ОФИЦИАЛЬНЫЕ ДОКУМЕНТЫ Федеральная служба
ПОЛОЖЕНИЕ
РБ-057-10
Москва 2010 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. Выпускается впервые1. _____________ 1 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 ПРИМЕНЕНИЯ1. 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 № 1 к настоящему Положению. II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТВЭЛОВ И ТВСОбщие 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 AЗ; 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 AЗ, проведении контроля при эксплуатации, установке и выгрузке из AЗ, 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 AЗ, которые могут привести к изменению геометрии и формы твэлов, 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, фреттиг-коррозия и фреттинг-износ оболочки ограничиваются допустимыми значениями, тепло-гидравлические 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; § расчетная вязкопластическая деформация не превышает пороговой вязкопластической деформации, накапливаемой оболочкой в процессе эксплуатации; § максимальное эквивалентное напряжение в оболочке твэла не превышает предела текучести материала оболочки; § обеспечивается сохранение окружной устойчивости оболочки, расчетное предельное наружное напряжение, вызывающее потерю устойчивости оболочки, не превышает давления теплоносителя; § накопленная суммарная повреждаемость оболочки твэла под действием длительных циклических и статических нагрузок не превышает предельного значения повреждаемости; § толщина оксидной пленки на внешней поверхности оболочки и концентрации гидридов (для ВВЭР) на конец компании топлива не превышает установленного предельного значения; § фреттинг-коррозия оболочек не приводит к недопустимому снижению прочности и повреждению целостности оболочек в течение всего срока эксплуатации твэлов. При проектных авариях (включая аварии с потерей теплоносителя и аварии с быстрым увеличением реактивности): § ограничиваются параметры процессов, которые могут привести к деградации твэла, не совместимой со стержневой геометрией, или вызвать дополнительный выход механической энергии; § охрупчивание оболочки твэла ограничивается допустимыми величинами, максимальная глубина локального окисления оболочки, максимальная температура оболочки не превышают установленных величин (для ВВЭР); § доля прореагирующего с паром циркония в АЗ не превышает установленных величин (для ВВЭР); § температуры топлива не превышает температуры плавления (зависящей от выгорания); § при аварии, вызванной возрастанием реактивности, величина энтальпии не превышает величину максимальной усредненной по сечению (среднерадиальной) энтальпии топлива в любой точке АЗ. 16. При разработке конструкции ТВС и их составных частей рассматриваются следующие нагрузки и воздействия: § гравитационные нагрузки; § гидравлические нагрузки, возникающие в результате выталкивания ТВС; § динамические нагрузки, возникающие из-за вибраций при прохождении теплоносителя через АЗ; § механические напряжения конструкционных элементов ТВС и их соединений, возникающие вследствие взаимодействия конструкционных элементов твэлов и ТВС, ТВС и теплоносителя в условиях давления теплоносителя; § термические напряжения от теплового потока; § циклические и термоциклические нагрузки, возникающие при изменениях мощности РУ; § нагрузки, возникающие при падении рабочих органов системы управления защитой, в том числе при ударном взаимодействии; § осевые и поперечные нагрузки, возникающие при нарушении нормальной эксплуатации, в частности, при аварии, связанной с потерей теплоносителя и землетрясении. 17. При проектировании ТВС и их составных частей рекомендуется учитывать следующее. Для режима нормальной эксплуатации и переходных процессов: § механические напряжения конструкционных элементов ТВС и их соединений, возникающие при облучении и повышении давления теплоносителя; § взаимодействие конструкционных элементов твэлов, ТВС и теплоносителя; § характеристики ударного взаимодействия; § вибрационные нагрузки; § изменение размеров и геометрии ТВС (изгиб, деформация конструкционных элементов); § изменение геометрии размещения твэлов; § прочность конструкционных элементов ТВС при осевом и поперечном сжатии; § усталостные явления в конструкционных элементах ТВС. При нарушениях нормальной эксплуатации, включая проектные аварии: § взаимодействие между элементами ТВС и АЗ; § закупоривание ТВС; § взаимодействие материала конструкционных элементов ТВС с водой (для ВВЭР). 18. На этапе проектирования твэлов ТВС исследуются следующие характеристики процессов и явлений: § температуры плавления топлива, оболочки, дистанционирующих элементов для всех условий эксплуатации и при проектных авариях; § температуры начала физико-химического или металлургического взаимодействия между топливом и оболочкой, теплоносителем и оболочкой, топливом и теплоносителем; § совокупности величин, определяющих кризис теплоотвода (для ВВЭР); § величины давления потери устойчивости оболочки, включая потерю устойчивости вследствие ползучести; § величины напряжения коррозионного растрескивания и глубина прорастания трещины в оболочке; § величины коррозии со стороны теплоносителя, включая локальное окисление при нормальных условиях эксплуатации; § величины окисления оболочки и доли прореагировавшего циркония при проектной аварии (для ВВЭР); § величины деформации, в том числе при проектной аварии, по предельному напряженному состоянию и по длительной прочности материала оболочки; § количество и величины циклических, реверсивных и односторонних деформаций; § величины динамических нагрузок, в том числе при максимальном расчетном землетрясении. 