NB-T20057.3-2023压水堆核电厂反应堆系统设计 堆芯 第 3 部分：燃料组件.docx

ICS27.120.20CCSF69NB中华人民共和国能源行业标准NB/T20057.32023代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PWRnuc1.earpowerp1.antsreactorsystemdesign-Core-Part3:Fue1.assemb1.y2023-10-11发布m*-u$1国家能源局发布目次前者II1范围I2规范性引用文件13术语和定义14总要求25燃料棒设计准则251总则25.2工况I、工况II下的燃料棒设计准则253工况川、工况IV卜的燃料棒设计准则36燃料组件设计准则36.1 总则46.2 燃料棒的定位46.3 尺寸的变化46.4 流体的作用46.5 导向管和仪表管46.6 结构稔定性46.7 防异物设计46.8 可拆卸设计46.9 工况I、工况11部件的强度设计46.10 工况川、工况IV部件的强度设计56.11 定位格架临界屈曲技荷的确定56.12 非运行致荷56.13 燃料组件的互换性56.14 操作、运输和装卸的接口5615蜥斗组件的标识5本文件按照G&T1.12020彳标准化工作导则第I部分：标准化文件的结构和起京规则（的规定起草。本文件是乐水堆核电厂反应堆系统设计堆芯的第4部分.NBjT20057已经发布了以下部分：一一第1部分：核设计：第2般分：热工水力设计：一一第3部分：燃料组件：一第4部分：燃料相关组件.本文件代咎了NBZT2005732012压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3瓢分：燃料组件,与NBT20057.3相比.主要技术变化加下：a）增加了术语与定义（见第3章）；b）增加了“燃料棒在设计过程中应遵守本章规定"（见5J）：O删除了“除非特别注明，本各条Jfi用于工况非IJWII.m（见2012版的4.D;d）更改了包壳应变准则的描述（她5.2.4,见2012版的1.5）;O更改了包壳温度准则和包壳腐蚀准则（见5.2.7,见2。12版的4.7和4.8）;f）更改了一料棒弹簧准则中的描述（见5.2.9,见2012版的4.10）:g）淄加了工况小,I况IV下的燃料棒设计准则（见5.3）;h）更改了尺寸变化的描述（见6.3,见2012版的5.4）;i）更改了设田导向管和仪表词的描述（见6.5,见2012版的5.6）j）增加了可拆卸设计的要求（见6.8）：k）修改了定位格架受力要求的描述（地6.11,2012版的5.ID;I）增加了“设计过程中需考虑防止装料和卸料时祖件间的钩拉”（见6.13）：m）Jf1.i1.1.（"标识应该在俯照后清限可见”（见6.15）请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的黄任.本文件由能滋行业核电标准化技术委员会提出.本文件由核工业标准化研究所归口。本文件起草单位I中国核动力研究设计院本文件主要起草人：邢硕李云张坤茹俊H亮亮李华蒲普坪周段刘振海高士寿1988年首次发布文F1.T3231998年第一次修订：2012年第二次修订为NB.T200573:本次为第三次修订.压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分：燃料组件1范BI本文件规定了压水堆核电厂反应堆系统设计中地芯燃料组件的设计准则.本文件适用于锚合金作为包克管、UO2芯块和（或）UOzPd2O3芯块或涂7rB2的UoZ芯块作为燃料的压水堆核电厂期料组件的设计，采用其他包克和燃料材料的燃料组件设计亦可参考执行.2册范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款,其中，注11期的弓I用文件，仅该11期时应的版本适刖于本文件：不注11期的里用文件，其奴新版本（包括所有的修改单）适用于木文件。GB,T4960.3-2010核科学技术术语第3部分：核燃料与核燃料循环NB.T235-2O!1压水堆核电厂工况分类3术语和定义GB/T4960.3-2010界定的以及下列术谪和定义适用于本文件.3.1MtMf1.件fue1.assemb1.y组装在一起并且在堆芯装料和卸料过程中不拆开的一组燃料元件.3.2MBMfue1.nx1.反应堆内以核燃料作为主要成分的结构上独立的以小构件，形状为体状.3.3CCntro1.rod反应堆内以中子吸收体为主要成分的结构上独立的最小构件.