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1、护?去幽去去架书 研究与探讨玲介带带带举举求压水堆核电厂燃料组件标准化分析穿培庆?核工业标准化研究所 么标准或 文件!选择新 的分析检验方法时,首先看有无 国内标准或 国外标准。燃料组件的制造处于 严 密的质量保证体系控制之下,而标准化则是全面质量管理的基础。工艺步骤质量控制性特# %#燃料组件标准化的作用&%&燃料 组件标 准体系已基本形成我国核燃料 系统的标准化工作,尽 管起步较晚,但近年来 由于各级标准化领 导者 和工作者 的努力,本着积极 采用国际标准和国外先进标准的原则,逐步 建立 了我国的核燃料 标准体系。这 个 标准 体 系涉及到 国家核安全法规和导则?(系列 ,也包括 了近百项
2、核燃料 国家 标准和核行业标准。其 实,作 为核燃料系统的 综合标准体系还应包括 大 量的企业标准,因为国家标 准和行业 标准 不可能定得太细,特 别是制造工 艺方面的标准,往往包含 着“技术 诀窍”,不宜 定国标和行标。多数产品,即使有 了国 标或行 标,企业 还必 须制定严于国标和 行标的企标。今后 的任务是进一 步补充和 完善这个标准体系,对返馈 意见比较 多的标准进行修 订。&%)保证质量,创造效益压水堆燃料元件的综合标准化,其基本内容 是参考了 国际 原 子能机构技 术文件+ ,一. /一01的有关要素提 出来的,& 232年国家核安 全局将该文件转 化为我 国核电厂安全导则。从燃料
3、组件的设计、制造和 标识,直 到 包装、运输和贮存,每一 步都贯穿 着标准 化,每个 工艺步 骤的 成品或半成品,都要对主要技术指标进行测试和检验,以保证每道工序 的产品质量,只要每 个工艺步骤把好关%最后产品质量 就能达到设计要求。现将燃料组件生产工艺中 的质量 控制 程序列于图&。在燃料元 件加工厂里,标准作为职工培训教材的内容之 一。在车 间里,工序产 品卡和报告单上要 注 明采用什%)%#铀含量%)铀 同位素丰度%4杂质元素5 %67%, &%8 9%:%;%? %8!%卤代烃等丝 史)一%。)水磷成7(二%#水解液 中铀含量)铀同位素丰度%5%工的比表面积5%(一和杂质含量一=%&中
4、)、4含量=%)母液中铀含量上过 %&铀含量量 %)水分含量量 %4铀 同位素富 集集度度度 %氧铀原子比比 %,比表面 积积 %可烧结七七 %松装密月月振振 实密度度 %3杂质元素含量量 %2杖度度一一一末一冬澡一一一干一 粉0一#?一? 匕!告淀!卜!毒味! 片创侧洗蔚旧连杯。#还功过 氟曰。脱粒制 生互一% &压卜崛酬烧结炉中烧结磨削二二=%&密度度= = =%)微观结构构= = =4外观尺寸寸= = =%再烧结稳定性性 %&外形尺 寸寸 %)管材化学成分分 %4高温 力学性能能试试验验 %腐蚀性能试验验 %,氢化 物 取向检检验验验 %金相检验验 无报检验验 %3表面质量检 验验5%端
5、 塞 ; %且&棒材化 学成分、耐腐蚀、金相、力学性能检验5 %)外形尺寸5 %4表面质量检验装第氮 %卜憔料组件组装四四%=%&焊缝缝射线照照相相检里里吞吞= = =%)焊缝弓弓竺竺= = =%4焊缝月月釜相检验验污污污蚀试验验 ;%&氮质谱检漏漏 %)焊缝射 线照照相相检验验 %4尺寸、重量和完完整整性检验验 %铂一) 4,富集度度 %,表面状态态 金相检验验 %当量水含量量 %3表面沾污检验验 %2标识号号%定位格架、上、下管座、导向管、仪表管组装成骨架匕%&外观检验#&%)尺寸5%装入燃料棒组,。,口翻二、# 、一葵益燕辑 蚤露+#晏寸和形 位公 ,二二二, &差卜5%)表面清洁度5
6、4表面沾污检验且控 制棒 组件插入功能检验+.标识号检验已最终检验图&燃料组件制造工艺及其质量控制流程 图秦山核 电厂的并网发电,结束了我 国大陆“有核无能”的历史,标 志着我 国 在和平利 用原子能方面取得 了重大进展,其社会效益是巨大的。秦山核电厂的大量试 验和满功 率正常运行证明我 国 自力 更生研制的然料组件经受了考验,完全可以满 足核 电厂的需要,外国专家 也给予赞扬和肯定,这其 中渗透着 标准化的作 用。根据燃料 元件加工厂的计算,在4 6秦山核电厂首炉和前两炉 换料二氧化 铀芯块生产 中,由于 推行了标 准化,保证了芯块的 质量,与标准化前小型 芯块生 产线的制造水平相比较,在扣