19. Для конкретной РУ, конфигурации АЗ, типа топливной загрузки, типов твэла и ТВС устанавливаются и обосновываются указанные ниже пределы и ограничения, определяющие условия выполнения требований к твэлам и ТВС, установленных федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии: § глубина выгорания ТВС, твэла и таблетки (средние и максимальные значения); § максимальный флюенс быстрых нейтронов, максимальная повреждающая доза (для БН); § линейная тепловая нагрузку на твэл (средняя, максимальная); § предельная линейная мощность твэла, допустимое значение скачка линейной нагрузки в твэле; § максимальная усредненная по сечению (среднерадиальная) энтальпия, предельная энтальпия твэла при проектных авариях; § максимальная температура топлива, оболочки твэла, температурное распределение при нормальной эксплуатации и при нарушении нормальной эксплуатации, включая проектные аварии; § предельные напряжения, тепловые и механические нагрузки элементов конструкции твэла (в том числе максимальные напряжения в оболочке твэла, его упругость и эластичность, максимальное эквивалентное напряжение в оболочке твэла, гидравлические нагрузки, усталостная прочность оболочки); § предельно допустимая неупругая деформация оболочки твэла; § предельное давление газов под оболочкой твэла; § предельные величины деформации элементов конструкции твэла и ТВС (допустимый диапазон изменения диаметра оболочки твэла, длины твэла, допустимые изменения геометрии твэла, каркаса ТВС); § максимальная глубина окисления оболочки твэла (для ВВЭР); § предельное охрупчивание оболочки твэла при проектных авариях (для ВВЭР). 20. Обосновываются также продолжительность работы ТВС на номинальном уровне мощности между перегрузками, срок службы и срок хранения ТВС от момента изготовления до установки в РУ. 21. Количественные значения устанавливаются с коэффициентами запаса, которые определяются в ходе расчета с учетом погрешности методик, программ и расчетов, экспериментальным путем с учетом технологических допусков при изготовлении твэлов и ТВС, а также на основании опыта эксплуатации РУ с рассматриваемыми или аналогичными видами ядерного топлива. 22. Технические и конструкторско-технологические решения обосновываются расчетно-аналитическими и (или) экспериментальными исследованиями и подтверждаются результатами эксплуатации на АС. 23. Расчетно-аналитические исследования, проводимые при проектировании твэла и ТВС, включают получение и обоснование данных по эксплуатационным характеристикам твэлов и ТВС и их изменению при эксплуатации в АЗ, определение ресурса работы, анализ состояния при различных аварийных ситуациях. 24. Расчеты проводятся с использованием математических моделей, разработанных на основе фундаментальных физических законов, результатов исследований процессов и явлений, протекающих в АЗ и во внутритвэльной среде, а также свойств топливных и конструкционных материалов. 25. Экспериментальные исследования проводятся с целью отработки конструкции твэлов, ТВС и их составных частей, проверки работоспособности твэлов и ТВС, обоснования показателей надежности, исследования изменения свойств материалов при облучении и изучения эксплуатационных характеристик твэлов и ТВС. 26. Экспериментальные исследования включают: § механические испытания экспериментальных и опытных образцов твэлов и ТВС на стендах, имитирующие рабочие условия эксплуатации, испытания в ампульных устройствах; § испытания экспериментальных образцов в условиях облучения, приближенных к реальным условиям эксплуатации, проводимые в экспериментальных реакторных петлях, исследовательских реакторах, реакторные испытания экспериментальных и опытных образцов твэлов и ТВС в АЗ реакторов энергетических установок. 27. Для проведения экспериментальных исследований на этапах подготовки эскизного и технического проектов разрабатываются, изготавливаются и испытываются макеты и экспериментальные образцы твэлов, ТВС и их составных частей. 28. Программы и методики испытаний макетов и экспериментальных образцов твэлов и ТВС разрабатываются в соответствии с требованиями НТД. 29. Механические испытания и испытания в ампульных устройствах проводятся с целью экспериментального исследования механических свойств конструкционных элементов ТВС (поперечная, продольная прочность, прочность на скручивание, износ, изгибная жесткость, ударо- и вибростойкость), изменений механических свойств, геометрии и размещения решетки ТВС в условиях, имитирующих реальные условия эксплуатации, исследования поведения ТВС в условиях вибрации и при гидравлических нагрузках, износа конструкционных элементов ТВС, определения протечек через уплотнения хвостовиков и т.