Приказ Ростехнадзора от 18.01.2016 N 13 (ред. от 17.01.2017) "Об утверждении федеральных норм и правил в области использования атомной энергии "Основные требования к обоснованию прочности и термомеханического поведения тепловыделяющих сборок и тепловыделяющих элементов в активной зоне водо-водяных энергетических реакторов" (вместе с "НП-094-15. Федеральные нормы и правила...") (Зарегистрировано в Минюсте России 21.04.2016 N 41891)

Утвердить прилагаемые федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии "Основные требования к обоснованию прочности и термомеханического поведения тепловыделяющих сборок и тепловыделяющих элементов в активной зоне водо-водяных энергетических реакторов" (НП-094-15).

1. Настоящие федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии "Основные требования к обоснованию прочности и термомеханического поведения тепловыделяющих сборок и тепловыделяющих элементов в активной зоне водо-водяных энергетических реакторов" (НП-094-15) (далее - Основные требования) разработаны в соответствии со статьей 6 Федерального закона от 21 ноября 1995 г. N 170-ФЗ "Об использовании атомной энергии" (Собрание законодательства Российской Федерации, 1995, N 48, ст. 4552; 1997, N 7, ст. 808; 2001, N 29, ст. 2949; 2002, N 1, ст. 2; N 13, ст. 1180; 2003, N 46, ст. 4436; 2004, N 35, ст. 3607; 2006, N 52, ст. 5498; 2007, N 7, ст. 834; N 49, ст. 6079; 2008, N 29, ст. 3418; N 30, ст. 3616; 2009, N 1, ст. 17; N 52, ст. 6450; 2011, N 29, ст. 4281; N 30, ст. 4590, ст. 4596; N 45, ст. 6333; N 48, ст. 6732; N 49, ст. 7025; 2012, N 26, ст. 3446; 2013, N 27, ст. 3451), постановлением Правительства Российской Федерации от 1 декабря 1997 г. N 1511 "Об утверждении Положения о разработке и утверждении федеральных норм и правил в области использования атомной энергии" (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, N 49, ст. 5600; 1999, N 27, ст. 3380; 2000, N 28, ст. 2981; 2002, N 4, ст. 325; N 44, ст. 4392; 2003, N 40, ст. 3899; 2005, N 23, ст. 2278; 2006, N 50, ст. 5346; 2007, N 14, ст. 1692; N 46, ст. 5583; 2008, N 15, ст. 1549; 2012, N 51, ст. 7203).

2. Настоящие Основные требования устанавливают правила обоснования прочности и работоспособности тепловыделяющих сборок и тепловыделяющих элементов проектируемых, сооружаемых и действующих атомных станций с водо-водяными энергетическими реакторами в режимах нормальной эксплуатации, нарушения нормальной эксплуатации и проектной аварии и распространяются на обоснования прочности и работоспособности тепловыделяющих сборок и тепловыделяющих элементов, подготовленные организациями, оказывающими услуги эксплуатирующей организации.

3. Подготовленные в соответствии с настоящими Основными требованиями обоснования прочности и работоспособности тепловыделяющих сборок и тепловыделяющих элементов не распространяются на следующие случаи:

при наличии в теплоносителе первого контура реакторной установки посторонних предметов;

при нарушениях норм ведения водно-химического режима теплоносителя первого контура реакторной установки;

при реактивностных авариях, авариях с потерей теплоносителя и иных авариях с нарушениями теплоотвода от тепловыделяющих элементов, а также при авариях с падением тепловыделяющих сборок при транспортно-технологических операциях.

4. Действие настоящих Основных требований не распространяется на обоснования прочности пружин тепловыделяющих сборок, а также расположенных внутри тепловыделяющих элементов пружин и фиксирующих шайб, разрушение которых не может привести к выходу радиоактивных веществ из тепловыделяющих элементов.

5. Список сокращений, а также термины и определения приведены в приложениях N 1 и N 2 к настоящим Основным требованиям соответственно, используемые условные обозначения приведены в приложении N 3 к настоящим Основным требованиям.

6. Прочность и работоспособность твэлов и ТВС должны быть обоснованы в проекте РУ, а результаты обоснования должны представляться в отчетах по обоснованию безопасности АС. При внесении изменений в конструкции твэлов и ТВС, применении новых конструкционных материалов, изменениях химического состава топлива, изменениях технологии изготовления элементов ТВС, топлива или оболочек твэлов (если эти изменения могут повлиять на их прочностные характеристики), изменениях норм ведения водно-химического режима теплоносителя первого контура РУ, изменениях проектных условий эксплуатации, прочность и работоспособность твэлов и ТВС должны быть обоснованы с учетом вносимых изменений.

