压水堆核电厂燃料组件格架设计规范-编制说明（征求意见稿）

（征求意见稿）一、工作简况1、任务来源本项目来源于中国核能行业协会团体标准制定计划（核协科函[2020]453号），《关于<压水堆核电厂燃料和相关组件焊接规范第1部分：锆合金零部件激光焊>等41项团体标准通过立项审批的通知》。根据通知，《压水堆核电厂燃料组件格架设计规范》由上海核工程研究设计院有限公司负责编制，参编单位为中国核动力研究设计院、中广核研究院有限公司、清华大学。编制周期为2020年9月到2022年3月。2021年5月，上海核工程研究设计院有限公司与中国核能行业协会签订《中国核能行业协会团体标准制（修）订-压水堆核电厂燃料组件零部件设计标准》，包括团体标准《压水堆核电厂燃料组件格架设计规范》等2项标准。2、主要工作过程接到该标准编制的任务后，上海核工程研究设计院有限公司与国核动力研究设计院、中广核研究院有限公司、清华大学成立了标准编制工作组，对标准编制工作按照起草阶段、征求意见稿阶段、送审稿阶段、报批稿阶段分别进行了任务分工和筹划，并按计划完成了征求意见稿编制阶段任务。2.1起草阶段根据任务要求，上海核工程研究设计院有限公司联合中国核动力研究设计院、中广核研究院有限公司、清华大学成立了中国核能行业协会团体标准编制工作组，组织编制工作。标准编制工作组制定了标准编制工作计划、编写大纲，明确任务分工及各阶段进度计划。同时标准编制工作组成员集中培训，认真学习GB/T1.1-2020相关要求，结合标准制定工作的各个环节，进行了研究和探讨。工作组经过技术调研，依据压水堆核电厂燃料组件格架设计的工程应用实践，于2020年12月形成草案稿。2021年4月，工作组召开标准编制工作会议，会议讨论了当前国内外压水堆核电厂燃料组件格架设计相关技术发展动态，拟纳入本标准方案的技术先进性、成熟程度以及是否涉及专利等，确定了标准起草的总体框架和主要内容。2.2征求意见阶段标准编制工作组针对草案稿讨论的意见、建议进行归纳、总结，于2021年5月编写完成了中国核能行业协会团体标准《压水堆核电厂燃料组件格架设计规范》的征求意见初稿。2021年6月，标准编制工作组组织征求意见稿研讨会，对征求意见稿的内容条款和技术指标进行逐条研讨，对标准编制过程中遇到的相关问题进行深入交流并达成共识，确定了标准征求意见稿的内容，完成征求意见稿。3、主要参加单位和工作组成员及其所作的工作等上海核工程研究设计院有限公司作为主编单位负责标准的编制工作，中国核动力研究设计院、中广核研究院有限公司、清华大学作为参编单位，负责提出反馈意见以及修订优化建议。主要成员：丁捷、郑轶雄、范华彬、雷涛、金渊、王鼎渠二、标准编制原则和主要内容1、标准编制原则本标准编制原则是立足于技术先进，规范合理，通俗易懂，针对压水堆核电厂燃料组件的功能需求，反应堆环境工况和接口，结合多种压水堆核电厂燃料组件格架设计和验证应用实践形成。（1）科学性本标准编制小组对不同压水堆核电厂燃料组件格架设计需满足的功能要求和遵循的设计准则进行了深入的调研，格架是压水堆核电厂燃料组件重要的部件，格架位于燃料组件上、下管座之间，与导向管和仪表管连接后共同组成燃料组件骨架，对燃料棒进行定位和支撑，同时随着格架类型的不同，还兼具防钩挂、防异物和加强传热等多种功能。其力学、水力性能对燃料组件整体性能有重要的影响。主编单位对于压水堆燃料组件格架设计具有非常丰富的实践经验，在FA300、CAP1000、SAF-14等燃料组件格架的设计、研制、分析、试验验证过程中积累了丰富的经验，建立了较为系统、完善的设计和验证体系，能够有力支撑该标准的制订。同时结合参编单位的多种压水堆燃料组件格架的设计和验证经验。