д. 30. Испытания образцов твэлов и ТВС в условиях облучения проводятся с целью исследования изменения свойств топлива и конструкционных элементов твэлов и ТВС под воздействием излучения, установления предельных значений деформаций при распухании и изгибе твэлов, распухании и деформации ТВС; исследования процессов отложения продуктов коррозии, релаксации поддерживающей пружины и пружин решетки ТВС (для ВВЭР). 31. Реакторные испытания экспериментальных и опытных образцов твэлов и ТВС в РУ и их исследования после испытаний проводятся с целью экспериментального подтверждения свойств конструкционных элементов ТВС и их изменений в реальных условиях эксплуатации. Испытания проводятся по программам и методикам реакторных испытаний и исследований экспериментальных и опытных образцов. 32. Программа проведения испытаний экспериментальных и опытных ТВС в АЗ действующих АС разрабатывается в соответствии с требованиями НТД и включает следующую информацию: § цель проведения испытаний, перечень работ и их описание с указанием места их проведения (блок АС, хранилище ядерного топлива и т.д.); § описание программ и методик испытаний и исследований, в том числе после извлечения ТВС из АЗ; § обоснование ядерной и радиационной безопасности при проведении испытаний, описание технических и организационных мер по обеспечению ядерной безопасности; § теплогидравлические и нейтронно-физические расчеты АЗ с испытываемыми ТВС; § критерии и контроль правильности завершения ядерно-опасных работ; § описание технологии транспортно-технологических операций; § сведения о внесении изменений в проектную, конструкторскую, технологическую и эксплуатационную документацию (технологического регламента эксплуатации блока АС); § указание о назначении ответственного лица за проведение ядерно-опасных работ. 33. При опытно-промышленной и промышленной эксплуатации РУ подтверждаются данные, характеризующие механические и прочностные свойства твэлов и ТВС, прогноз изменения этих свойств в условиях эксплуатации, а также данные, характеризующие скорости окисления и осаждения продуктов коррозии и т.д. 34. Рекомендуемые методы обоснования функциональных требований к ТВС при нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации АЗ и при нагрузках, возникающих вне АЗ (изготовлении, хранении и транспортно-технологических операциях) представлены в приложении № 2 к настоящему Положению. 35. Рекомендуемые методы обоснования функциональных требований к твэлам при нормальной эксплуатации АЗ, нарушениях нормальной эксплуатации (авариях) и при нагрузках, возникающих вне АЗ (изготовлении, хранении и транспортно-технологических операциях) представлены в приложении № 3 к настоящему Положению. Испытания опытных образцов, подготовка и освоение производства 36. С целью оценки и контроля качества результатов, полученных на определенных этапах ОКР, изготавливаются опытные образцы (опытная партия) твэлов и ТВС, которые затем подвергаются контрольным испытаниям по категориям предварительных и приемочных испытаний. 37. К началу проведения испытаний завершают мероприятия по их подготовке, предусматривающие: § проверку наличия, годности и готовности на месте проведения испытаний средств материально-технического и метрологического обеспечения, гарантирующих создание условий и режимов, соответствующих указанным в программе испытаний; § обеспечение условий ядерной и радиационной безопасности и условий, исключающих несанкционированное распространение ядерных технологий, оборудования и материалов; § обучение и, при необходимости, аттестацию персонала, допускаемого к испытаниям. 38. Методики испытаний, применяемые для определения соответствия твэлов и ТВС обязательным требованиям, аттестуются в установленном порядке. 39. В состав комиссии изготовителя, проводящей приемочные испытания твэлов, ТВС и их составных частей, могут быть включены представители заинтересованных организаций и Ростехнадзора. О проведении испытаний изготовителем Ростехнадзор уведомляется заблаговременно. 40. Подготовка и освоение производства (постановка на производство) проводятся с целью обеспечения его готовности к изготовлению и выпуску (поставке) твэлов, ТВС и их составных частей в заданном объеме в соответствии с требованиями КД и НТД. 41. Подготовка производства твэлов и ТВС считается законченной, когда изготовителем получена вся необходимая документация, разработана (отработана) ТД на их изготовление, опробованы и отлажены средства технологического оснащения и технологические процессы, производство укомплектовано персоналом, имеющим необходимую квалификацию и допущенным в установленном порядке к самостоятельной работе для производства работ по изготовлению, проведению испытаний и контролю твэлов и ТВС, обеспечены ядерная и радиационная безопасность при их производстве, проведении испытаний и контроле и условия, исключающие несанкционированное распространение ядерных технологий, оборудования и материалов. 