壓水堆核燃料制造領域標準體系現狀研究

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和導則、國家標準、行業標準和團體標準進行了系統梳理和綜述，提出了建立我國壓水堆核燃料制造領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”的戰略目標。

關鍵詞：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

《國務院辦公廳關于加強核電標準化工作的指導意見》（國辦發〔2018〕71號文）指出：核電是我國能源戰略的重要組成部分，核電標準化是支撐我國核電安全、高效和可持續發展的重要保障，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，中國核工業集團公司宣布已經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、前期工作、設計、設備制造、建造、調試、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權的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的規范和標準，包括核安全法規、導則、國家標準和行業標準，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域的標準，未進行專門的研究和梳理，尚未結構化和體系化，且與我國核燃料組件的發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”的戰略出發，有必要梳理我國壓水堆核燃料制造領域的標準現狀，建立具有自主知識產權的壓水堆核燃料組件制造標準體系，充分發揮標準的規范、引領作用，強化我國燃料組件的技術話語權，提升我國核燃料組件的市場形象，為核電“走出去”戰略提供標準支撐和技術保障。

1 國外現狀分析

1.1 美國標準體系

作為核電燃料發展的鼻祖，美國建立了完善的壓水堆燃料標準體系。主要由法規、管理導則、ASME、ASTM等有關燃料的標準和技術條件等構成。其中，在ASME中涉及燃料制造的主要包括第II卷“材料技術條件”，燃料組件中采用的不銹鋼、鎳基合金材料可以參考相應的章節制定；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章節進行工藝評定和判定。ASTM標準涵蓋了燃料組件制造、質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條件，已被廣泛應用于全球鈾濃縮與燃料制造企業。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以后，在消化吸收美國標準體系的基礎上，建立具有自己特色的標準體系。其以法國核安全規則RFS.V.2.e“燃料組件制造通用規則”、RCC-C《壓水堆核電廠燃料組件設計和建造規則》以及技術條件為主體。RCC-C是法國壓水堆燃料設計和制造的綜合性規范。RCC-C第1.5節“管理體系”規定了核燃料組件制造企業管理體系的要求，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“不符合項處理”，其主要規定了核燃料制造企業不符合項的處理要求。RCC-C在第四章用整個章節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OCT、ГОСТ等標準以及燃料組件技術條件、燃料棒技術條件、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勢。

2 國內標準體系

2.1 核安全法規和導則

在作為基本安全要求的核安全法規以及其指導性文件中，與壓水堆核燃料制造密切相關的核安全法規和核安全導則主要包括：《核電廠質量保證規定》（HAF 003-91）。作為核安全法規，規定了核電廠質量保證大綱、組織、文件控制、設計控制、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，也必須遵照HAF 003-91的相關規定執行質量保證活動。

作為執行核安全法的指導性文件，《核燃料組件采購、設計和制造中的質量保證》（HAD 003/10-89）對核電廠燃料組件在采購、設計、制造、檢查、試驗、包裝、運輸、貯存和到貨檢查的有關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場的收貨檢查提出質量保證活動要求。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條件》、G B /T 10265-20 08《核級可燒結二氧化鈾粉末技術條件》、GB/T 10266-2008《燒結二氧化鈾芯塊技術條件》、GB/T 11813-2008《壓水堆燃料棒氦質譜檢漏》、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條件和相關檢測方法，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、工藝以及相關檢測方法方面涉及較少。

2.3 行業標準

壓水堆燃料行業標準主要包括核行業（EJ）和能源行業（NB）的相關標準，如EJ./T 868-2014《核燃料組件制造中的質量保證》、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、裝卸和貯存規定》等。從行業標準的種類分析，其主要涉及二氧化鈾粉末、二氧化鈾芯塊的相關檢測方法以及核燃料的運輸等。行業標準作為國家標準下一層級標準，有效地補充了標準體系，但是經過梳理，現在部分行業標準存在于國家標準重復交叉現象，主要體現在二氧化鈾粉末、芯塊的相關檢測方法。

2.4 團體標準

團體標準是經營主體自主制定、發布、采納和自愿采用的標準。自2015年國務院發布的《深化標準化工作改革方案》中提出培育發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，近幾年團體標準發展迅速，核能行業的團體標準主要由中國核能行業協會主導制定。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組件規范》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、釬焊等的焊接規范，從而填補了國家標準、行業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

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

應具有科學合理性和可操作性，應與我國核燃料市場的總體目標和任務相適應，標準的選用應適當，既不能過于簡化也不能龐雜。標準體系應結構清晰、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維護。

3.2 原則

標準體系應以核燃料制造企業的企業標準為主，對于法律法規、國家標準、核工業標準、能源行業標準、團體標準應建立選用目錄，并且協調好各層級標準的關系。標準體系應考慮當前核燃料制造企業的需求，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，以指導后續完善標準體系。

4 標準體系定位、范圍

4.1 定位

核燃料組件的設計與制造是我國核電市場發展的最重要的一環。根據國家能源局頒布的《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構[3-4]，核燃料組件制造標準體系定位于“工程設計”中的“核燃料組件及其相關組件”，并且定位于“燃料組件與相關組件制造”，屬于第三層的基礎性的一般工業標準體系。

4.2 范圍

根據GB/T 15496-2003、GB/T 15497-2003、GB/T 15498-2003等有關國家標準對企業標準體系的要求，結合核燃料制造的實際情況。壓水堆核燃料組件制造領域的標準體系宜以核燃料組件制造生命周期階段劃分，主要以技術標準為主，從采購、制造、運輸到交付形成全過程的標準體系。技術標準主要包括采購技術標準、產品技術標準、工藝技術標準、設備技術標準、運輸技術標準、交付技術標準等。

5 結 語

目前，我國具有自主知識產權的第三代核電站“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域，對現有的標準進行梳理，研究制定標準體系框架，建立標準體系表，指導后續標準的建立，以充分發揮標準的規范、引領作用，強化我國燃料組件的技術話語權，提升我國核燃料組件的市場形象，為核電“走出去”戰略提供標準支撐和技術保障。

參考文獻

[1]焦擁軍，肖忠，李云，等.“華龍一號”燃料組件設計研究及驗證[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].核標準計量與質量，2013（4）：11-14.

[4]牛敬娟，劉尚源，吳飛飛，等.核電廠運行領域標準體系優化研究[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）