在此基础上针对压水堆燃料组件格架设计要求，进行了认真的总结分析和针对国内体系的适应性调整，本着标准规范，通俗易懂，适用性强的原则和满足新版标准编写规则要求的前提下开展了编制。（2）实用性本标准规定了压水堆燃料组件格架需要满足的功能要求，对从承载强度、材料、热工水力特性、接口尺寸等角度提出格架的设计准则，以规范压水堆燃料组件格架的设计和验证内容，使其向科学化、合理化方向迈进，减少设计和验证过程中的主观性、随意性，增加科学性、客观性。2、标准主要内容的依据本标准编写的格式遵从GB/T1.1-2020的要求。（1）功能要求本章列举了格架作为压水堆燃料组件零部件需要具备的的功能要求。上述功能要求根据格架在燃料组件中的结构和功能定位总结提炼而成，也是对《压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分燃料组件》（NB/T20057.3-2012）中规定的燃料组件设计准则的细化分解。格架的主要功能包括提供燃料棒支撑、保持燃料棒间距、组成燃料组件骨架、增强流道搅混、为导向管提供横向支撑和定位、为仪表管提供横向支撑和定位以及防止燃料组件在操作过程中损伤。（2）设计准则本章列举了格架作为压水堆燃料组件零部件满足功能要求所需要遵循的设计准则。设计准则依据格架的功能要求，结合燃料组件在堆芯中的运行环境、使用工况、材料特性以及制造要求确定。燃料棒定位要求考虑格架应能够保持燃料棒、导向管、仪表管之间正确的相对位置，并为燃料组件骨架提供结构支撑，从而确保燃料组件的直线度满足设计要求，包括格架截面的布置、格架栅元和刚凸垂直度、格架收缩、格架的轴向定位等与燃料棒定位相关的具体要求。燃料棒支撑要求考虑格架应对燃料棒提供合适的支撑，防止可能导致燃料包壳失效的流致振动和包壳磨损的特征，包括流致振动、燃料棒包壳磨蚀、弹簧力和燃料棒失稳、外条带弹簧设计、燃料棒间隙限值、弹簧和刚凸接触表面轮廓、刚凸刚度的具体要求。格架热工水力特性要求满足热工水力设计的要求，包括流道间距、燃料棒弯曲、压降系数、搅混翼形状相关要求。结构完整性要求格架设计必须确保在各种设计载荷下均保持结构完整性，包括I、II类工况载荷要求、III、IV类工况载荷要求、运输和操作载荷要求。《压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分燃料组件》（NB/T20057.3-2012）中5.9~5.12节对燃料组件部件的强度设计准则进行了规定，本标准相关要求遵照执行，并进一步详细阐述。对于格架I、II类工况不会造成较大的载荷。格架的机械强度要求由III、IV类工况的动态载荷控制。燃料组件操作要求：格架应具有合适的导向功能以防止燃料组件在装卸过程发生钩挂，包括接口及间隙、导向翼、外条带弹簧外凸的具体要求。材料要求：在其设计寿期内，用于格架的材料能在格架经历的工况环境下提供足够的强度和其它机械性能、耐腐蚀性能、核特性、尺寸稳定性和可制造性能。包括温度、冷却剂水化学、中子注量和制造工艺等方面的考虑。包括辐照后材料性能变化、格架腐蚀、氢化物析出的具体要求。制造要求：格架的尺寸公差和技术条件应与制造能力匹配，包括格架栅元参数和燃料棒划伤、格架夹持力和包壳划伤、方位标识、不相容材料接触、应力释放变形、表面沾污的具体要求。3、解决的主要问题格架是压水堆核电厂燃料组件重要的部件，其力学、水力性能对燃料组件整体性能有重要的影响。目前，对于燃料组件格架的设计和验证尚无直接可以依照的标准。国内引进了AP1000三代核电技术，其中包括引进了核燃料组件关键零部件的设计技术要求。目前已在国内开展了国产化设计、研制和验证，目前正在开展批量供货前的鉴定工作。随着AP1000依托项目机组及后续项目机组的陆续投运，格架将逐步国产化和批量化生产。