形状为棒状.3.4定位格架spacergrid燃料组件中保持燃料棒之问一定间距，并为燃料棒提供横向支掠（有时也提供轴向支投）的构件.3.5导Mfguide-thimb1.e燃料现件骨架中供控制棒、可燃毒物棒、中子源棒或附力塞棒插入，并为控制格运动起导向和快逑落棒起水力缓冲作用的管状构件。3.6仪4Instrument-thimb1.e燃料组件骨架中为维芯中子探测器提供通道的管状构件。3.7当金属材料呈现屈服现改时.在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点.应区分上屈极强度和下屈服点.3.8ije,相应坦大力对应的应力。注1：对于无明酬屈服（不连续屈服）的金属材料.为试睑期间的最大力：注2:对于有不眄屈服的金麻材料，花加工硬化开始之试样所承受的股大力,4总的要求本文件所涉及的年行及事故工况分类见NBjT2(X)35-201K2014RK).按本文件设计的燃料组件与燃料相关组件、及反应堆控制系统、保护系统、应急堆芯冷却系统等一起应保证：一一在工况I、工况Ii下，燃料组件在设计寿期内不发生预期的包壳破损：可能发生的少豉包充的随机破损，其所林放的放射性黝旗也应在净化系统的净化能力之内，并符合核电厂设计地准；一一在i况川下.堆芯中破损燃料棒数不应超过燃料棒总数的一个小的份额：一一在工况IY后，燃料悴的破损不应时公众健康和环境造成超过标准的危害，堆芯应保持可冷却的几何形状，反应堆应处于次临界状态。6M捧设计准则5.1燃料棒在设计过程中应遵守本章规定.5.2 工况I、aI1.下的附H卅柳5.2.1 包完官立准则寿期初功率运行时最大冷却剂压力下和热态水压试验中，燃料棒包克应能保持周向稳定性.5.2.2 包克变第在整个设计年期内，燃料棒包壳不应发生蛹变坍塌.5.2.3 2.3包克应力准则在整个设计寿期内,包光的体积平均有效应力不应超过考虑/温度和中子辐照影响的包光屈极强度.5.2.4 包凫应虹则在整个设计存期内，植态运行时，从辐照初期算起的包壳用向拉伸应变(整性应变和蠕变)通常应低于1%;对姆瞬态步件，从当时植态工况算起包壳冏向拉伸应变的变化(弹性、型性应变和蛹变)通常不应超过1汕5.2.5 包克蝮劳M燃料棒包克累枳的应变疲劳损伤因子应满足下式：(d式中：n;:i.模式下的俄环次数：N,:i模式下允许的衙环次数.允诈循环次数取下列较小者：一一在实际应力幅下达到破坏时的循环数除以20;一一在2倍实际应力幅下达到破坏时的循环数”5.2.6 包剜他准则设计寿期末，包壳磨饨深度应小于包壳名义壁厚的10,5.2.7 包克债相关准则为防止包壳加速腐砂，需限制包壳表面温度或包壳氧化膜以度,一般推荐其中之一用于限制包壳腐蚀,具体如卜所述：a）包克粕蚀准则，即在设计有期末，包壳均匀腐蚀产生的氧化膜风度应小于100um,.b）包无谓度准则,即包无表面（制化膜与金属界面处）温度满足如下要求：1）时稳态运行，包壳去面温度不应邮过设计限值：2）对短期瞬态运行，包壳衣面温度不应超过设计眼（ft.3）对于钻-锡合金，柩态运行推荐设计限值取为400C,短期麟态运行推荐设计限值取为425,C.4）对于铭-锡-观合金，稔态运行推荐设计限值取为416C,短期螭态运行推荐设计限值取为454,C.5.2 .8燃料度准则燃料芯块的朵高海度应低于相应的熔点，熔点的取（ft应考虑到燃耗和化学成分等因素的影响，5.2.9 MWWWtM在辐照前的制造、运输和操作过程中，燃料棒气腔中设置的弹簧位使惚料芯块柱在受到1g（g为无力加速度,下同）轴向加速度时不发生轴向和动.5.2.10 W鼻内£E准则在整个设计寿期内.稳态运行时,燃料棒内J玉应低干能使燃料芯块包光接触后重新出现径向间隙或使间隙变大的值。5.2.11 新松量水含量准则在反应堆稳态额定功率运行工况下,燃料棒内自由热空间的当麻水含限应低于2mgcm1.所请自由热空间包括轴向气腔、芯块-包光环形间隙、芯块蝶形'芯块倒角、芯块开气孔体积、芯块中心开孔空间等.5.3 工况III、工况IVT的却衡tM5.3.9 WftM采用以二氧化物燃料为芯块，以幡合金材料为包克的圆柱形燃料棒为堆芯的压水堆核电厂，发生假想IjoCA事故时，设计准则为：a）燃料元件包光表面计尊最高温度不超过1204C:b）燃料元件包无局部氧化厚度不超过班化前燃料元件包光总厚度的17%;c）燃料元件包壳与水或蒸汽反应产生的氮气量不超过假想总氮气量的N.