压水堆核电站设备分级

1、压水堆核电站设备安全级、规范级、质保级及其关系压水堆核电站设备安全级、规范级、质保级及其关系 核电站设备分级核电站设备分级 授课教师：樊保柱授课教师：樊保柱 2009-8-5 概述 机械设备安全分级 电气设备安全分级 土建构筑物安全分级 抗震分类 机械设备设计、制造分级（RCCM) 质量保证分级 小结 阀门QA分级 核岛安装活动质保分级 目录目录 一、概述 法国压水堆核电站设计中采用了纵深防御的原则。 从核安全角度讲，一个核电站应考虑以下两个安 全问题： u它构成了一个辐射源； u它通常产生的是可控的放射性释放；在特殊情 况下，如在偶发事件或事故下，会造成不可控 释放。 从这个观点出发，核电站

2、的安全根据纵深防御原 则应包括如下三个层次，即： 一、概述 第一层次，电站的设计与建造质量要保证在正 常和正常瞬态运行工况下电站不发生破坏； 第二层次，安全系统的设计要尽可能减少非正 常瞬态运行工况或设备事故； 第三层次，工程安全设施的设计要尽可能减少 或不发生能导致放射性产物泄漏的假想事故。 前两个层次是事故的预防，后一个层次是事故 的防护。核电站的安全实际上是通过组成其系 统、设备和部件的安全性能来实现的。 一、概述 组成核电站的各个系统、设备和部件对安全的贡 献或重要程度是不完全相同的。为此，必须根据 它们所执行的安全功能，对这些系统、设备和部 件进行分类，并对不同等级的设备和部件规定出

3、 在设计、制造、材料、检验等方面的不同要求。 设备安全分级的目的是为了那些对核电站安全起 作用的系统和设备的可靠性和可利用率提供足够 的保证。 设备的安全等级是根据其所执行的安全功能来决 定。合适的设备等级能保证设备的质量与设备所 起的安全作用相适应。 一、概述 核电站的安全主要取决于那些保证执行安全功 能的设备的可靠性，这些安全功能是: F反应堆紧急停堆并维持在安全停堆状态； F堆芯和安全壳厂房的冷却（包括中期和长期冷 却）； F放射性物质的封存和限制向环境排放，若排放 需控制在规定限值之内。 所谓安全分级就是找出属于与安全有关的或对 安全起重要贡献作用的设备，并按其执行安全 功能的重要性，

4、分为不同的安全等级。 一、概述 正确的设备分级是在充分了解核电站各系 统功能的基础上作出的。在定出设备安全 等级的基础上，我们就可规定它们的设计 和制造要求、抗震要求、以及质量保证要 求，即制定出设备的设计制造等级（规范 级）、抗震等级和质量保证等级，这就是 设备安全分级的全过程。 二、 机械设备安全分级安全分级 在安全分级中把设备分为机械设备和电气设备， 机械设备又可分为承压设备和非承压设备， 它们都有各自不同的分类和分类原则。 机械设备 承压设备：有三个安全级和一个非安全级 （NC），安全等级分别是安全一级、安全二 级、和安全三级； 非承压设备：有一个安全等级（LS）和一个非 安全级，即（

5、NC）。 二、 机械设备安全分级安全分级 电气设备 有一个安全等级（1E级）和一个非1E级 （NC)。 土建构筑物 有一个安全级（LS级）和一个被非LS级 （NC)。 安安 全全 一一 级级 安安 全全 二二 级级 NC 级级 安安 全全 一一 级级 NC 级级 安安 全全 三三 级级 机械设备 承压设备承压设备非承压设备非承压设备 LS 级级 非非 LS 级级 (NC) 二、 机械设备安全分级安全分级 承压机械设备承压机械设备 它们是构成压力边界和执行安全功能的流体系统的机 械 设备，分为四个等级，即： 安全一级： 它们是构成反应堆冷却剂系统压力边界的设备。它们 的损坏会导致一回路冷却剂的漏