42. С целью оценки готовности предприятия к выпуску твэлов и ТВС в заданном объеме на этапе освоения производства проводятся квалификационные испытания, которые включают, в том числе проверку оснащения предприятия технологическим оборудованием, оснасткой и средствами контроля, достаточности и качества проведения контроля при производстве продукции, в частности, метрологического обеспечения, а также стабильности выполнения основных и вспомогательных технологических операций. 43. В состав комиссии, проводящей испытания, включают, как правило, представителей разработчика продукции, разработчиков и поставщиков комплектующих изделий, при необходимости, Ростехнадзора и других заинтересованных сторон. III. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТВЭЛОВ И ТВСОбщие положения 44. Изготовление твэлов, ТВС и их составных частей, полуфабрикатов и комплектующих является объектом деятельности по обеспечению качества. 45. Для обеспечения требуемого качества твэлов, ТВС и их составных частей проводится контроль соответствия материалов, полуфабрикатов и комплектующих, поставляемых для их изготовления, требованиям ТУ и КД; производство твэлов, ТВС и их составных частей осуществляется в соответствии с ТД и проводится производственный контроль в соответствии с установленными требованиями. 46. Контроль качества твэлов и ТВС, поставляемых полуфабрикатов и комплектующих проводится поставщиком и изготовителем с участием (при необходимости) заказчика в соответствии с требованиями НТД, ТУ, РКД и ТД изготовителей в объеме, предусмотренном ТД (согласно ведомости операций контроля). Форма и содержание документа о качестве определяются по согласованию между изготовителем и потребителем. Производственный контроль при изготовлении твэлов, ТВС и их составных частей 47. При изготовлении твэлов, ТВС и их составных частей в процессе и после завершения изготовления проводится производственный (операционный и приемочный) контроль. 48. Операционный контроль проводится во время выполнения или после завершения технологической операции и может включать как контроль продукции, так и контроль технологического процесса. Операционный контроль при изготовлении твэлов и ТВС, а также полуфабрикатов и комплектующих, в состав которых входят плутонийсодержащие материалы, является предпочтительным. 49. Приемочный контроль проводится после завершения изготовления изделия при приемке продукции и заключается в проверке соответствия продукции требованиям, установленным в стандартах, КД, ТУ, договоре на поставку. Приемочный контроль включает периодические и приемосдаточные испытания. 50. Производственный контроль твэлов, ТВС и их составных частей проводится технологическим персоналом и ОТК изготовителя в соответствии с требованиями РКД, ТД и ТУ. 51. Операционный контроль продукции (процесса) проводится технологическим персоналом изготовителя по технологическому процессу изготовителя, согласованному с разработчиком. Контролируемые параметры и планы операционного контроля определяются операционными картами технического контроля. 52. Для контроля качества и приемки изготовленных твэлов, ТВС и их составных частей проводятся периодические и приемосдаточные испытания, которые в совокупности обеспечивают достоверную проверку всех свойств твэлов, ТВС и их составных частей, подлежащих контролю, на соответствие требованиям стандартов, КД и ТУ. 53. Периодические и приемосдаточные испытания проводятся изготовителем (поставщиком). К участию в испытаниях могут быть привлечены другие заинтересованные стороны, в том числе представители потребителя (заказчика), разработчика и Ростехнадзора. О проведении испытаний Ростехнадзор уведомляется заблаговременно. 54. Периодические испытания проводятся с целью подтверждения качества твэлов, ТВС и их составных частей, стабильности технологического процесса в установленный период для продолжения их изготовления по действующим КД и ТД. 55. Изготовленные твэлы, ТВС и их составные части до отгрузки, передачи или продажи заказчику подлежат приемке с целью установления их соответствия требованиям, установленным НТД и (или) ТУ. Приемочный контроль твэлов, ТВС и их составных частей проводится ОТК изготовителя. 56. Испытания проводятся в соответствии с требованиями ТУ на изготовленные твэлы, ТВС и их составные части, правилами приемки и методами испытаний. 57. В ТУ на твэлы, ТВС и их составные части указываются методики измерений или ссылки на документы, содержащие полное изложение методик. 58. При испытаниях и контроле применяются поверенные и откалиброванные средства измерения и контроля (приборы, установки), соответствующие технической документации на них, а испытательное оборудование аттестуется в установленном порядке. 