7、除了其 他因素的作用 之后,标准化所创造的直接经济效益达4 多万元。标准来源于实践,又反过来指导 生产,保证产 品质量。燃料 组件标准 化 的目的是在保证燃料组件安全可靠 的前提下,力求 得到最佳 经济效益。&%4推动核嫉料领域标准化的 开展在核 电核燃料标准体系中,核燃料组件是最终产品。从铀矿石的开 采、精炼,到制成 压水堆核 电厂的燃料组件,这是一个相 当复杂的过程,如果按照铀 的化合物 产品写出来,大致如图)所示。而制定标准的顺序恰恰是和图)相反。按照反应堆的四类运 行工况,燃料 系统总 的设计和安全基准有三条? & 在工况和工况#的情况下,保持燃料组件的完整性。燃料棒的 随机破损率足够
8、低,一般在? )一, &一,水平,且必须在冷却剂 净化 系统能力之 内!?) 出现,类事故工况,破损的燃料棒仅占一个 小 的 份额,反 应 堆 仍 能恢复到 安 全状态!?4 出现类事故工况,反应堆能恢复到安全状态,堆芯保持次临界,并保持堆芯可冷却 的几何形状。根据燃料系统这三条总 的设计和安全准则,引出 了燃料组件和相关组件的设计准则,进而制 定出燃料棒的设 计导则。根据反应堆 的运行工况和燃料棒的要求,制 定 出二氧化铀 芯块和粉末标准,再根据燃料元件加工厂对原材 料 的要求,制 定出低 浓六氟化铀和天然六氟化铀标准,这些产 品标准 和设计准则的制定,一是根据我国的生 产经验 和运行经验,
9、二是采4用国际标准和 国外先进 标准,核燃料 系统基本上是采用 美国 .86标 准,这套标准 的技术要求 应 该是相互衔接、协调配套 的。现 在已审查通过的四氟化 铀和天然二 氧化铀 的标 准即将发布。我们曾试 图先制定三碳酸铀酸按 的标准,但它 的某些指 标?例如,钥和钦的含量等 取决于天然二氧化 铀,因此,只有制 定 出天然二氧化铀的产品标 准,才能最后 确定三碳 酸 铀酞钱的 技术指 标。一?一一!一一一一一?一 一!伙一工盆汉议沈沈?%一(、一叫)(闪切+(一卉、闷(,比 尔小+ 户一)二代小护.产/一(二二习+ 一()一(0 1们甲二,一二二二尔咒一2一二,3刃小二、一+民之辛4二2
10、一乙4加赛图5泛泛妻妻毛由铀矿石到然料组件的 加工过程由于 开展燃料组件的标准化,迫使 我们制定 一 系列核燃料 的产品标准,以产品标准为龙头,相应 的配套标 准例 如,分析检验方法 标准6必须跟上,这就推动 了 核燃料领域标 准化的开展。 7与 国际接轨的检验方 法标准发 挥了重要作用燃料组件的配套标准中有很大一 部分是产品的分 析检验方法标 准,它对原材料 的质量控制,对生产工 艺的监 测控制以及产品的合格性检验都发挥 了重 要的作用,产生 了很大的经济效益和社会效益。当然,并不是所有 的分析 检验标 准都好 用,通过标准的贯彻 实施调查发 现,大约有1 8 环的分析检验方法你准 用于生产
11、实践,这些标准 大都是等同或等效采用国际 标准和 国外先进标 准主要是美 国9:; 标准6制定 的。分析专家们认为,按照美国 9:;制定的 标准 方法是 无懈可击的,很容易通过法国专家的评 审。美国材料与试验协会的核材料专家曾说过“9 :;的分析检验方法并 不 是最 先进的,但适合核燃料制造 厂和有关实验室 使用。”当然,采用国际标 准并不是照搬照 抄,必须结合我国的 实际情况,分析检验方法标准必须由有经验的 实验室作验证实验或比对实验。 7燃料组件标准化 中的分析检验方法标准已用于十几种核燃料标准物质的定值。国家一级标准物 质通 常 采用下列三 种 方法之一进 行定值? 6两种或两种以上准