7. Обоснование прочности и работоспособности твэлов и ТВС должно основываться на результатах расчетов и (или) экспериментов, которые должны показать, что предельные состояния твэлов и ТВС не будут достигнуты в течение всего проектного срока их службы во всех предусмотренных проектом РУ режимах НЭ, ННЭ и ПА.

8. Значения коэффициентов запаса прочности для предельных состояний твэлов и ТВС должны устанавливаться таким образом, чтобы в течение проектного срока службы твэлов и ТВС были обеспечены их прочность и работоспособность с учетом эксплуатационных нагрузок в режимах НЭ, ННЭ и ПА.

9. Методы, применяемые для расчета напряженно-деформированного состояния твэлов и ТВС и прогнозирования их термомеханического поведения в процессе эксплуатации, должны учитывать все действующие на твэлы и ТВС нагрузки в режимах НЭ, ННЭ и ПА и определять численные значения параметров, характеризующих достижение или недостижение предельных состояний при эксплуатации.

10. Обоснования прочности и работоспособности твэлов и ТВС, выполненные до вступления в силу приказа об утверждении настоящих Основных требований, переработке не подлежат.

11. Конструкционные материалы, используемые для изготовления твэлов и ТВС, должны обладать радиационной и химической стойкостью в теплоносителе реакторов типа ВВЭР в течение всего срока службы твэлов и ТВС.

12. Физико-механические характеристики материалов твэлов и ТВС должны быть определены в охватывающем все проектные режимы НЭ, ННЭ и ПА температурном диапазоне с учетом анизотропии свойств материалов (при ее наличии) и влияния облучения. Диапазон доз облучения, при которых определяются физико-механические характеристики материалов, должен быть достаточным для обоснования прочности и работоспособности твэлов и ТВС в течение срока службы ТВС до проектных значений выгорания топлива.

13. Определение физико-механических характеристик материалов, необходимых для выполнения обоснования прочности и работоспособности твэлов и ТВС (модуля упругости первого и второго рода, предела прочности, предела текучести, коэффициента Пуассона, относительного удлинения, относительного сужения, предела длительной прочности, диаграммы деформирования материалов ТВС при различных скоростях деформирования, кривых длительной прочности, скорости терморадиационной ползучести, коэффициентов анизотропии пластичности и ползучести, характеристики трещиностойкости, кривых усталости, изохронных кривых ползучести, констант, определяющих скорость подроста трещин при эксплуатации) обеспечивается специализированной материаловедческой организацией. Численные значения указанных физико-механических характеристик должны отражаться в документах по стандартизации, устанавливающих требования к продукции, процессам и иным объектам стандартизации в области использования атомной энергии, предусмотренных пунктом 7 Положения о стандартизации в отношении продукции (работ, услуг), для которой устанавливаются требования, связанные с обеспечением безопасности в области использования атомной энергии, а также процессов и иных объектов стандартизации, связанных с такой продукцией, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 12 июля 2016 г. N 669 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2016, N 29, ст. 4839).

14. Специализированная материаловедческая организация должна обеспечить хранение обосновывающих документов, положенных в основу содержащих физико-механические характеристики материалов твэлов и ТВС документов по стандартизации.

15. Кривые усталости, характеристики трещиностойкости и константы, определяющие скорость подроста трещин при эксплуатации, должны быть определены с учетом влияния облучения и химического состава теплоносителя. Для материала оболочек твэлов указанные параметры должны также учитывать влияние химического состава газов под оболочкой твэла.

16. В качестве критериев прочности и работоспособности твэлов должны использоваться численные характеристики следующих предельных состояний:

а) пороговое значение первого главного напряжения в оболочке твэла, непревышение которого исключает нестабильный рост постулируемой исходной трещины, размеры которой устанавливаются разработчиком конструкции твэла;

б) потеря устойчивости оболочки твэла (как мгновенная, так и длительная при прогрессировании исходной овальности за счет ползучести) под воздействием давления теплоносителя;

в) предельное значение повреждения металла оболочки твэла за счет циклически повторяющихся нагрузок;

г) предельное значение повреждения металла оболочки твэла за счет терморадиационной ползучести;

д) предельная величина общих изгибных напряжений (или изгибных деформаций) в оболочках твэлов при сейсмических или иных динамических воздействиях;

е) предельное значение интенсивности пластической деформации оболочки твэла;

ж) предельное значение изменения диаметра оболочки твэла;

з) предельное значение удлинения твэла;

и) температура плавления топлива (для определенных проектом твэла химического состава, выгорания и технологии изготовления);

к) предельное значение давления газов под оболочкой твэла;

л) предельная толщина окисной пленки на наружной поверхности оболочки твэла;

м) предельное содержание водорода в оболочке твэла, при превышении которого происходит недопустимое охрупчивание металла оболочки.

