防止核洩漏尖端部件,C型密封環有多難造?中國如何突破美國壟斷

2017年年底,日本三菱綜合材料數據造假事件突發,在新聞發佈會上,公司高管向全社會鞠躬道歉,以回應大眾激烈的抨擊。三菱綜合材料承認他們對不合格的產品篡改數據,以達到使產品順利流出的目的,而且這些問題產品流向了航空、汽車和機電等眾多行業,最嚴重的是,日本關西電力公司旗下的兩座核電站,核反應堆使用了來自三菱的造假“密封圈”,這導致兩座核電站直到現在仍有潛在的安全風險。

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十三年前,秦山核電站針對核反應堆的密封墊片部件,對外展開了一次招標工作,當時一家名為“寧波天生密封件”的公司,以極大的優勢在與美國企業的周旋中取勝。但誰也沒有想到,隨後秦山核電站直接更改了中標結果,還是決定採用來自美國企業的零件,而這種結果,不僅讓寧波天生的高級工程師勵行根感到氣憤,而且秦山核電站的工作人員也感到憋屈,因為這家美國企業以“不再提供C型密封環”為由,強行要求秦山核電站採用他們的密封墊片等零件。

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在當時如果C型密封環被卡脖子,對於秦山核電站或者全中國的核電站來說,無疑是致命的打擊。當時除了美國外,中國乃至全世界沒有一家企業能夠生產這個“小鐵環”,在長達半個多世紀裡,我國也一直依賴進口,那麼C型密封環到底是什麼,為什麼核電站離不開它呢?

核洩漏一直是困擾各國核電的一個世界難題,目前核電站反應堆都設置了三道安全屏障,首先第一道防護是燃料包殼,它將鈾、鈈等核燃料用金屬鋯包裹起來。第二道防護是壓力容器,它是用來存放核燃料棒堆的。第三道防護便是核電站的鋼鐵混凝土廠房,廠房“內安全殼”由6毫米的鋼襯和超1米厚的混凝土構成,外安全殼也是混凝土澆築而成,用於防止外力的撞擊。這三道安全屏障便是防止核洩漏的關鍵所在。

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而第二道屏障、放置核燃料堆的壓力容器,可以分為上方的筒蓋和下方的筒體兩部分,而筒蓋和筒體的結合面,就必須用到C型密封環進行密封。當核反應堆運轉時,會釋放出大量的熱量,使得容器內產生高溫高壓,當容器膨脹時,這時筒蓋和筒體就會發生分離,此時C型密封環也會受到拉伸。當關閉核反應堆時,筒蓋和筒體恢復原狀,此時C型密封環還要具備記憶功能跟著恢復原狀,最終達到防止核洩漏的效果。

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可見直徑長達數米的金屬密封環有多難造,在長達半個多世紀裡,C型密封環的加工工藝一直被美國少數企業壟斷,這種關係到核電站安全運行的重要部件,我國一直被迫高價進口,這嚴重影響了國產核電設備的自主化進程,也使得開始美國企業有著舉足輕重的談判籌碼。當時任寧波天生密封件工程師的勵行根,在知曉美國企業的做法後,向在場的人員保證:

“五年內,我一定要將這個密封環攻克下來,即使是傾家蕩產”。

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也正是在當年,勵行根帶領天生公司的研發團隊,開始著手O型密封環和C型密封環的研發,在數年時間內,勵行根團隊對密封環的密封機理、材料選擇和製造工藝,進行了無數次研究試驗,直到2011年勵行根團隊終於在技術上取得了突破。

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2015年國產第一個C型密封環,從勵行根手中、從寧波天生密封件公司中,走進了秦山核電站方家山的1號核電機組,中國國產C型密封圈開始投入到商用。從2015年12月至2016年9月的一個使用週期內,國產C型密封環的成敗還尚未可知,當1號機組換料停堆時,在中核核電、天生公司等一大批企業的見證下,國產首個C型密封環被緩緩取出,在專家組的驗證過後,C型密封環內環和外環沒有任何破損,完全符合核電站的運行標準,水平達到世界先進,部分指標處於全球領先,這標誌著中國成為繼美國後第二個能造C型密封環的國家。

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隨著國產C型密封環的商用,這類尖端部件的單套售價,已經從10年前的三四百萬元,降低到了現在的30萬,降幅直接達到了90%,而且在工藝成熟、性能、質量和壽命上,國產密封環已經符合華龍一號的密封環設計要求,這極大推進了中國核電裝備的國產化進程。

勵行根為研製密封環已經花去了三十多年的時間,他也因此獲得了國家科技進步二等獎。如今秦山核電站、連雲港核電站和廣東核電站70%以上的設備,都裝載上了國產密封圈,作為核電站一級設備的關鍵零件,C型密封環是防止核洩漏的重要保障。隨著我國核電步入第三代,在核心部件上補齊短板,中國核安全才能不受制於人。


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