12、确、可靠的方法%6多个 实验室 采 用准确、可靠的方 法协 同定值。这里所谓准确、可靠的 方法通常为标准方法。在量值传递中,标准物 质和标准分析方 法是相辅相 成的,标准物质可 用于研究或评价标准方法。有 的分析方法比较复 杂,出结果速度慢,企业 常常使用快速、低廉的常 规分析方法。这种情况,必须 对常 规方法与标 准方法作比较试验,证明常规 方法是同等有效的。9提高标准 化 意识,培养骨干 队伍最早研制和生 产压 水堆燃 料元件时,产品的 指标越 严越好,致使不锈钢包壳管和烧结二氧 化铀芯块大多数是废品,不计成本,更不讲经济效益。核电燃料组件的标准化,既 要考虑核 电厂安全可 靠的 运行,又
13、要考虑加 深燃耗、延长 元件 使用寿命、以降低运行费用和 成本,达到 经济效 益最佳化。在 标准 化的过程中,充分利 用当今世界 的科研成果,使 产品质量和经济利 益之间的平衡保持在比较理想的 状态。在社会主义市场经济的环境下,这是使 自己的产品有竞争力 的最佳选择和最好的办 法。由于标准化工作的开展,保证了产品质量,合格品大 幅度增加,铀回收率大大提高,财政开 支反 而 减少,经济效益是十分明显 的。由于有了标准,生产管理有章可循,产 品交接有了 依据。各单位自觉地 制定标准,每个人严格地执行标准。检查产品质量首先要检查标准,遇到问题懂得 找标准,人们的标准化 意识普遍提高了。近十年来,一大
14、批技术人员参加了燃料元件标准 化的 制标工作,相当一批专 家参与了 标准 的审查工作,各级领导都有专人负责标准的贯 彻实 施工作。这些科技人员中,有一部分是全国核能标准 化技术委员会核搬料分委 会的委员,有些是企业标委会 的 委员,形成了一支核燃料标准化的 骨干 队伍。&%大型 核电核燃料元件生产线上的应 用国 营3& )厂引进法 国 法杰 玛 公 司(& & 核 电 燃料制造技 术改造建成的大型核电核燃料元件生产线,在制造设备和制造工艺上与法国有很大差别,但产品的技术条件是相同的,因此,很多工序 中使用 我国 的制造技 术,实现法国的技术条件。在通 过法杰玛公司 的各项合格性鉴定和国家有关部
15、门以及广 东核 电合营有 限公司的专 业评审 中,有关的核燃料 标准发挥了一 定的作用。由于我国核燃料 标准大多 是以美 国材料与试验协 会的标准 为蓝本制定 的,产品标准与法国的技 术条件基 本一致,分析 检验方法不 要求和法国相同,只注意方法的精密度 和比对实验中3& )厂的数据,因此,在评审中这 些标准很容易地得到有关专 家的认 可,继续在 新生 产线上应 用,作为生产控制和质量控制的 技术 基础。)燃料组件标准化存在的问题及 其对策)%&综合标 准化的局限性& 2 3 ,年以后逐渐开展 了“压 水堆核 电厂核燃料元件综合标准化”,那时所说的“压水 堆”实 际 上 是 指) 3工程,是
16、围绕 着秦山一期4 76核电厂燃料组件的设计、制造、质量控制、分析检验以及包装运输等方 面制定的一套标准,如 果将这套标准用于 6 和2 6核燃料元件,就存在着一 定 的局限性,有些标准没有用,有些标准必 须修定,否则就不能 用。例如,/58#3 4 3一32和+83一2),即二氧 化 铀芯块的水蒸 汽腐蚀试验和承载能力试验,大亚湾 核 电厂不要求做这两 项试验。再如,/58#32一32、/58#3& 4一3 2、/58#3 4一3 2、/58#3 一32、/58#3 ,&一. 2以及+ 83 一2 )等项标准,在) 3元件生产时 得到了很好的应用,但对大亚湾 核电厂燃料元件,必 须对这些标准
17、作适 当修 定后才 能 使用。今后制定标准 尽 可 能编制成4 6、 76 和 776核 电厂通 用的标准。对过去为4 6 核 电 厂制定发布的一套标准,能修定为通用标准的就 尽快修定!如果有的标准对 6和776没有 用,但4 6 核 电厂还要 用,这种标准可以保 留,因为不但有运行着的4 6 秦山核 电厂,而且还有向巴基斯坦出口的任务。值得注意 的是,正在建造中的恰希玛核 电厂,燃料组件的某些零部件及其材料正 在向2 76核 电厂靠拢。)%)燃料组件超负荷制标所带来的问题& 23,年确 定 围绕燃料组件标准化制定 , 3项 国 家标准的计划,& 23年,燃料组件的设计单 位,生产单位和研究单