6、失超过反应堆的正常 补水能力；或在正常运行过程中，这些设备的损坏会 阻碍反应堆的顺利停堆和冷却。 它们包括反应堆冷却剂系统和与其连接的内径 DN10.4mm的水管道和内DN15.7mm的蒸汽管道； 稳压器下泄管及其泄压阀和安全阀。 二、 机械设备安全分级安全分级 安全二级 安全一级以外的输送反应堆冷却剂的承压设备，或者在发 生失水事故时保证放射性流出物的封存设备。它们主要 包括： 输送反应堆冷却剂的小管经高能管道、阀门； 以下系统的主要设备和部件：余热排除系统、化容系统、 安注系统、喷淋系统； 安全壳厂房，包括安全壳隔离系统的阀门和设备（安全壳 贯穿件）； 安全壳内的二回路系统（给水和蒸汽），

7、直到并包括安全 壳外第一个隔离阀； 安全壳氢气控制和监测系统；堆芯仪控系统，直到并包括 手动隔离阀。 二、二、 机械设备安全分级机械设备安全分级 安全三级 安全三级是指其它们对安全重要性有影响的设备， 即他们的损坏不会直接引起放射性物质的溢出，或 他们的损坏会导致正常贮存的放射性衰变气体的释 放。它们主要包括： 化容系统中的反应堆冷却剂净化设备以及硼补给 水系统的设备； 蒸汽发生器辅助给水系统中安全壳外的部分； 设备冷却水系统、乏燃料贮存水池冷却系统和净 化系统、工业冷却水系统的设备； 二、二、 机械设备安全分级机械设备安全分级 二、二、 机械设备安全分级机械设备安全分级 废物处理系统中的设备

8、，如废气处理系统中 的波动箱、气体衰变箱、空压机； 应急气源、水源、润滑油、燃油系统和冷冻 水系统设备。 非安全级（NC) 安全1、2、3级以外的设备。如稳压箱和下泄管路、 安全壳外第一个隔离阀之后的蒸汽和水管路。 安全等级的分界 两个不同安全级别的系统或设备的分界一般是阀 门。这些分界设备的功能应达到较低安全等级的 设备或部件的损坏不会导致较高安全等级的系统 或设备的安全功能的丧失。分界设备的等级采用 两者中较高的等级。 二、二、 机械设备安全分级机械设备安全分级 常采用的分界设备或部件有: 热交换器管子; 节流孔板; 安全阀; 隔离阀; 常开电动阀(在2级或3级与更低级之间); 两个串联常

9、开电动阀(在1级和2级之间); 常闭阀(在2级或3级与更低级之间); 两个串联常闭阀(在1级与较低级之间); 逆止阀(在安全壳内时为安全1级)。 安全等级符号：见下表 二、二、 机械设备安全分级机械设备安全分级 名称图形符号 安全1级 安全2级 安全3级 非安全级 不同安全级分界（1、2级） 1 2 12 核安全等级符号 二、二、 机械设备安全分级机械设备安全分级 3 二、机械设备安全分级 非承压机械设备 非承压但具有安全功能的设备均归入LS级，即能够实 现上述三个主要安全功能的所有设备。 他们直接执行安全功能，其失效会引起安全设备的 失效； 限制1、2、3级或LS级设备失效的所有设备： LS

10、级机械设备包括： 反应堆内部构件；乏燃料装运和贮存设施；承 压安全级容器（设备）的支承件；具有安全功能的 通风系统（如燃料厂房的通风系统，安全壳大气系统， 安全壳通风系统，控制室通风系统等）。 1E级电气设备 电气设备分为1E级（安全级）电气设备和非1E级（NC）电气设 备。1E级电气设备执行下列功能：紧急停堆； 反应堆和安 全壳内热量的排出（堆芯应急冷却和堆芯余热排出）；安全 壳隔离；滞留放射性产物和限制放射性后果。 1E级设备包括执行安全功能的电源、电机、阀门电动执行机构、 电磁阀、厂内电源、仪控系统等，具体包括:反应堆保护系统； 应急电源；紧急停堆系统（如功率测量、周期测量等核测 量仪表