同时国内在不同燃料组件的研发实践中已经积累了丰富的格架设计、研制和验证实践经验，但各家燃料研发单位对于格架需满足的功能需求和设计准则还缺乏统一的标准，不利于国内压水堆燃料的长远发展、安全审评工作的开展及核电走出去。为解决上述问题，针对压水堆核电厂燃料组件格架的设计规范开展了标准编制工作，对功能要求和设计准则进行了规定。三、主要试验（或验证）情况在AP1000技术引消吸和SAF-14燃料研发等压水堆燃料组件格架设计验证过程中，遵循本次同批立项的《压水堆核电厂燃料组件格架水力性能试验方法》、《压水堆核电厂燃料组件格架力学性能试验方法》开展了相关试验和验证工作。四、标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利问题。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况2021年，国务院发布关于落实《政府工作报告》重点工作分工的意见。意见提出，扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案。优化产业结构和能源结构。推动煤炭清洁高效利用，大力发展新能源，在确保安全的前提下积极有序发展核电。研究和推广应用一批先进的核电行业标准，是有利于在确保安全前提下积极有序发展核电的。因此，针对压水堆核电厂燃料组件设计规范，上海核工程研究设计院有限公司作为主编单位编制本团体标准。本标准的制定，填补了压水堆燃料组件格架设计相关标准的空白。本标准的制定有利于各研发单位采用统一的标准规范开展压水堆燃料组件格架的设计和验证，有助于提升我国压水堆燃料组件关键部件格架设计能力和规范性，能够促进结构优化及设计水平的提升，对于国内压水堆的长远发展、安全审评工作的开展及核电走出去具有重要推动作用。标准化的设计和验证流程有利于设计、研发资源共用，降低成本，提高经济性。六、与国际、国外对比情况1、项目与国际标准或国外先进标准采用程度的考虑本标准没有采用国际标准，在制定过程中未查到同类国际、国外标准。2、与国内相关标准间的关系针对压水堆核电厂燃料组件格架的设计准则，国内未有专门的标准或方法导则。但不同的研发机构会结合已广泛开展的不同压水堆燃料组件格架的设计和验证总结提炼，逐步形成具有良好的实践性和广泛适用性设计指导性文件。本标准基于具有良好实践的成熟设计经验，结合国内法律、法规的要求，是对国内现有法规、标准体系的细化，特别是针对HAD102/07-2020《核动力厂反应堆堆芯设计》以及NBT20057.3-2012《压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分：燃料组件》细化到燃料组件格架的要求进行规定。能够有效规范燃料组件格架的设计和验证，有助于我国压水堆燃料组件安全性和经济性的提升。本标准适用于压水堆核电厂燃料组件格架的功能需求和设计准则的确定，其它类型燃料组件格架的设计和验证可参照本文件执行。3、发展趋势本标准的技术具有先进性，相关技术已在国外多个压水堆核电厂以及国内AP1000核电厂得到应用，国内目前也已经实现了国产化，技术成熟程度也较高，本标准的技术不涉及专利。七、在标准体系中的位置，与现行相关法律、法规、规章及标准，特别是强制性标准的协调性《核动力厂反应堆堆芯设计》（HAD102/07-2020）对燃料组件设计安全性提出了要求。《压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分燃料组件》（NB/T20057.3-2012）对燃料组件的设计准则提出了要求。但国内尚无专门针对格架的设计和验证进行规范的法规和标准，本标准是在燃