18、位又补 充 了一批标准项目。这对没 有 多少 标准化基础的 核燃料工业来说,一下子制定 这样 一大批标准,的 确有 点超负荷。当时,困难很 多,最突 出的问题是经费不 足和任务过重。由于 经费不足,领导 者的精力花在争取经费上,工作忙乱,缺乏对各单位实际情况和具体标准 内容的研究!由于任务过重,3& )厂、一院四所、) )厂和原子能院等单位 同时编制 ) 多项标准,而 且这些 标准大都是分析检验方法标准,必须进行验证 实验或比对实 验,致使人力紧张,部分编制人员缺乏对元件厂 实际情况 的了解,使制 定的标 准 由于缺乏仪器或试剂,或者由于测定速度慢 等原因未能在3& )厂生产线上应 用。例如,
19、/58#3 一32、/ 58&2 )一3 2、/58& 44 一2)、/58&44 )一2)、/58& 4 4 4一2 )。标准只有 在生产中应用才能 显示 社 会效益和经济效 益,如果脱离生产实际制定 标准就 会造 成浪费。3 &)厂提出,方法 标准只能 由能提供 大量样品的 生产单位制定。据说美国 . 86有 这 条规定,是否适合 我国的 国情,有待商榷。今后对 未能在生产 中应 用的标准 应进行修定。修 定工作可以由原编制单 位承担,但 也提倡编制单 位和使用该方法的生 产厂共 同完 成。)%4采用国际标准和国外先 进 标准 出现的问题国际 标 准是一种宝贵财富,积极 采用 国际标准和
20、国外先进标准,既省钱,又省 力,因此把它 作 为我 们的国策几年来,燃料 组件 标准化一直 贯彻“直接采 用一一实 验验证补充修定”的方针,大大促进了核燃料 标准的 编制工作。但也遇到了一些问题 /5 , 8&) &4一2&核燃料组件标识号规则是根据 美 国核学会标准 ., %3一 3编制 的!而国营3& )厂燃料 组 件 的 标识执行 (7 & 。附录,这是 根据国 际原子能机构 +.于?/一01编写 的!最 近,国际标准化组织又发 布了国际标准 & ,&2 2一& 2 2 4。国际上4个有权威的组织机构对 同一事物 发布 了4个 标准,彼此又存在 较大的差异,到底向谁靠拢给 使用者造 成
21、混乱。实际上,采 用4种标识中的任一种都能满足实际需 要,但 (和/5能统 一起来为最好,到底向谁靠拢,除了专家 论证 外,还要靠有关 部 门协商解决。+ 4& )一3 3压水堆核 电厂运行及事故 工况分类是根据美国. 厂. ,&,一& 234编制 的!而国家 核安全局的 ( )&对运 行 工况 的 划 分 来 源于 国际原子 能机构。在 + 7% , 一./一4中 对四类 工 况 的划分与+4& )一33存 在差 别, 76 核 电厂的设计 是按照+4& ) 一3 3的划分进 行 的。 / 58 #7) 一3 3烧结二氧化 铀芯块 技术 条件是 等效采用美国材 料与试验协会 标准.86=“一
22、3 4,这项国标 曾成功地用于秦山一期燃 料 元件的设计,并指导 生产,控制芯 块的 质量。在 引进法 国法杰玛公司技 术 建成的 新燃料 元件 生产线上,国营3&)厂执 行法国的技术条件. :=#73带 倒角的天然富集铀的二氧化铀 芯 块。法国技 术 条件总 的要求和/珍8 #7) 一3 3是一致 的,但某些方面要 求更细、更 严,例如,新增加了一些杂质元素 限值,当量 硼 含量?+ 5 = 由%如 即降低到)%4拜 等等,为此,国营 3 &)厂曾要 求按法国技 术条件修订/ 58) 一3 3。我们认 为,法国二氧 化铀芯块技术 条件不能 作 为我们的国家标准,因为工 . 86= 是 世界各
23、国公认的,包括法国在 内!?法国的技 术 条件是企业内部用于控 制产 品质量的,如果 定 为国标或行 标,对供需双 方产品交接 或产品出口都是很被 动的。因此,法国压水 堆核 电厂燃料组件? ?个技术条件,尽管 可操作性比较 强,但只能 定为企业标准,这样更 主动。!#%& 一 只能 根据() #+, 一.进行 修订。/0由于直接采 用国际 标 准,没有 自己的实验 数据,因此,某些 技术指 标难免有 照 抄照搬的 现象,例如,123&3一 压水堆 核 电厂燃料组 件设 计 准则中规定4“在 56为重力加速度0非运行载 荷 下7燃料组件及其部件应保持尺寸稳 定性”。实际上,? &厂运输嫩料组件
