РБ-057-10

     

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ,
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ И АТОМНОМУ НАДЗОРУ


ПОЛОЖЕНИЕ
О ПРОЕКТИРОВАНИИ И ИЗГОТОВЛЕНИИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК С УРАН-ПЛУТОНИЕВЫМ (МОКС) ТОПЛИВОМ

     
Дата введения 2010-05-24

УТВЕРЖДЕНО приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 24 мая 2010 г. N 406

Положение о проектировании и изготовлении тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок с уран-плутониевым (МОКС) топливом (далее - Положение) носит рекомендательный характер и не является нормативным правовым актом.

Настоящее Положение содержит рекомендации Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по проведению научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполняемых при проектировании (разработке) тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок с уран-плутониевым (МОКС) топливом и их составных частей, обоснованию проектных решений расчетно-аналитическими и экспериментальными методами, а также рекомендации по их изготовлению, порядку, методам и объему производственного контроля.

Положение распространяется на деятельность, связанную с проектированием и изготовлением тепловыделяющих элементов с таблетированным оксидным уран-плутониевым (МОКС) топливом и тепловыделяющих сборок, в состав которых входят тепловыделяющие элементы с МОКС-топливом, для атомных станций с реакторами типа ВВЭР и БН.

Положение разработано с учетом рекомендаций документов МАГАТЭ: Quality Assurance in the Procurement, Design and Manufacture of Nuclear Fuel Assemblies. IAEA Safety Guide, Safety Series No. 5-SG-QA11*.

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Выпускается впервые*.

________________

* Разработано коллективом авторов в составе Р.Б.Шарафутдинова, М.А.Непейпиво, В.А.Денисова (НТЦ ЯРБ), В.А.Неретина (Ростехнадзор).

В настоящем документе применяются следующие сокращения:

AЗ - активная зона

АС - атомная станция

БН - реактор на быстрых нейтронах

ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор

КД - конструкторская документация

НИР - научно-исследовательская работа

НТД - нормативно-технический документ

ОКР - опытно- конструкторская работа

ОТК - отдел (служба) технического контроля

РКД - рабочая конструкторская документация

РУ - реакторная установка

СУЗ - система управления и защиты

ТВС - тепловыделяющая сборка

твэл - тепловыделяющий элемент

ТД - технологическая документация

ТЗ - техническое задание

ТУ - технические условия

I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1. Положение о проектировании и изготовлении тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок с уран-плутониевым (МОКС) топливом (далее - Положение) входит в число руководств по безопасности, носит рекомендательный характер и не является нормативным правовым актом.

2. Настоящее Положение содержит рекомендации Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (далее - Ростехнадзор) по проведению научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполняемых при проектировании (разработке) твэлов, ТВС с уран-плутониевым (МОКС) топливом и их составных частей, обоснованию проектных решений расчетно-аналитическими и экспериментальными методами, а также рекомендации по их изготовлению, порядку, методам и объему производственного контроля.

3. Настоящее Положение распространяется на проектирование и изготовление твэлов с таблетированным оксидным уран-плутониевым (МОКС) топливом (далее - твэлы) и ТВС, в состав которых входят твэлы с МОКС-топливом (далее - ТВС), для АС с реакторами типа ВВЭР и БН.

4. Термины и определения приведены в приложении N 1 к настоящему Положению.

II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТВЭЛОВ И ТВС

Общие положения

5. Проектирование (разработка) твэлов, ТВС и их составных частей в общем случае предусматривает:

- разработку ТЗ на ОКР;

- проведение ОКР, включающей разработку технической документации (КД и ТД), изготовление и испытание опытных образцов, приемку результатов ОКР;

- постановку на производство, включающую подготовку и освоение производства, изготовление установочной серии и квалификационные испытания.

6. При проектировании твэлов, ТВС и их составных частей учитываются исходные требования к РУ, АЗ и ее составным частям (системе управления и защиты, ее рабочим органам, поглощающим элементам, источникам нейтронов, измерительным твэлам и т.д.), которые устанавливаются ТЗ на ОКР.

7. Требования к комплектности научно-технической, проектной, конструкторской и технологической документации и ее оформлению устанавливаются федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии, государственными и отраслевыми стандартами, стандартами организаций и иными НТД.

8. Все работы по проектированию твэлов, ТВС и их составных частей являются объектами деятельности по обеспечению качества.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

9. НИР проводятся как до начала ОКР, так и на стадии ОКР.

10. Теоретические и экспериментальные исследования при проектировании твэлов, ТВС и их составных частей включают: разработку и построение моделей состояния и поведения твэлов и ТВС при эксплуатации в РУ; получение и обоснование данных по эксплуатационным характеристикам твэлов и ТВС и их изменению при эксплуатации в АЗ; обоснование допущений; выявление необходимости проведения экспериментов для подтверждения теоретических исследований и проверки правильности принятых технических и конструкторско-технологических решений и получения конкретных значений параметров, необходимых для проведения расчетов; разработку методики экспериментальных исследований; подготовку моделей (макетов, экспериментальных образцов); проведение экспериментов; сопоставление результатов эксперимента с теоретическими исследованиями; корректировку, при необходимости, теоретических моделей исследований.