59. В документах, по которым проводятся испытания, в общем случае приводится (непосредственно либо в виде ссылок на другие документы) следующая информация: § требования к изготовленным твэлам, ТВС и их составным частям, подлежащим контролю; § виды испытаний, включая состав проверок, последовательность их проведения и распределение проверок по видам испытаний; § требования к количеству единиц продукции, отбираемых для каждого вида испытаний этой продукции, установленной в документах, а также к порядку отбора единиц продукции (планы контроля); § методы испытаний, условия (режимы) испытаний; § требования к средствам испытаний (пределы измерений, пределы допускаемых погрешностей, расходуемые материалы и др.); § требования к подготовке и проведению испытаний; § порядок обработки данных, полученных при испытаниях, и критерии принятия решений по ним, а также порядок оформления и представления результатов; § требования к принимаемым решениям и к области распространения результатов испытаний. 60. Испытания могут включать один или несколько видов испытаний и (или) видов контроля (визуальный, измерительный и др.) и проводиться в один или несколько этапов. 61. Приемосдаточные испытания проводятся с применением сплошного или выборочного контроля в соответствии с ТУ. 62. Выборочный контроль рекомендуется выполнять статистическими методами. Выбор параметров твэлов, ТВС и их составных частей для статистического контроля осуществляется с учетом обеспечения эффективности результатов контроля. 63. Правила определения приемочных границ при проведении испытаний устанавливаются НТД. 64. Методы анализа согласуют с разработчиком изделия. Допустимые погрешности методов измерения контролируемых параметров указываются в ТУ для измерения данных параметров. 65. Выбор контролируемых параметров твэлов, ТВС и их составных частей осуществляется на основании анализа их влияния на функциональные и эксплуатационные характеристики твэлов, ТВС, на безопасность эксплуатации РУ с учетом реальных условий эксплуатации. 66. Наиболее важными для безопасности эксплуатации РУ являются показатели твэлов, несоблюдение которых может стать причиной преждевременного отказа твэлов, а при проектной аварии вызвать повреждения, превышающие допустимые критерии безопасности АС. К таким показателям относятся: § содержание водорода, влаги, фтора, хлора, углерода, азота в топливных таблетках; § плотность топлива; § стехиометрия топлива; § наружный диаметр топливных таблеток и геометрия оболочек твэла; § дефекты в оболочке и в готовом твэле; § герметичность твэла; § качество сварных швов; § ориентация гидридов в оболочках; § давление гелия в готовом твэле; § загрязненность фтором внутренней поверхности оболочек твэла; § сплошность топливного столба; § состав внутритвэльной среды. 67. Для этих показателей рекомендуется устанавливать либо сплошной контроль (дефекты в оболочке твэла, герметичность, сплошность топливного столба, качество сварных швов, геометрия оболочек), либо выборочный статистический контроль с минимальным уровнем дефектности, который выбирается на основании результатов выпуска промышленных партий твэлов и их компонентов с учетом важности того или иного параметра. 68. Для показателей, отклонения которых от требований НТД могут приводить к ухудшению работоспособности твэлов, снижению технико-экономических характеристик АС или которые могут быть оценены расчетным и экспериментальным путем, рекомендуется применять выборочный статистический контроль. К таким показателям относятся: § свойства и структура материала оболочек, включая анизотропию свойств; § коррозионная стойкость оболочек; § доспекаемость топлива; § микроструктура топлива; § овальность оболочек; § изотопный состав топлива; § суммарный борный эквивалент; § высота таблеток; § внешний вид таблеток; § масса топлива в твэле; § загрязненность наружной поверхности твэлов фтором. 69. Для контроля этих и иных показателей твэлов рекомендуется проводить выборочный приемочный контроль. 70. Контроль отдельных показателей твэлов, ТВС и составных частей можно не проводить, но при этом обеспечивается стабильность параметров технологического процесса и проводится операционный контроль продукции (процесса). 71. Рекомендуемые методы и объем технического контроля таблеток из уран-плутониевого порошка, твэлов и ТВС при их изготовлении представлены в приложении № 4 к настоящему Положению (таблицы 1 - 3). Приложение № 1
|
Функциональное требование |
Цель обоснования |
Методы обоснования |
При нормальной эксплуатации в АЗ |
||
Прочностные и деформационные требования |
Подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимой деформации конструкционных элементов ТВС и соединений |
|
головка и хвостовик |
Подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимых деформаций при возможных нагрузках |
расчетно-аналитическое обоснование, стендовые испытания |
направляющие трубы |
подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимых деформаций при возможных нагрузках; подтверждение прочности при сжатии |
расчетно-аналитическое обоснование, испытания ТВС и отдельных элементов ТВС |
решетки |
подтверждение прочности при сжатии |
испытания решеток |
резьбовые соединения |
подтверждение прочности соединений |
расчетно-аналитическое обоснование |
неразъемные (сварные, заклепочные) соединения |
подтверждение прочности соединений |
испытания соединений элементов ТВС на прочность или испытания на свидетелях |
Удержание ТВС в потоке теплоносителя |
Подтверждение, что равнодействующая нагрузок на ТВС направлена вниз (с учетом влияния облучения) |