17. Численные значения критериев прочности и работоспособности твэлов по указанным в пункте 16 настоящих Основных требований предельным состояниям должны быть определены и обоснованы разработчиками проектов твэла и ТВС на основе экспериментов и (или) расчетов. Указанные значения должны обосновываться в проекте РУ и приводиться в ООБ АС.

18. В качестве критериев прочности и работоспособности ТВС должны использоваться следующие предельные состояния:

а) охват пластическими деформациями (потеря несущей способности) всего сечения наиболее нагруженного элемента конструкции ТВС в отсутствии дефектов;

б) нестабильное развитие трещины (хрупкое разрушение);

в) потеря устойчивости ТВС в целом или ее элемента;

г) предельное значение повреждения металла элемента конструкции ТВС за счет циклически повторяющихся нагрузок;

д) предельная величина пластической деформации, при достижении которой может произойти разрушение элемента;

е) зарождение трещины по механизму коррозионного растрескивания.

19. Для элементов конструкций ТВС, изготовленных из сплавов на основе циркония, наряду с предельными состояниями, указанными в пункте 18 настоящих Основных требований, дополнительно должны использоваться следующие предельные состояния:

а) значение накопленных деформаций ползучести, при достижении которого может произойти разрушение элемента;

б) значение толщины окисной пленки на поверхности тонкостенных элементов ТВС, при достижении которого может произойти недопустимое охрупчивание металла;

в) значение содержания водорода в металле, при достижении которого происходит его недопустимое охрупчивание.

20. Для ТВС в целом в качестве предельного состояния должны использоваться значения предельно допустимых изменений геометрических размеров и формоизменения ТВС, включая прогибы.

21. В случае обнаружения трещин в тонкостенных элементах ТВС дополнительно к предельным состояниям, приведенным в пунктах 18, 19 настоящих Основных требований, должна быть добавлена минимальная длина макротрещины в указанных элементах, способная привести к достижению предельных состояний, указанных в подпунктах "а", "б", "в" пункта 18 и в пункте 20 настоящих Основных требований, до окончания срока эксплуатации ТВС и достижения проектных значений выгорания топлива.

22. Для тех предельных состояний, которые характеризуются численными значениями критериев прочности и работоспособности, значения этих критериев должны быть установлены специализированной материаловедческой организацией (предельные состояния, указанные в подпункте "д" пункта 18, подпунктах "а", "б", "в" пункта 19 настоящих Основных требований) и разработчиком ТВС (предельные состояния, указанные в пунктах 20, 21 настоящих Основных требований), обоснованы в проекте РУ и приведены в ООБ АС. При изменениях конструкции ТВС, применении новых материалов, изменениях конструкции твэлов, изменениях норм ведения водно-химического режима теплоносителя первого контура РУ, изменениях технологии изготовления ТВС численные значения критериев прочности и работоспособности должны быть обоснованы или должно быть подтверждено сохранение их прежних значений.

23. В обоснованиях прочности и работоспособности твэлов и ТВС должны быть предусмотрены коэффициенты запаса для всех перечисленных в пункте 16, пунктах 18 - 20 настоящих Основных требований предельных состояний. Численные значения коэффициентов запаса должны обеспечивать недостижение предельных состояний при эксплуатации и должны быть обоснованы экспериментально и подтверждены опытом эксплуатации прототипов (за исключением коэффициентов запаса, устанавливаемых настоящими Основными требованиями).

24. При обосновании численных значений коэффициентов запаса необходимо учитывать:

а) опыт эксплуатации твэлов и ТВС аналогичной конструкции (при его наличии);

б) результаты экспериментов на стендах и в исследовательских реакторах;

в) погрешность расчетов напряженно-деформированного состояния и термомеханического поведения твэлов и ТВС;

г) погрешность, вызванную разбросом значений физико-механических характеристик материалов твэлов и ТВС.

Численные значения коэффициентов запаса должны обосновываться в проекте РУ и приводиться в ООБ АС.

25. При выполнении расчетного обоснования прочности и работоспособности твэлов необходимо учитывать:

а) механическое взаимодействие топлива и оболочки твэла в процессе эксплуатации, включая исчезновение и повторное появление газового зазора между топливом и оболочкой твэла;

б) влияние облучения, температуры и водорода на физико-механические и теплофизические свойства материалов топлива и оболочек твэлов;

в) изменение давления и состава газов под оболочкой твэла, в том числе за счет газовыделения из топлива;

г) анизотропию физико-механических и теплофизических свойств материалов топлива и оболочек твэлов;

д) ползучесть, распухание, усадку, радиационный рост материалов топлива и оболочек твэлов;

е) влияние величины газового зазора между топливом и оболочкой твэла, давления и состава газов на величину его термического сопротивления.

