压水堆核电厂燃料组件管座设计规范-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管座设计规范》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管座设计规范》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管座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管座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管座设计》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，负责反馈提出反馈意见以及修订优化建议。主要成员：郑轶雄、范华彬、程禹敏、茹俊、吴海、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管座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管座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，上、下管座是压水堆核电厂燃料组件重要的部件，是燃料组件的上、下端的接口部件，在上、下两端承受燃料组件的接口载荷，也是冷却剂进入和流出燃料组件的出入口。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管座设计具有非常丰富的时间经验，在FA300、CAP1000、SAF®-14等燃料组件管座的设计、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管座的设计和验证经验。在此基础上针对压水堆燃料组件管座设计要求，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上、下管座需要满足的功能要求，对从承载强度、材料、冷却剂分配、接口尺寸等角度提出上、下管座的设计准则，以规范压水堆燃料组件管座的设计和验证内容，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依据国标GB/T1.1-2009中规定的编写规则进行编写。（1）范围本章列举了对本标准主要内容的阐述和对适用范围的规定。（2）规范性引用文件本章列举了标准所引用的文件。（3）术语和定义本章列举了与本标准相关的术语和定义，重点对工况、冷却剂丧失事故、安全停堆地震的定义作了说明。（4）功能要求本章列举了上管座、下管座作为压水堆燃料组件零部件需要具备的的功能要求。上述功能需求根据上、下管座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。其中上管座包括提供燃料组件顶部定位、承受并传递燃料组件垂直压紧力、提供冷却剂流量分配、提供燃料组件操作接口、防止燃料棒窜出、具备可拆性等方面，涵盖上管座的结构承载、水力、接口、运维需求等方面。下管座包括提供燃料组件的结构支撑、导向管和仪表管底部定位、提供燃料组件底部定位、燃料棒轴向高度定位、堆芯冷却剂流通、便于燃料组件操作、防止异物损伤燃料棒，涵盖下管座的结构承载、水力、接口、防异物等方面。（5）设计准则本章列举了上管座、下管座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。其中上管座包括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、循环载荷要求、材料要求、冷却剂分配要求、防止燃料棒弹出要求、压紧弹簧要求、接口尺寸要求；下管座包括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、循环载荷要求、材料要求、冷却剂要求、接口尺寸要求、燃料棒轴向定位要求、仪表管接口要求；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、5.10、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。其中运输载荷下提出了试验测量永久变形量替代应力分析的方法，并参考燃料组件管座的尺寸公差制订了设计准则。材料要求：为减少感生放射性，严格限制了Co含量。同时对需考虑的环境工况的影响进行了阐述，要求设计中充分考虑材料性能劣化对部件功能的影响。冷却剂分配要求：作为燃料组件冷却剂的出入口，管座需要确保燃料棒间冷却剂通道出入口处冷却剂分配尽可能均匀，防止部分燃料棒冷却不足。还指出了主要的未预期工况，如锆合金骨架组件中会遇到的夹持力丧失后燃料棒落底与下管座接触的情况，应仍能保持必要的流量均匀性和可接受的压降。根据《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5.8节要求，应采用适当的措施防止异物进入燃料组件，下管座构成冷却剂入口，是异物过滤系统的重要组成部分。参考国际上大量运行经验的压水堆燃料组件管座设计，制订异物过滤限值以达成该设计要求。防止燃料棒弹出要求：作为燃料组件顶部和底部接口需要防止燃料棒掉出燃料组件，因此对筋条的设计和排列方式做出限制。接口要求：对上、下管座与压紧弹簧、仪表管等接口要求做出规定，并对燃料组件与外部的接口尺寸做出具体要求，充分考虑尺寸公差叠加的工况，仍保持接口配合和载荷传递的作用。3、解决的主要问题上、下管座是压水堆核电厂燃料组件重要的部件，是燃料组件的上、下端的接口部件，在上、下两端承受燃料组件的接口载荷，也是冷却剂进入和流出燃料组件的出入口。目前，对于燃料组件上、下管座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。目前已在国内成功的实现了国产化设计、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，管座部件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管座设计、研制和验证实践经验，但各家燃料研发单位对于上、下管座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上、下管座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管座设计验证过程中，遵循本次同批立项的《压水堆核电厂燃料组件管座力学性能试验方法》、《压水堆核电厂燃料组件管座异物过滤性能试验方法》、《压水堆核电厂燃料组件管座压降试验方法》开展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管座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管座的设计和验证，有助于提升我国压水堆燃料组件关键部件上、下管座设计能力和规范性，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管座的设计准则，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管座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NB/T20057.3-2012《压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分：燃料组件》细化到燃料组件管座部件的要求进行规定。能够有效规范燃料组件管座的设计和验证，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管座的功能需求和设计准则的确定，其它类型燃料组件管座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上、下管座部件的设计和验证进行规范的法规