壓水堆核燃料制造領(lǐng)域標準體系現(xiàn)狀研究

鐘多軍 羅林齡 何君 李莎

摘 要：為研究我國壓水堆核燃料制造領(lǐng)域標準體系，本文對美國、法國、俄羅斯的核燃料標準體系進行了研究和介紹，對我國涉及壓水堆核燃料制造的主要法規(guī)和導(dǎo)則、國家標準、行業(yè)標準和團體標準進行了系統(tǒng)梳理和綜述，提出了建立我國壓水堆核燃料制造領(lǐng)域標準體系的定位與范圍、要求與原則，以支撐我國核電“走出去”的戰(zhàn)略目標。

關(guān)鍵詞：壓水堆，核燃料，制造，標準體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.14.005

0 引 言

《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強核電標準化工作的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2018〕71號文）指出：核電是我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，核電標準化是支撐我國核電安全、高效和可持續(xù)發(fā)展的重要保障，是促進核電“走出去”的重要抓手，對推動我國由核電大國向核電強國邁進具有重要意義。2020年11月，中國核工業(yè)集團公司宣布已經(jīng)建立健全了一套針對“華龍一號”型號的標準體系。該標準體系涵蓋了通用基礎(chǔ)、前期工作、設(shè)計、設(shè)備制造、建造、調(diào)試、運行和退役等全生命周期的自主核電標準體系。“華龍一號”是我國的核電名片，其堆芯燃料采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CF3燃料組件[1]。目前，針對壓水堆核燃料標準體系的建立，我國雖然制定了相應(yīng)的規(guī)范和標準，包括核安全法規(guī)、導(dǎo)則、國家標準和行業(yè)標準，初步形成了完善的壓水堆燃料標準體系[2]，但是針對壓水堆核燃料組件制造領(lǐng)域的標準，未進行專門的研究和梳理，尚未結(jié)構(gòu)化和體系化，且與我國核燃料組件的發(fā)展形勢和要求具有一定的差距。核燃料是核電站的“糧食”，從配合和支撐我國核電“走出去”的戰(zhàn)略出發(fā)，有必要梳理我國壓水堆核燃料制造領(lǐng)域的標準現(xiàn)狀，建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的壓水堆核燃料組件制造標準體系，充分發(fā)揮標準的規(guī)范、引領(lǐng)作用，強化我國燃料組件的技術(shù)話語權(quán)，提升我國核燃料組件的市場形象，為核電“走出去”戰(zhàn)略提供標準支撐和技術(shù)保障。

1 國外現(xiàn)狀分析

1.1 美國標準體系

作為核電燃料發(fā)展的鼻祖，美國建立了完善的壓水堆燃料標準體系。主要由法規(guī)、管理導(dǎo)則、ASME、ASTM等有關(guān)燃料的標準和技術(shù)條件等構(gòu)成。其中，在ASME中涉及燃料制造的主要包括第II卷“材料技術(shù)條件”，燃料組件中采用的不銹鋼、鎳基合金材料可以參考相應(yīng)的章節(jié)制定；第V卷“無損檢驗”和第IX卷“焊接與釬焊評定”，燃料組件中采用的超聲、渦流、液體滲透、射線等無損檢測方法以及焊接可以參照相應(yīng)章節(jié)進行工藝評定和判定。ASTM標準涵蓋了燃料組件制造、質(zhì)量控制和檢驗方法等。ASTM標準在國際上具有很強的影響力，如ASTM C996作為低濃六氟化鈾的技術(shù)條件，已被廣泛應(yīng)用于全球鈾濃縮與燃料制造企業(yè)。目前，我國也參照ASTM標準制定了大量的核燃料標準，如GB/T 10265參照ASTM C753制定和修訂，GB/T10266參照ASTM C776制定和修訂。

1.2 法國標準體系

法國在引進美國壓水堆核燃料組件制造技術(shù)以后，在消化吸收美國標準體系的基礎(chǔ)上，建立具有自己特色的標準體系。其以法國核安全規(guī)則RFS.V.2.e“燃料組件制造通用規(guī)則”、RCC-C《壓水堆核電廠燃料組件設(shè)計和建造規(guī)則》以及技術(shù)條件為主體。RCC-C是法國壓水堆燃料設(shè)計和制造的綜合性規(guī)范。RCC-C第1.5節(jié)“管理體系”規(guī)定了核燃料組件制造企業(yè)管理體系的要求，包括管理層責任、資源管理、過程實施、測量評價改進。RCC-C第1.6節(jié)“不符合項處理”，其主要規(guī)定了核燃料制造企業(yè)不符合項的處理要求。RCC-C在第四章用整個章節(jié)描述了核燃料制造要求，包括材料要求、組件要求、制造和檢驗工藝要求、檢驗方法要求、無損檢測人員的認證要求、材料及零件和組件的檢驗特性等要求。總體而言，RCC-C是目前綜合性最強的壓水堆燃料標準。