26. В процессе эксплуатации твэлов достижение перечисленных в пункте 16 настоящих Основных требований предельных состояний с учетом предусмотренных в обоснованиях прочности и работоспособности твэлов коэффициентов запаса не допускается.

27. Обоснование прочности твэлов при сейсмических и иных динамических воздействиях должно выполняться в составе конструкции ТВС с учетом накопленных геометрических изменений твэлов, при этом ползучесть, распухание, усадка, радиационный рост материалов топлива и оболочек твэлов за время сейсмического или иного динамического воздействия не учитываются.

28. Обоснования прочности и работоспособности ТВС должны основываться на расчетах напряженно-деформированного состояния либо ТВС в целом, либо ее отдельных элементов, а также на расчетах термомеханического поведения активной зоны в целом. Расчетным путем должно быть выполнено обоснование недостижения в процессе эксплуатации ТВС всех перечисленных в пунктах 18 - 21 настоящих Основных требований предельных состояний, за исключением тех предельных состояний, недостижение которых обосновывается экспериментально.

29. При выполнении расчетов необходимо учитывать:

а) влияние облучения и температуры на физико-механические и теплофизические свойства материалов ТВС;

б) анизотропию физико-механических свойств металла элементов ТВС (при ее наличии);

в) ползучесть, радиационный рост (при их наличии) металла деталей ТВС, изготовленных из сплавов на основе циркония, в процессе эксплуатации;

г) проскальзывание (или отсутствие проскальзывания в случае заклинивания) и повороты твэлов в дистанционирующих решетках;

д) проскальзывание направляющих каналов (или отсутствие проскальзывания в случае заклинивания) в дистанционирующих решетках;

е) распределение потока нейтронов и температуры как по высоте ТВС, так и в горизонтальной плоскости;

ж) изменение усилий взаимодействия твэлов с дистанционирующими решетками в процессе эксплуатации;

з) изменение геометрических характеристик твэлов и ТВС в процессе эксплуатации;

и) поперечные силы взаимодействия между ТВС (при наличии механического взаимодействия);

к) осевые нагрузки на ТВС (механические, весовые и гидравлические).

30. Прочность и работоспособность ТВС должны обосновываться следующими расчетами:

а) на статическую прочность;

б) на длительную статическую прочность (только для элементов ТВС, изготовленных из сплавов на основе циркония);

в) на устойчивость;

г) на циклическую прочность;

д) на длительную циклическую прочность (только для элементов ТВС, изготовленных из сплавов на основе циркония);

е) на сопротивление хрупкому разрушению (нестабильное развитие постулированной трещины);

ж) на прогрессирующее формоизменение;

з) на вибропрочность;

и) на сейсмические и иные внешние динамические воздействия;

к) на время зарождения трещины по механизму коррозионного растрескивания (только для материалов, склонных к коррозионному растрескиванию);

л) на определение подроста трещины в пластинчатых элементах ТВС (в случае обнаружения трещин).

31. Геометрические размеры элементов конструкций ТВС должны устанавливаться разработчиком проекта ТВС исходя из обеспечения требуемых физических и теплогидравлических характеристик активной зоны, а также опыта эксплуатации прототипов ТВС.

32. Разработчиком проекта ТВС должны быть заданы все режимы эксплуатации ТВС, их количество за время эксплуатации, а также последовательность чередования этих режимов при эксплуатации.

33. Напряженное состояние ТВС (или элемента конструкции ТВС) должно определяться согласно установленной в проекте РУ последовательности режимов эксплуатации с учетом механических и температурных нагрузок, изменения физико-механических характеристик конструкционных материалов ТВС, а также радиационного формоизменения. Отнесение напряжений в элементах конструкций ТВС к различным категориям напряжений должно выполняться в соответствии с приложением N 4 к настоящим Основным требованиям.

34. Расчет ТВС на статическую прочность должен выполняться для обоснования недостижения в процессе эксплуатации предельного состояния, указанного в подпункте "а" пункта 18 настоящих Основных требований, для всех элементов ТВС для всех установленных проектом РУ режимов эксплуатации.

35. При расчете на статическую прочность необходимо учитывать все статические нагрузки на ТВС (от приложенных сил, тепловые, от радиационного формоизменения) для всех эксплуатационных режимов. Остаточные напряжения при расчете на статическую прочность не учитываются.

36. Расчет ТВС на статическую прочность должен быть основан либо на ограничениях величин групп категорий напряжений, приведенных в приложении N 4 к настоящим Основным требованиям, относительно значений