Гидравлические испытания, расчетно-аналитическое обоснование (расчетные методы подтверждаются экспериментальными исследованиями поведения ТВС при облучении) |
Геометрическая совместимость ТВС - АЗ, твэл - ТВС |
Подтверждение допустимости взаимодействия между элементами АЗ, твэлами и ТВС, формоизменения, распухания и роста твэла, конструкционных элементов ТВС и АЗ |
Расчетно-аналитическое обоснование (расчетные методы подтверждаются экспериментальными исследованиями распухания конструкционных элементов ТВС и твэлов при облучении) |
Поддержка твэла в конструкции ТВС |
Подтверждение отсутствия проскальзывания твэла под воздействием гидравлических сил устойчивость твэла, ограничения износа оболочки, достаточность силы, приложенной пружинами решетки |
расчетно-аналитическое обоснование (расчетные методы подтверждаются экспериментальными исследованиями релаксации поддерживающей пружины экспериментальным путем) испытания или аналитические расчеты (расчетные методы подтверждаются экспериментальными исследованиями при гидравлических испытаниях) |
Прочность при вибрационных нагрузках на ТВС в условиях потока |
Допустимость вибрации ТВС |
Гидравлические испытания ТВС |
Совместимость ТВС - СУЗ |
Подтверждение времени падения стержней СУЗ подтверждение допустимости нагрузок ударного взаимодействия |
Расчетно-аналитическое обоснование, испытания ТВС |
Поддержание геометрии ТВС |
Допустимость искривления ТВС и их составных частей |
Расчетно-аналитическое обоснование (расчетная модель подтверждается результатами экспериментальных исследований поведения ТВС при облучении) |
При нарушениях нормальной эксплуатации АЗ |
||
Прочностные и деформационные требования |
Подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимой деформации конструкционных элементов ТВС и соединений |
|
головка и хвостовик |
подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимых деформаций при возможных нагрузках |
расчетно-аналитическое обоснование |
направляющие каналы |
подтверждение прочности при осевом сжатии |
расчетно-аналитическое обоснование |
резьбовые соединения |
подтверждение прочности соединений |
расчетно-аналитическое обоснование |
неразъемные (сварные, заклепочные) соединения |
подтверждение прочности соединении |
испытания на прочность соединений элементов ТВС или испытания на свидетелях |
решетки |
подтверждение устойчивости при боковых нагрузках (сохранение допустимого размещения твэлов в решетке и отсутствие радиальной деформации направляющих труб) |
расчетно-аналитическое обоснование или испытания решеток |
При нагрузках, возникающих вне АЗ, при изготовлении, хранении и транспортно-технологических операциях |
||
Прочностные и деформационные требования |
Подтверждение механической прочности, целостности и отсутствии недопустимой деформации конструкционных элементов ТВС и соединений |
|
головка и хвостовик |
подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимых деформаций при возможных нагрузках |
расчетно-аналитическое обоснование |
направляющие трубы |
подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимых деформаций при возможных нагрузках; подтверждение прочности при сжатии |
расчетно-аналитическое обоснование испытания ТВС и отдельных элементов ТВС |
решетки |
подтверждение прочности при сжатии; подтверждение сопротивления (устойчивости) периферийных пластин решетки к нагрузкам, возникающим при загрузке ТВС в АЗ подтверждение выполнения условий фиксации твэла в решетках и отсутствие смещения твэла в конструкции ТВС |
испытания решеток испытания решеток или расчетно-аналитическое обоснование |
Функциональное требование |
Цель обоснования |
Методы обоснования |
При нормальной эксплуатации АЗ |
||
Деформационные и прочностные требования |
Подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимых повреждений твэла |
|
допустимая деформация твэлов (изменение размеров и геометрии) |
структурные деформации, изменения диаметра и удлинение оболочки твэла не превышают установленных предельных значений при возможных нагрузках, подтверждение окружной устойчивости |
расчетно-аналитическое обоснование испытания |
усталостная прочность |
подтверждение устойчивости оболочки к усталости с учетом циклических и статических нагрузок |
расчетно-аналитическое обоснование, испытания |
прочность на истирание при трении |
отсутствие недопустимого снижения прочности оболочки и разгерметизации |
расчетно-аналитическое обоснование, испытания, опыт эксплуатации |
допустимое искривление твэла |
подтверждение допустимости деформации с учетом термогидравлических нагрузок в АЗ |
расчетно-аналитическое обоснование (расчетная модель подтверждается результатами эксплуатации) |
допустимое распухание при облучении |
отсутствие недопустимой деформации и взаимодействия между различными элементами твэла, ТВС и АЗ |
расчетно-аналитическое обоснование (расчетную модель подтверждается результатами эксплуатации) |
устойчивость оболочки |
сохранение окружной устойчивости оболочки, допустимости круговой деформации оболочки твэла; допустимость уплотнения топлива, допустимость зазоров между таблетками и оболочкой |
расчетно-аналитическое обоснование (прочностной расчет) |
