Утверждено
приказом
Федеральной службы
по экологическому,
технологическому
и атомному надзору
от 24 мая 2010 г.
№ 406

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

РБ-057-10

Введено в действие
с 24 мая 2010 г.

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 впервые ¹

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:

A3 - 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

Содержание

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 № 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, A3 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 A3; 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 A3, проведении контроля при эксплуатации, установке и выгрузке из A3, 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 A3, 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 вязко пластической 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 A3 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 A3.

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 A3;

▪ 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 A3;

▪ 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 сдля 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 A3, 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 A3, 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 A3 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 A3 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 A3 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 A3;

▪ обоснование ядерной и радиационной безопасности при проведении испытаний, описание технических и организационных мер по обеспечению ядерной безопасности;

▪ теплогидравлические и нейтронно-физические расчеты A3 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 A3 и при нагрузках, возникающих вне A3 (изготовлении, хранении и транспортно-технологических операциях) представлены в приложении № 2 к настоящему Положению.

35. Рекомендуемые методы обоснования функциональных требований к твэлам при нормальной эксплуатации A3, нарушениях нормальной эксплуатации (авариях) и при нагрузках, возникающих вне A3 (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 ТВС

Общие 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 твзлов 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;

▪ мизотопный 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

к Положению
о проектировании и изготовлении тепловыделяющих
элементов и тепловыделяющих сборок с
уран-плутониевым (МОКС) топливом, утвержденному
приказом Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от «_____» _______________20 ___г. № ______

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Аттестация испытательного оборудования - определение нормированных точностных характеристик испытательного оборудования, их соответствия требованиям НТД и установление пригодности этого оборудования к эксплуатации.

Квалификационные испытания - контрольные испытания установочной серии или первой промышленной партии, проводимые с целью оценки готовности предприятия к выпуску продукции данного типа или в заданном объеме и заданного уровня качества.

Комплектующее изделие (комплектующее) - изделие определенного функционального назначения (деталь, сборочная единица), которое является составной частью твэла или ТВС и может подлежать или не подлежать соединению сборочными операциями.

К комплектующим изделиям, используемым при изготовлении твэлов и ТВС, относятся:

▪ таблетки UрuО₂;

▪ трубы для оболочек твэлов;

▪ заглушки (циркониевый сплав или нержавеющая сталь);

▪ пружины, втулки;

▪ трубы для направляющих каналов;

▪ центральные трубы для кассет;

▪ трубы для дистанционирующих решеток;

▪ твэлы;

▪ решетки;

▪ верхние и нижние концевые крепления и др.

Конструкторская документация - совокупность конструкторских документов, содержащих, в зависимости от их назначения, данные, необходимые для разработки, изготовления, контроля, приемки, поставки и эксплуатации изделия.

Контролируемая партия (партия продукции) - совокупность единиц однородной продукции, изготовленных в течение определенного времени по одной и той же технологической документации (стандарту) и одновременно предъявляемых на испытания и (или) приемку, при оценке качества которых принимается одно общее решение.

Макет - упрощенное воспроизведение в определенном масштабе изделия или его части, на котором исследуются отдельные характеристики изделия, а также оценивается правильность принятых технических решений.

Обязательные требования - требования безопасности, устанавливаемые федеральными законами и федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии.

Операционный контроль - контроль продукции или процесса во время выполнения или после завершения технологической операции.

Опытно-конструкторская работа - комплекс работ по созданию КД и ТД, изготовлению и испытанию макетов, экспериментальных образцов, опытных или головных образцов изделий или изделий единичного производства, направленных на подтверждение заложенных в проект конструкторских решений и расчетно-аналитических исследований.

Опытный образец (опытная партия) - образец изделия (партия изделий), изготовленный (ая) по вновь разработанной документации для проверки путем испытаний соответствия заданным техническим требованиям с целью принятия решения о возможности постановки на производство и (или) использования по назначению.

Освоение производства - один из этапов постановки продукции на производство, включающий отработку и проверку подготовленного технологического процесса и овладение практическими приемами изготовления продукции со стабильными значениями показателей и в заданном объеме выпуска.

