摘要：核燃料消耗费用在运行电站成本中占比较为重要，其采购是电站采购工作的重要工作。本文主要描述核燃料工艺过程及采购策划相统一的两方面内容。
关键词：核燃料；采购
1概述
铀是当今大部分核反应堆所使用的燃料，是一种不可再生资源，属于稀有金属资源。而在核电站中，核燃料采购的费用也是电站总花费中的很重要一部分，其占比约为20%。因此，了解铀燃料的采购对于电站燃料采购支持以及费用控制是非常有必要的。
对于核电站的核燃料循环而言，其循环过程可以划分为三个阶段：循环前端、中段（也称堆内循环）和后端。循环前端是指，从铀开采至制造完备的核燃料运抵核电站；循环中段是指，核燃料在反应堆内充分燃烧运行，这其中也包括在电站的临时存储；循环后端是指，经过运行的乏燃料从电站启运至乏燃料后处理厂进行后处理或者运抵乏燃料封装存储地进行长期存储处理。
本文主要关注点为循环前端的工艺及采购策划。
2核燃料循环前端处理介绍
为更好的分析核燃料采购方案的确定，在此章节要描述原材料、过程产物、燃料组件的产生过程及关注点。
2.1核燃料采购前端过程
核电站燃料采购当中所考虑的循环前端过程主要包含了天然铀采购、天然铀转化及浓缩铀制备、核燃料组件生产。
2.2铀矿开采与精炼
铀元素广泛分布于地壳和海洋中，但有经济开采价值的含铀矿床的含铀量介于0.04%-5%之间。
开采出的铀矿石经过磨矿、矿石浸出、溶液分离、沉淀等工艺，得到初步的铀化学浓缩物。这一浓缩物经过洗涤、干燥后成为水冶产物——黄饼。
铀化学浓缩物进一步提纯，以达到所要求的核纯度，并转化为易于氢氟化的铀氧化物。通常将铀化学浓缩物提纯和铀氧化物制备的工艺阶段成为铀的精制，经过精制后形成八氧化三铀（U3O8），这一产品是铀在空气中最稳定的氧化物，便于长期储存。自此，铀元素成为在市场流通的主要铀燃料。
因此就核电厂燃料采购而言，U3O8往往是核电厂核燃料采购的开始。
2.3铀的转化
在市场上采购的天然铀U3O8中的U-235重量百分比含量约为7.11%，对于轻水反应堆来说，需要提高这一含量才能放入反应堆中运行。而在进行这一提高过程之前需先把固态氧化物形式的U3O8转化为气态可挥发氟化物形式的UF6。把这一转变过程称为天然铀的转化。
因此，市场采购的天然U3O8会运至转化厂进行转化，生成可供浓缩的天然UF6。
2.4铀的浓缩
天然铀中U-235占7.11%，这一富集度的天然铀可以在石墨气冷堆和重水堆内使用。轻水堆中含有更多的中子吸收材料，必须提高燃料中的U-235的富集度以作补偿。把这一富集度提高的过程称为浓缩。浓缩过程是将低浓度U-235富集为高浓度U-235的过程。
经过浓缩，UF6被分离成两部分。数量较大的一部分（即尾料）中，U-235含量较小，被储存起来。数量较小的部分U235富集度提高，将被装入专用的金属容器中运往燃料制造厂，用于制造燃料组件芯块。
自此，用于制造核燃料组件的浓缩铀制备完成，电站核燃料采购中的燃料铀采购部分完成。
2.5燃料组件
富集后的浓缩铀UF6运至燃料组件制造厂后，首先经过芯块制造工厂，以经过鉴定的工艺将气态UF6转化为UO2陶瓷芯块，芯块为1cm高、0.8cm直径的小圆柱体。这些制备完成的芯块，按照预定的数量和类型被封装入燃料棒中，而燃料棒又被固定在燃料组件骨架中，最终构成完成的燃料组件。以AP1000为例，每组燃料组件含有264根燃料棒，共装载铀燃料约550kg。
3采购策略及分析
获得长期稳定的核燃料供应对核电站及为重要。
基于U3O8和UF6的战略性质，其供货受国际市场影响很大，且国际市场价格一般低于国内市场价格。为平衡采购的经济性、长期稳定性，应开辟出国内、外两种采购渠道。特别是国外渠道的开辟有利于平抑国内市场价格。但基于支持国产化、国内政策、战略性质等原因，国内采购仍应占据主导地位。
核电站对于燃料采购应着力于建立与乙方长期稳定、合作共赢的局面，并优先国内采购。
鉴于上述长期愿景及项目采购目标，采购工作需关注以下要点：
3.1提前策划
鉴于核燃料采购（含制造、交货）的周期长，核电站应提早策划，采购需求的提出的时间最好应在燃料组件到达现场前18个月。
3.2市场情况
3.2.1U3O8和UF6供应市场
基于国内长期以来的市场情况，中国原子能工业公司是核电站进口铀燃料代理的唯一单位；
部分核电集团为了长期发展，成立了自有的铀燃料进口公司，但其铀燃料国际采购业务尚未走出本集团。因此，国内供应方形成以中国原子能工业公司为主，各核电集团内部供应为辅的状况。
另外，国际市场供应方面，有AREVA、UG等老牌铀供应企业。
3.2.2燃料组件供应市场