Коррозионные требования |
Окисление различных элементов твэла, гидрирование оболочки, толщина коррозионного слоя на поверхности оболочки не превышают установленных пределов; отсутствие недопустимого снижения прочности и повреждения целостности оболочек |
|
коррозионная стойкость (в том числе, к фреттинг-коррозии) |
ограничения толщины коррозионного слоя (оксидной пленки) и/или коррозионной кинетики |
расчетно-аналитическое обоснование (прочностной расчет); стендовые испытания ТВС, опыт эксплуатации ТВС в АЗ |
гидрирование оболочки (для ВВЭР) |
подтверждение того, что гидрирование (наводороживание) оболочки не оказывает недопустимого воздействия на целостность твэла |
расчетно-аналитическое обоснование, испытания |
Теплофизические требования (ограничение максимальной температуры топлива и оболочки, давления газов под оболочкой твэла и линейной мощности твэла) |
Температура топливных таблеток и оболочки твэла (локальная и средняя) не превышает установленных предельных значений. Для ВВЭР: максимальная температура оболочек твэла не приводит к отклонению от условий пузырькового кипения |
Расчетно-аналитическое обоснование (теплофизический и термомеханический расчеты) |
При проектных авариях (с потерей теплоносителя и быстрым возрастанием реактивности) |
||
Отсутствие повреждений твэлов сверх проектных пределов, возможность охлаждения АЗ |
Охрупчивание не превышает предельных установленных значений (для ВВЭР); Ограничение выхода водорода (для ВВЭР); Ограничение максимальной температуры топлива и оболочки, отсутствие локального расплавления. Ограничение удельной пороговой энергии разрушения твэлов, фрагментации твэлов; ограничение роста энтальпии (для аварии с быстрым возрастанием реактивности) |
Расчетно-аналитическое обоснование (термомеханический, теплофизический, прочностной расчеты) |
При нагрузках, возникающих вне АЗ, при изготовлении, хранении и транспортно-технологических операциях |
||
Прочность, отсутствие недопустимой деформации твэла |
Напряжения и нагрузки, возникающие при обращении с твэлами и их транспортировании, не оказывают недопустимого воздействия на работоспособность твэлов при эксплуатации; подтверждение механической прочности, целостности и отсутствия недопустимой деформации твэла; отсутствие движения топливных таблеток, смещения топливного столба до и после облучения |
Расчетно-аналитическое обоснование, испытания |
по
экологическому, технологическому
и атомному надзору
от «__» ___________ 20__ г. № ________
Таблица 1
Таблетки из уран-плутониевого порошка
Метод контроля |
Вид и объем контроля |
|
Содержание урана и плутония |
Амперометрическое титрирование, альфа-радиографичекий метод |
Анализ представительных выборок таблеток от партии |
Изменчивость условных массовых долей изотопов тяжелого металла |
Соответствующий метод |
Анализ отдельных таблеток партии |
Изотопный состав (содержание 238Pu, 242Pu, 235U, 232U) |
Масс-спектрометрический метод |
Анализ представительных выборок таблеток от партии |
Равномерность распределения плутония |
Амперометрическое титрирование, альфа-радиографичекий метод |
Анализ представительных выборок таблеток от партии |
Кислородный коэффициент (отношение O/U + Pu + Am) |
Кулонометрический метод, метод равновесия контролируемой атмосферы и др. |
Анализ представительных выборок таблеток от партии |
Структура (размер зерен, поры, однородность) |
Контроль с помощью оптического микроскопа, альфа-авторадиографический метод |
Анализ представительных выборок таблеток от партии |
Содержание Pu на установленную дату |
Расчет |
|
Содержание примесей |
Соответствующие методы для различных элементов |
Анализ представительных выборок таблеток от партии |
Суммарный борный эквивалент |
На основании расчета по результатам химического анализа |
Анализ представительных выборок таблеток от партии |
Массовая доля общего водорода (или отдельно влаги и водорода) |
Кулонометрический метод, иные методы контроля содержания водорода и измерения влажности |
Анализ представительных выборок |
Плотность |
Прямое измерение (по геометрическим размерам и массе), косвенное измерение (радиометрический метод и др.) |
Статистический выборочный контроль партии |
Растворимость |
Определение массы нерастворившегося осадка при растворении в азотной кислоте |
Статистический выборочный контроль партии |
Объемная доля открытых пор |
Гидростатическое взвешивание |
Статистический выборочный контроль партии |
Доспекаемость (термическая стабильность) |
Измерение плотности (наружного диаметра) до и после повторного спекания |
Статистический выборочный контроль партии |
Расчетная масса столба таблеток |
Взвешивание |
Статистический выборочный контроль партии |
Внешний вид, состояние поверхности: сколы, трещины, раковины, чистота; шероховатость |
Визуальное сравнение с эталоном, измерение |
Сплошной контроль при визуальном осмотре, выборочный - при измерении |
Размеры: диаметр; высота таблеток; отклонение от прямолинейности образующей трубы; диаметр центрального отверстия; глубина центрального отверстия |
Измерение |
Статистический выборочный контроль партии |