План контроля - совокупность требований и правил (объем контролируемой партии, уровень и вид контроля, тип плана выборочного контроля, объем выборки, контрольные нормативы, решающие правила и т.д.), которые соблюдаются при решении о приемке партии продукции.

Полуфабрикат - промышленная продукция, подлежащая последующей обработке или используемая как составная часть другого более сложного вида продукции.

К полуфабрикатам, используемым для изготовления твэлов и ТВС, относятся следующие материалы и изделия:

▪ порошки (UО₂; PuО₂; Gd₂О₃; UО₂ + PuО₂);

▪ прутки для заглушек твэлов;

▪ прутки для центрального твэла кассет;

▪ листы-полосы для уголков кассет;

▪ листы для чехлов кассет;

▪ листы для дистанционирующих решеток;

▪ проволока для пружины;

▪ гелий и др.

Приемка продукции - процесс проверки соответствия продукции требованиям, установленным в стандартах, КД, ТУ, договоре на поставку, и оформление документов.

Приемочный контроль - контроль продукции, по результатам которого принимается решение о ее пригодности к поставкам и (или) использованию.

Приемосдаточные испытания - контрольные испытания продукции при приемочном контроле.

Реакторные испытания - радиационные и другие испытания в ядерном реакторе.

Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями.

Служба (отдел) технического контроля - служба (отдел) изготовителя (поставщика) или любая другая служба, персонал или отдельные специалисты, на которых возлагается контроль готовой продукции.

Составная часть изделия - деталь или сборочная единица, выполняющая определенные технические функции в составе другого изделия и не предназначенная для самостоятельного применения.

Составные части твэла включают: таблетки, сердечник, оболочку твэла, концевые заглушки, дистанционирующую проволоку и конструкционные элементы (втулки, пружины).

Составными частями ТВС являются: головка ТВС, хвостовик, дистанционирующие решетки, труба-чехол (при наличии), твэлы, твэги, направляющие трубы, пружинные фиксаторы.

Технические условия (ТУ) - документ, входящий в комплект технической документации на промышленную продукцию (изделие), содержащий комплекс технических требований к продукции, ее изготовлению, контролю, приемке и поставке, а также условия ее эксплуатации, транспортирования и хранения.

Технологическая документация (ТД) - совокупность технологических документов, определяющих технологический процесс.

Экспериментальный образец - образец продукции, обладающий основными признаками намечаемой к разработке продукции и изготавливаемый с целью проверки предполагаемых решений и уточнения отдельных характеристик для использования при разработке этой продукции.

Приложение № 2

к Положению
о проектировании и изготовлении тепловыделяющих элементов
и тепловыделяющих сборок с уран-плутониевым (МОКС) топливом»,
утвержденному приказом Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от «____» ___________20г. №________

Рекомендуемые методы обоснования функциональных требований к ТВС
при нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации A3 и
при нагрузках, возникающих вне A3 (изготовлении, хранении и
транспортно-технологических операциях)

Приложение № 3

к Положению
о проектировании и изготовлении тепловыделяющих элементов и
тепловыделяющих сборок с уран-плутониевым (МОКС) топливом»,
утвержденному приказом Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от «___» __________20 ____г. № ____

Рекомендуемые методы обоснования функциональных требований к твэлам при нормальной эксплуатации A3, нарушениях нормальной эксплуатации (авариях) и при нагрузках, возникающих вне A3 (изготовлении,
хранении и транспортно-технологических операциях)

Приложение № 4

к Положению
о проектировании и изготовлении
тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок
с уран-плутониевым (МОКС) топливом»,
утвержденному приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору
от «___» _____________20 _____г.№ ______

Рекомендуемые методы и объем технического контроля таблеток из уран-плутониевого порошка, твэлов и ТВС при их изготовлении

Таблица 1

Таблетки из уоан-плутониевого порошка

Таблица 2

Твэлы

Таблица 3

ТВС