1.3 俄羅斯標準體系

俄羅斯壓水堆燃料組件以VVER系列燃料組件為主，如U-TVS、TVS-2M、TVS-20 06等。其燃料制造體系具有自主特色，以O(shè)CT、ГОСТ等標準以及燃料組件技術(shù)條件、燃料棒技術(shù)條件、圖紙等為主體，涵蓋了燃料組件制造的整個過程。對于不銹鋼、鎳基合金等通用原材料，其一般用俄羅斯的ГОСТ標準在市場上直接采購，這對于降低燃料的制造成本具有很大的優(yōu)勢。

2 國內(nèi)標準體系

2.1 核安全法規(guī)和導(dǎo)則

在作為基本安全要求的核安全法規(guī)以及其指導(dǎo)性文件中，與壓水堆核燃料制造密切相關(guān)的核安全法規(guī)和核安全導(dǎo)則主要包括：《核電廠質(zhì)量保證規(guī)定》（HAF 003-91）。作為核安全法規(guī)，規(guī)定了核電廠質(zhì)量保證大綱、組織、文件控制、設(shè)計控制、采購控制、工藝過程控制、糾正措施、記錄等要求。為核電廠提供“糧食”的核燃料制造企業(yè)，也必須遵照HAF 003-91的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行質(zhì)量保證活動。

作為執(zhí)行核安全法的指導(dǎo)性文件，《核燃料組件采購、設(shè)計和制造中的質(zhì)量保證》（HAD 003/10-89）對核電廠燃料組件在采購、設(shè)計、制造、檢查、試驗、包裝、運輸、貯存和到貨檢查的有關(guān)活動的制造保證提出了具體要求和建議。在其第四章、第五章、第六章分別對燃料組件制造工藝、燃料組件的包裝、運輸和貯存、燃料組件在核電廠現(xiàn)場的收貨檢查提出質(zhì)量保證活動要求。附錄I～Ⅳ采用示例的方式給出了需特殊考慮的物項及其性能、特殊工藝、控制和標識。

2.2 國家標準

目前，在我國國家標準庫中，與核燃料制造相關(guān)的標準大約有40項，如GB/T 13696-2015《235U豐度低于5 % 的濃縮六氟化鈾技術(shù)條件》、G B /T 10265-20 08《核級可燒結(jié)二氧化鈾粉末技術(shù)條件》、GB/T 10266-2008《燒結(jié)二氧化鈾芯塊技術(shù)條件》、GB/T 11813-2008《壓水堆燃料棒氦質(zhì)譜檢漏》、GB/T 11809-2021 《壓水堆燃料棒焊縫檢驗方法 金相檢驗和X射線照相檢驗》、GB/T 17569-2013《壓水堆核電廠物項分級》等。從核燃料制造相關(guān)標準的種類分析，主要涉及六氟化鈾、二氧化鈾粉末、二氧化鈾芯塊以及鋯合金原材料的技術(shù)條件和相關(guān)檢測方法，也涉及燃料棒的焊縫檢測等，但是在零部件、燃料棒和燃料組件等制造、工藝以及相關(guān)檢測方法方面涉及較少。

2.3 行業(yè)標準

壓水堆燃料行業(yè)標準主要包括核行業(yè)（EJ）和能源行業(yè)（NB）的相關(guān)標準，如EJ./T 868-2014《核燃料組件制造中的質(zhì)量保證》、EJ/T 957-2007《燃料組件清潔度及清洗》、EJ/T 1167-2018《壓水堆燃料組件導(dǎo)向管與格架電阻電焊的金相檢驗》、NB/T20515-2018《壓水堆核電廠新燃料組件運輸容器通用技術(shù)條件》、EJ/T 20141-2012《壓水堆核電廠新燃料組件包裝、運輸、裝卸和貯存規(guī)定》等。從行業(yè)標準的種類分析，其主要涉及二氧化鈾粉末、二氧化鈾芯塊的相關(guān)檢測方法以及核燃料的運輸?shù)?。行業(yè)標準作為國家標準下一層級標準，有效地補充了標準體系，但是經(jīng)過梳理，現(xiàn)在部分行業(yè)標準存在于國家標準重復(fù)交叉現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在二氧化鈾粉末、芯塊的相關(guān)檢測方法。