Маркировка |
Визуально по паспортам |
Контроль каждой тары |
Таблица 2
Твэлы
Контролируемый показатель |
Метод контроля |
Вид и объем контроля |
Качество газа наполнителя |
Газохроматографический метод |
Контроль представительных выборок партии (при необходимости) |
Качество газа сварки |
Газохроматографический метод |
Контроль представительных выборок партии (при необходимости) |
Содержание изотопов урана и плутония |
Нейтронно-активационный или автоэмиссионный метод |
Сплошной контроль, допускается выборочный контроль при условии, что обеспечивается контроль параметров технологического процесса на соответствие заданным величинам |
Обогащение |
Гамма-сканирование |
Сплошной |
Объемная доля гелия |
Газохроматографический метод |
Сплошной контроль неразрушающим методом; допускается выборочный контроль при условии, что обеспечивается контроль параметров технологического процесса на соответствие заданным величинам |
Масса топливного столба |
Расчет по документам |
Сплошной |
Сплошность топливного столба |
Гамма-абсорбционный метод |
Сплошной |
Длина компенсационного объема |
Гамма-абсорбционный метод, радиодефектоскопия, измерение автоматическими средствами контроля |
Сплошной |
Давление гелия |
Термоиндукционный метод, ультразвуковые и тепловые методы |
Сплошной контроль неразрушающим методом |
Качество сварных швов |
Зависит от вида сварного шва. Контроль качества сварных швов № 1 и 2: - автоматический сплошной контроль суммарной протяженности сварного шва на ультразвуковом дефектоскопе (неразрушающий метод); - путём металлографического контроля продольного шлифа контролировать суммарную протяженность сварного шва (разрушающий метод) |
Зависит от вида сварного шва. Контроль качества сварных швов № 1 и 2: - сплошной (неразрушающий метод); - выборочный (разрушающий метод) на одном твэле сменной выработки или образце-свидетеле) |
Контроль качества сварного шва № 3: - радиографическим методом; - неразрушающим методом на ультразвуковых установках (для контроля непровара) |
Контроль качества сварного шва № 3 - сплошной (на ультразвуковом дефектоскопе для величины непровара); - выборочный (радиографическим методом для внутренних пор) |
|
Внешний вид |
Визуальный (путем сравнения с контрольными образцами внешнего вида) |
Сплошной |
Состояние поверхности (шероховатость, глубина царапин, сдиры и т.д.) |
Визуальный (путем сравнения с контрольными образцами внешнего вида) |
Сплошной |
Герметичность |
Масс-спектрометрические методы (контроль гелиевым течеискателем) |
Сплошной |
Размеры: величина наружного диаметра; длина; прямолинейность |
Автоматические средства контроля |
Сплошной |
Контроль наличия фиксатора, длина его компенсирующей части |
Гамма-абсорбционный метод, контроль длины допускается проводить автоматическими средствами контроля |
Сплошной |
Маркировка (обогащение) |
Визуально или на установке автоматического контроля по технологическому процессу завода-изготовителя |
Сплошной |
Содержание водорода, влажность |
Газохроматический метод и иные методы измерения влажности и содержания водорода |
Выборочный |
Фиксированное загрязнение поверхности |
Радиометрический метод |
Сплошной контроль, допускается выборочный контроль при условии, что обеспечивается контроль параметров технологического процесса на соответствие заданным величинам |
Нефиксированное загрязнение |
Метод сухого мазка, радиометрический метод |
Сплошной |
Таблица 3
ТВС
Метод контроля |
Вид и объем контроля |
|
Массовая доля изотопов плутония в смеси урана и плутония |
По паспорту на твэлы |
Сплошной |
Масса плутония в ТВС |
По паспорту на твэлы |
Сплошной |
Масса смешанного уран-плутониевого топлива в ГВС |
Сверка соответствия суммы фактических масс в твэлах требованиям ТУ, фактические массы берутся из паспортов на партию твэлов |
Сплошной |
Герметичность твэлов, величина допустимой утечки (натекания) гелия из твэлов в составе ТВС |
На гелиевом течеискателе; масс-спектрометрический метод; способ вакуумной камеры с предварительным введением пробного вещества (гелия) в твэлы |
Сплошной |
Геометрические размеры, допуски формы и расположения поверхностей ТВС |
Универсальные или специальные средства измерения |
Сплошной |
Входимость ТВС в стапель |
В специальном приспособлении-стапеле |
Сплошной |
Контроль кривизны и скручивания |
Метод струны и щупов |
Сплошной |
Входимость пучка поглощающих стержней управления защиты |
Динамометр, измерение |
Сплошной |
Входимость калибра во внутреннюю полость центральной трубы ТВС |
В соответствии с требованиями чертежа |
Сплошной |
Расход воды через ТВС |
На гидравлическом стенде |
Сплошной или выборочный статистический |
Внешний вид |
Визуальное сравнение с контрольными образцами внешнего вида |
Сплошной |
Механические загрязнения |
Метод сухой чистой белой салфетки |
Сплошной |
Перемещение спиралей (для БН) |
Перемещение свободного конца спиралей |
Сплошной |
Нефиксированное загрязнение |
Метод сухого мазка, радиометрия |
Выборочный |
Маркировка |
Визуально на соответствие требованиям чертежа |
Сплошной |
Контроль загрузки твэлов |
Регистрация соответствующим методом |
Сплошной |
СОДЕРЖАНИЕ