心想总氮气*为除包的麴料元件两筠气腔的包壳管外，全部包壳竹金属与水或蒸汽完全反应所产生的氨气IkS堆芯的几何形状变化仍能使堆芯保持可冷却的几何形状：c）应急堆芯冷却剂系统开始运行后,计算堆芯温度保持在可接受的低数值.堆芯内长寿命放射性核素择放的衰变热在要求的更长时间内都能排出5.3.10 单个控件弹出设计准剜在单个控制棒组件弹出事故中，为确保只有少I1.t燃料扩散到冷却剂,保证榭格不发生总体变形.应采用以下设计准则:a）热点处燃料芯块平均熔.新燃料应小于942J/8箱照过的燃料应小于837Jg;b）热点处熔化的燃料芯块体积份额应小于10%;C）热点处包壳的平均温度应低于包光的脆化温度（在无氧化或极少氧化情况下该温度为1482C）;d）冷却剂压力峰造成的应力应低于故障工况应力取值.6.1除非特别注明本章各条适用于所有四类工况.燃料组件所用各种材料应符合国家标准或行业标准的要求。6.2 蝎科的定位以合适的方式使燃料棒在燃料组件中定位和燃料组件在堆芯中定位,以构成并维持其在工况I、工况II下可满足物理、热工水力等要求的几何形状及径向、轴向位S1.6.3 尺寸的变化考虑到所有尺寸变化囚素，应允许燃料棒和燃料组件轴向和径向膨胀.寿期末考虑辐照效应后，上管座与堆芯上板之间的间隙应大于零.燃料棒与上管座/下管座之间的间隙之和应大干零.相邻燃料组件定位格架之间的间隙应大于零。6.4 定体的作用燃料组件应能承受工况I、工况H下由流体产牛的振动、腐饨'升力、压力波动和流动不税定性等各种作用.6.6 导向和仪Mr燃料组件应根据需要设置导向管或仪表管，为控制棒提供通道，或容纳可燃毒物格、中子源棒、P1.1.流塞及推芯测Jft装置.并为它们提供足够的冷却剂流量.导向管设计应考虑到快速落棒要求和为快速落棒行程末端提供必要的援冲,并能承受压力瞬态作用和由捽制棒动作引起的磨蚀与冲击.6.7 ta构定性燃料组件在堆内应能承受横向和轴向我荷作用,在各种可能的我荷作用下,应保证燃料组件不会出现结构失稳.6.8 防异*«计应果取适当的措脩防止异物进入燃料组件.6.9 可拆绿设计上管座及下管座与燃料批件的连接结构应采用可拆卸设计，便于特定情况下将上管座或下管座拆下及重新加装。6.10 况I、工XII.件的强度设计对工况1、工况H栽荷，应按下述规定进行部件演度设计：a）奥代体tM部件应力强度按最大剪战力理论计算.设计应力强度Sjk下述最低值：1）室都下规定的最小抗拉强度的1/3或规定的最小屈服强度的2/3;2）工作温度下抗控强度的"3或屈眼强度的90虬但不超过室温下规定的最小屈服强度的"3Cb）惟合釜金;件（不包括怙合金包无管）最大主应力不超过未辐照的、工作温度下的秸合金屈服强度,或用最大典应力理论评价梏合金部件设计.许用应力强位时见表I.»工况I、工XI1.IiWrTf1.氏体M件应力分类限值总体一次伸膜应力强度1.OSO局部一次薄膜应力强度1.5Sc应力分类限值一次薄膜应力加弯曲应力强度U5So总的一次应力加二次应力强度3.OS16.10WIn、工»1VS件的雪度设计对工况川、工况IV坡荷,燃料组件各部件的变形不应影响控制棒的插入和燃料棒的应急冷却.奥氏体钢部件的许用应力强度限值规定见上2.Wi合金部件（不包括珞合金包克管）的许用应力强度限他规定见表3.«2工XM工XmrFj1.氏体一部件期a成力*限值应力分类限值一次薄肤应力强度2.4S.或0.7Su之较小者一次薄腹应力加弯曲应力强度3.6S或1.05S.之较小若注：中£为未编照的、作淞度卜材料的抗拉强度，S.定义同讪,«3工况川、工况IVf1.HTF1ft合金事件/包含帝合金包完）警用应力度*值应力分类RJtf1.次膜应力强度1.6S,或0.73,之较小者一次膜应力加穹曲应力强度2.4S,或1.05SU之较小者注：衣中s,瓶.为分别;m丽入r作温度卜才才科的屈服强度和抗拉强度.6.11定位格处界屈的就在痢定定位招架临界屈曲载荷时,应取未幅照格架在运行泥度下95%置信度水平的平均压屈强度.作为定位格架临界屈曲强度值。在设计基准事故下.定位格架所受到的撞击载荷应低于定位格架临界电曲载荷值.6.12 北运行荷在横向6g和轴向Ig祚运行载荷H.燃料批件及其部件应保持几何他定性。6.13 短件的互换性城芯中所有燃料姐件在结构上应具有互换性.6.14 好、运W卸的接口燃料组件应为其操作、运输和装卸提供抓取和接触部位,并“能承受相应操作、运随和装卸时的我待与所用相关设得相容，设计过程中需考虑防止装料和卸料时加件间的钩挂。6.15 mafMdR燃料殂件应设祝必要的标识-标识应该在辎照后清晰可见。