2.4 團體標準

團體標準是經(jīng)營主體自主制定、發(fā)布、采納和自愿采用的標準。自2015年國務(wù)院發(fā)布的《深化標準化工作改革方案》中提出培育發(fā)展團體標準的要求以及2017年新修訂了《中華人民共和國標準化法》后，近幾年團體標準發(fā)展迅速，核能行業(yè)的團體標準主要由中國核能行業(yè)協(xié)會主導(dǎo)制定。其中，由上海核工院牽頭制定的系列團體標準《壓水堆核電廠燃料和相關(guān)組件規(guī)范》明確了鋯合金零部件、鎳基合金零部件、不銹鋼零部件等的激光、惰性氣體保護焊、電阻焊、釬焊等的焊接規(guī)范，從而填補了國家標準、行業(yè)標準無工藝標準的空白。

3 標準體系的要求與原則

3.1 要求

核燃料組件制造領(lǐng)域標準體系的建立要求應(yīng)具備前瞻性和技術(shù)先進性，所建立的標準體系應(yīng)充分考慮核燃料制造企業(yè)對標準體系的具體要求，應(yīng)考慮我國以及世界壓水堆核電燃料發(fā)展的前沿方向，使其具備出海競爭的實力，以支撐我國核電“走出去”的戰(zhàn)略目標。

應(yīng)具有科學(xué)合理性和可操作性，應(yīng)與我國核燃料市場的總體目標和任務(wù)相適應(yīng)，標準的選用應(yīng)適當，既不能過于簡化也不能龐雜。標準體系應(yīng)結(jié)構(gòu)清晰、層次明確，既便于標準的歸納也便于后期對標準體系的動態(tài)維護。

3.2 原則

標準體系應(yīng)以核燃料制造企業(yè)的企業(yè)標準為主，對于法律法規(guī)、國家標準、核工業(yè)標準、能源行業(yè)標準、團體標準應(yīng)建立選用目錄，并且協(xié)調(diào)好各層級標準的關(guān)系。標準體系應(yīng)考慮當前核燃料制造企業(yè)的需求，納入具有重要影響、普遍使用的標準，建立標準體系表，并且對標準進行梳理，建立可用標準、擬修標準、擬建標準目錄，以指導(dǎo)后續(xù)完善標準體系。

4 標準體系定位、范圍

4.1 定位

核燃料組件的設(shè)計與制造是我國核電市場發(fā)展的最重要的一環(huán)。根據(jù)國家能源局頒布的《壓水堆核電廠標準體系項目表》以及壓水堆核電廠標準體系框架結(jié)構(gòu)[3-4]，核燃料組件制造標準體系定位于“工程設(shè)計”中的“核燃料組件及其相關(guān)組件”，并且定位于“燃料組件與相關(guān)組件制造”，屬于第三層的基礎(chǔ)性的一般工業(yè)標準體系。

4.2 范圍

根據(jù)GB/T 15496-2003、GB/T 15497-2003、GB/T 15498-2003等有關(guān)國家標準對企業(yè)標準體系的要求，結(jié)合核燃料制造的實際情況。壓水堆核燃料組件制造領(lǐng)域的標準體系宜以核燃料組件制造生命周期階段劃分，主要以技術(shù)標準為主，從采購、制造、運輸?shù)浇桓缎纬扇^程的標準體系。技術(shù)標準主要包括采購技術(shù)標準、產(chǎn)品技術(shù)標準、工藝技術(shù)標準、設(shè)備技術(shù)標準、運輸技術(shù)標準、交付技術(shù)標準等。

5 結(jié) 語

目前，我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電站“華龍一號”已具備“走出去”的條件。為支撐我國“華龍一號”走出國門，建議在核燃料組件制造領(lǐng)域，對現(xiàn)有的標準進行梳理，研究制定標準體系框架，建立標準體系表，指導(dǎo)后續(xù)標準的建立，以充分發(fā)揮標準的規(guī)范、引領(lǐng)作用，強化我國燃料組件的技術(shù)話語權(quán)，提升我國核燃料組件的市場形象，為核電“走出去”戰(zhàn)略提供標準支撐和技術(shù)保障。

參考文獻

[1]焦擁軍，肖忠，李云，等.“華龍一號”燃料組件設(shè)計研究及驗證[J].中國核電，2017，10（4）：478-482+488.

[2]楊偉，劉承新.壓水堆燃料標準體系研究[J].核標準計量與質(zhì)量，2015（2）：2-6.

[3]董瑞林.壓水堆核電廠標準體系項目表第二次修訂情況報告[J].核標準計量與質(zhì)量，2013（4）：11-14.

[4]牛敬娟，劉尚源，吳飛飛，等.核電廠運行領(lǐng)域標準體系優(yōu)化研究[J].中國標準化，2022（5）：105-110.

作者簡介

鐘多軍，工程碩士，高級工程師，研究方向為核燃料組件制造工藝及標準體系。

（責任編輯：張瑞洋）