)入堆芯，這將是我國(guó)全流程自主生產(chǎn)的核級(jí)鋯材產(chǎn)品首次入堆的重要節(jié)點(diǎn)，有望開(kāi)啟核級(jí)鋯材全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化制造供應(yīng)的新局面。實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)品供應(yīng)，不僅有助于核電業(yè)務(wù)采購(gòu)供應(yīng)鏈的穩(wěn)定可靠，有利于降低長(zhǎng)期的采購(gòu)成本，也有助于擺脫和緩解其他國(guó)家對(duì)核電技術(shù)與產(chǎn)品供應(yīng)服務(wù)的制約性因素，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

五、結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家以及企業(yè)都為核級(jí)鋯材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展投入了較大資源，克服了極大的障礙，如今所取得的成果來(lái)之不易。核級(jí)鋯材產(chǎn)品的特殊用途也決定了其真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的周期比普通產(chǎn)品和物資要漫長(zhǎng)許多。但是，經(jīng)過(guò)近十年的產(chǎn)業(yè)建設(shè)、技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品驗(yàn)證，國(guó)家培育了一批具有世界水平的代表性企業(yè)，并已經(jīng)具備了自主供應(yīng)的條件和能力，這使我國(guó)全面實(shí)現(xiàn)核級(jí)鋯材國(guó)產(chǎn)化與自主化供應(yīng)不再是空談，而成為極其可行的事情。相信在核電業(yè)主及產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)的支持與協(xié)作下，核級(jí)鋯材將會(huì)真正為我國(guó)建設(shè)核電強(qiáng)國(guó)提供重要的產(chǎn)業(yè)保障與支持。