24、 的水平加速 度实验 最 大到&78 9,我们制造 的嫩料棒内压缩弹簧的预 紧力仅等于燃料棒 内芯块柱重量 的?73倍,焊接工艺、加工工 艺决 定了我们生 产的燃料棒和燃料组件难以承受过 大的冲击加速 度。因此,秦总、办58 0第9号文规定4“秦山核电工程新燃料组件运输中,加在燃料 组件上的水平加速度小于?7 ,垂直加速 度小于&”。美国规 定 为. 6:法国最近 也改 为.:德国水平 加速 度控制在?79。根据我国的实际情况,+ 4) 4 一3 3应 该修订,将2的非运 行载荷限值适当降低 为宜。)%“整体 效果最 佳”考虑 不 够,制 定标准和贯彻标 准有些 脱节燃料组件 标准化以整体效果
25、最佳为主要目标,把所涉及到的全 部要 素综 合起来进行 标准化,做到技 术先进、经济合理、安全可靠,而且标准 之 间协调配套,形成一个最优化的有机整体,以达到 最 佳技 术水平,获得最佳经济效益。在/58& 4 2一2 )铀一)4 ,丰度低于百分之五的浓缩 六氟 化铀技术条件中,硼杂质 含量规定为3 %。拌,这种低浓六氟化铀是生 产二氧 化铀粉末的原 料,但 在/58#7),一3 3核级可烧结 二氧 化铀粉 末技 术 条件中规定,4。种 杂质元 素?包括硼 的当量硼含量不超过%拜嗦,这两 者显然不配套,如果低浓六氟化 铀产品中硼含量 真的达到3%即的话,生产 出 的二氧 化 铀 粉 末 就 会
26、 不 合格,所以/5厂8&4 2一2 )应 该修订。这个问题 在 .86=22一2 中已得到 答案。标准 既不能定得太 宽,也不 能定 得过严,过严了就会出现质量过剩,经济上更不 合理,这里 有安全和效益 平衡 的问题。过 去,燃料组件标准 化主要从项目是否齐全考 虑,缺什么就 定什么,很少 研究 标准化 的整体效果最优化问题。燃料组 件标 准化强 调制 定 标准和贯彻 标准紧密结合。制 定的标准只有在 实施过程中才能证明是好用还是不好用,存在 什么问题,然后反馈意见,进行修定和完善。任何标准都可能根据实际情况作出修定。而燃料组件标准 化中的 一些标准,制 定之后 从未 在燃料元件厂使用过,如
27、 果没有这 次标准 的贯彻 实施调查,还无法 得到 这些信息。建议 中核总建立一 个标准 实施 意见信息反馈系统,有专人管理,反馈 的意见经科技局和核工业标准 化所,提 交专业 标准化技 术委员会研究、确认,出修改单,待修改单积 累到一定程度后对标准进行修 定,这要作为一 项常规工作,把制定标准、贯彻标准和修定标 准紧 密结合起来。4对核电燃料组件国产化及其标准化 的一 点看法从长远看,核电已列入我国能 源发展规划,未 来的核能将会有较大的发 展。“九五”期间,我国将建设座核电站共3个机组。这座核电站分别是秦山二期 76,广东岭澳)只#6,辽宁?温佗子 ) 只# 6,秦山三期76重水堆核 电站
28、。至)&年,中国的核电装机容量有可能达 到) ,7 6。山东、江苏、湖北、福建、安徽等省都在酝酿建设核 电站,形势 的确 不错。但是,这里面有这 样一个问题法国、俄罗斯和加拿大 核 电站的 堆型不 相 同,燃 料组件和相关组件差 别很大,无法共用 同一 条生 产线。我 国是发展 中的国家,财 力物 力很有限,应该学习法国的经验,集 中力量发 展法、美式 的压水堆 核 电厂。核工 业标准 化所作 为核工业 标准的归口管理单 位,不能把核 电标准制定成“万 国牌”,要 集 中力量制定和完善 压 水堆核 电标准体系。在“军民结合,以核 为本,发展核 电,多种 经营”十六 字方 针的 指 引下,中国核工业总公司正 建立军民两 用的 核动 力、核燃料科研生产体系?简称“两核”体系 ,核工业标准化也应该 围绕“两核”体系开 展工作。随着压 水堆 核 电厂的发展,应该将生产能力 为 一. 的大型燃料元件厂的 建造列入国家计划,因为这种规模的元件厂能 够获得大的经济效益。当然,建造这种大型元 件厂的前提必 须是 大批地 建造法、美式 的压水 堆型核电厂。