11. При проектировании твэлов, ТВС и их составных частей учитываются нагрузки, процессы и воздействия, которые возникают при их эксплуатации в АЗ, проведении контроля при эксплуатации, установке и выгрузке из АЗ, хранении, транспортировании, осмотре, проведении испытаний и производственном контроле. Свойства твэлов и ТВС анализируются с учетом максимально допустимых нагрузок и воздействий.

12. К основным нагрузкам и воздействиям на твэлы, возникающим при их эксплуатации в составе ТВС в АЗ, которые могут привести к изменению геометрии и формы твзлов, накоплению повреждений в оболочке, разгерметизации оболочки и отказу твэла, относятся:

- перегревы оболочки твэла вследствие ее окисления и отложения продуктов коррозии, а также локальных неравномерностей охлаждения твэлов;

- термомеханические напряжения, обусловленные градиентом температур и различными коэффициентами термического расширения топливного сердечника и оболочки;

- термомеханические воздействия вследствие асимметрии температурных полей из-за неравномерности нейтронного потока и несимметричности теплосъема;

- фрикционное взаимодействие топливного сердечника и оболочки;

- коррозионные и фреттинг-коррозионные воздействия со стороны теплоносителя;

- механическое воздействие на оболочку распухающего топливного сердечника;

- давление газообразных продуктов деления под оболочкой твэла;

- коррозионное воздействие со стороны агрессивных по отношению к оболочке продуктов деления;

- нейтронное облучение, приводящее к изменению механических свойств и структуры материалов.

13. При конструировании твэлов и их составных частей учитывается следующее.

Для режима нормальной эксплуатации и переходных процессов:

- распределение температуры внутри оболочки твэла, теплопередача между таблеткой и оболочкой, распределение температуры в топливе;

- изменение структуры топлива;

- взаимодействие таблетки с оболочкой твэла;

- распухание и уплотнение таблеток, влияние эффекта уплотнения таблеток на линейную плотность энерговыделения и теплоперенос (для ВВЭР);

- возникновение напряжений в оболочке, деформации и увеличение ее объема, удлинение оболочки вследствие облучения;

- изменение размеров и геометрии твэлов (прогиб, распухание, удлинение, коробление);

- взаимодействие конструкционных элементов твэлов, ТВС и теплоносителя;

- усталостные явления в конструкционных элементах твэлов;

- окисление и наводораживание (гидрирование) оболочки твэла (для ВВЭР);

- выделение газообразных продуктов деления и зависимость от выгорания и истории облучения;

- коррозия внутренней и внешней поверхности оболочки твэла (в том числе фреттинг-коррозия), формирование слоев продуктов коррозии и влияние коррозии на теплопередачу.

При нарушениях нормальной эксплуатации, включая проектные аварии:

- взаимодействие между элементами твэлов и ТВС;

- распределение температуры и окисление оболочки твэла (для ВВЭР);

- распухание и уплотнение топлива;

- взаимодействие материала оболочки твэла с водой (для ВВЭР).

14. При конструировании твэлов также учитываются возможные при изготовлении отклонения геометрии и формы твэла, несплошность оболочки и топливного сердечника, отклонения от номинальных значений содержания легирующих элементов в материалах и состав топлива.

15. Обоснование проектных решений включает подтверждение расчетными или экспериментальными методами выполнения следующих условий.

При нормальной эксплуатации и нарушениях нормальной эксплуатации:

- не происходит разрушения оболочки твэла с образованием осевого зазора (неплотности);

- температура топливных таблеток и оболочки не превышает предельную температуру топлива, обусловленную температурой плавления и зависящую от выгорания;

- предельное внутреннее давление газов, вызванное образованием и выделением газообразных продуктов деления и повышением давления в твэле, не превышает давление теплоносителя, если только не продемонстрировано, что внутреннее давление в твэле не окажет недопустимого воздействия на поведение твэла;

- предельная линейная мощность твэла не превышает установленных величин;

- величина скачка мощности, определяемая как разность между локальной линейной нагрузкой в твэле в конце и начале цикла нагружения, не превышает установленных пределов;

- деформации оболочки твэла, т.е. прогиб твэла, его искривление, удлинение диаметра оболочки твэла, удлинение оболочки, уплотнение и распухание твэла не превышают предельные деформации;

- изменения диаметра твэла ограничиваются предельным значением, обеспечивается работоспособность в дистанцирующих решетках с требуемой силой трения, фреттинг-коррозия и фреттинг-износ оболочки ограничиваются допустимыми значениями, теплогидравлические характеристики обеспечивают надежный теплосъем;

- повреждения, вызванные взаимодействием топлива с оболочкой, не превышают значений, установленных с учетом напряжения, вызванного коррозией;

- окружные напряжения в оболочке не превышают порогового напряжения, при котором исходный (допустимый при изготовлении) технологический дефект не подрастает и оболочка не накапливает повреждений;