基于国内政策、市场长期形成的情况，燃料组件供应商主要有中核包头核燃料元件股份有限公司、宜宾核燃料元件厂。
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3.3采购包划分
核电站对于核燃料采购的最终标的物是燃料组件。但基于采购过程管理的侧重点不同，采购包划分也出现各种形态。
根据前文《核燃料循环前端处理介绍》，生成燃料组件前，主要分成3个工作（市场）环节：天然铀、铀的转化和浓缩、燃料组件集成。结合市场供应情况，国内燃料组件的过程采购包一般分为以下几种方案：
方案一：
U3O8采购、铀的转化和浓缩、燃料组件单独签订。
该方案利于费用的灵活控制。合同实施过程中，买方可根据市场U3O8的价格，适时选取采购时机，一定程度减少采购成本。
由于U3O8的甲供，必将导致该合同与后续各合同存在时间接口、技术质量责任边界划分等问题。
方案二：
U3O8采购、铀的转化和浓缩作为一个采购包（简称：浓缩铀供应合同）采购，燃料组件单独签订。
浓缩铀供应合同可以一定程度的减少工期接口、质量责任接口，且可在合同约定适时启动合同并择机采购U3O8。但由于买卖合同的责任划分问题，合同约定中需明确时机选择导致的风险（进度、费用）承担问题。
由于浓缩铀在燃料组件中费用占比较大，浓缩铀的甲供可以一定程度的减少燃料组件的最终供应价格。
3.4采购方式选择
基于前文介绍的供应市场单一、且应培养稳定长期的供货商，该项目采购一般为直接采购。
3.5内外部接口策划
基于核燃料的特殊性，该物项的采购过程与常规物项的内外部接口都具有一些特殊性。
3.5.1外部接口
明确买卖双方与行政许可单位的各自接口工作，特别是以下工作的分工；
运输行政许可的责任分工：买卖双方应明确在与行政许可单位接口时，双方应各自承担的工作内容。至少应该从运输方案编制、安全分析、接口内容等方面考虑；
运输过程中，配合辐射监测机构开展运输辐射监测工作的分工。
3.5.2内部接口
为保障核燃料的顺利采购、制造、运输、接货、验收工作，在合同签订前，采购单位就应该考虑内部接口问题。至少应该关注以下内容的分工：
技术要求输入、合同签订、监造、工作、运输行政许可申请、配合运输途中的辐射监测、交货地点确认和隔离、接货、验收后的核清洁、过程中人员计量测量等工作
3.6合同约定
不同于一般物项采购合同，核燃料采购合同在合同文本编制过程中更要重点考虑以下问题：
3.6.1富裕的浓缩铀处理问题：
浓缩铀在制作成燃料组件过程有一定的损耗，且该损耗不能百分百的精度完成控制，因此往往会产生浓缩铀的富裕或不足。当浓缩铀富裕时，鉴于其运输的不便、行业外几乎不能使用的特点。买方可委托卖方对浓缩铀存储，并运用到下次燃料组件制造中。
当浓缩铀不足时，买方可直接委托卖方用其自有的浓缩铀进行燃料组件的制造。
3.6.2监督
燃料组件采购过程中，买方可以通过三重监督方式设置到采购合同中：卖方自行监督、设计单位的监督、买方监督。为保障采购质量，买方往往通过上述三种方式进行监督，并通过合同文本要求卖方接受监督的详细要求。
在上述三种监督方式中，又可以采用文件检查、人员到场检查、停工待检等检查方式的划分。
3.6.3分包
该合同严格控制分包，买方一定要坚持主要工作分包的审批权。
3.6.4运输
鉴于核燃料的运输工作需要行政许可，因此合同中应该卖方在该行政许可中应该承担的工作范围及其他要求。
3.6.5配合辐射监测
针对运输期间，辐射监测机构开展的辐射监测工作，合同中应明确卖方在该工作需要承担的工作及相关要求。
3.6.6其他
除上述内容外，验收及验收标准、文件、费用、支付、责任上限、赔偿与激励、通知等章节也应该根据内外部接口和项目特点策划合同条款。
3.7合同执行
合同格式买卖双方执行交易的文件凭证，双方一定要重视合同，严格按照合同约定的技术要求、监造、通知、支付等相关约定开展工作。
只有尊重合同，严格进行过程控制，才能保障核燃料制的质量能长期、有效的控制。
4结论
核燃料采购是电站运行中重要的一环，采购中要考虑天然铀的合适数量，依据天然铀的市场价格走势，采用合适的采购策略。
在采购策略分析时，要参照核行业市场动态，确定市场择机采购以及长期合同保障等多种方式完成采购。
参考文献
ISBN978-7-5022-4267-1,“压水堆核电站燃料管理、燃料制造与燃料运行,”肖岷，2008.11.
论文作者:黄旭东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：燃料论文; 采购论文; 核燃料论文; 浓缩铀论文; 组件论文; 合同论文; 核电站论文; 《电力设备》2018年第20期论文;