11、和事故停堆断路器；专设安全设施的驱动系统和控制 线路，包括堆芯应急冷却系统（安注系统、安喷系统）、安全 壳氢气控制系统、辅助给水系统（包括与正常给水系统的隔离 装置）、安全壳隔离系统；专设安全设施支持系统的驱动系 统和控制系统，包括设备冷却水系统、工业冷却水系统和某些 通风系统；安全停堆或事故后仍必须运行的信息显示系统仪 表设备以及监测系统。 三、电气设备安全分级 电气设备电气设备建构筑物建构筑物 1E 级级 非非 1E 级级 （NC） LS 级级 非非 LS 级级 （NC） 三、电气设备安全分级三、电气设备安全分级 三、电气设备安全分级 非1E级电气设备 其它与安全有关但不属于1E级的重要系

12、统为非1E级 电气设备，如余热排出系统和乏燃料水池冷却系统 的驱动和控制系统、控制1E级设备可利用率的电气 设备。 另外，电缆与设备连接，电缆与设备同一等级； 当一个测量通道定为1E级，并非其中所有部件都 是1E级，只有执行安全功能的电气部件才是1E级。 如被隔离装置隔离的指示仪表和报警装置则为非1E 级。 LS级（安全级）土建结构 凡支承或包容安全级设备，并提供一个放射性生物 屏蔽或可把放射性产物封存在内的建筑物或构筑物 称为LS级土建结构，如RX、KX、NX、LX、WX、 DX、GA、QA/QB等。 注：反应堆安全壳由于在事故时有承受压力的功能 故列为安全2级机械设备，而安全壳材料、部件则

13、被 列入安全有关厂房和土建构筑物中，即LS级设备部 件。CPR1000土建构筑物的分级清单见附件。 四、土建构筑物安全分级 五、抗震分类五、抗震分类 抗震分类的目的是对构筑物及设备的设计与评定提出抗震要 求，即在核电站厂址内发生定义的安全停堆地震时，对安全 重要的全部结构、系统及部件仍能保持其功能。这些核电厂 的装置必须保证：（1）反应堆冷却剂承压边界的完整性；（2） 安全停堆并将反应堆保持在安全状态中；（3）防止造成辐照 剂量水平超过容许限值的潜在辐射事故并减轻其后果的能力。 这就是核电厂抗震设计要达到的目的和要求。 抗震1类设备是指能承受安全停堆地震（SSE) 载荷的设备。 安全1、2、3

14、级和LS级机械设备及1E级电气设备均为抗震 1类设备。 其他设备可按照其重要程度确定它们的抗震要求，如防 火系统和某些废物处理系统是非安全系统，但要求在运行基 准地震（OBE）载荷下履行其功能。 没有抗震要求的为非抗震1类。 五、抗震分类五、抗震分类 Definitions: SSE: The Safe Shutdown Earthquake1 is that earthquake which is based upon evaluation of the maximum earthquake potential considering the regional and local geolo

15、gy and seismology and specific characteristics of local subsurface material. It is that earthquake which produces the maximum vibratory ground motion for which certain structures, systems, and components are designed to remain functional. These structures, systems, and components are those necessary

16、 to assure: The integrity of the reactor coolant pressure boundary , The capability to shut down the reactor and maintain it in a safe shutdown condition, or The capability to prevent or mitigate the consequences of accidents which could result in potential offsite exposures comparable to the guidel

17、ine exposures of this part. OBE: The Operating Basis Earthquake is that earthquake which, considering the regional and local geology and seismology and specific characteristics of local subsurface material, could reasonably be expected to affect the plant site during the operating life of the plant,

18、 it is the earthquake which produces the vibratory ground motion for which those features of nuclear power plant necessary for continued operation without undue risk to the health and safety of public are designed to remain functional. 1The Safe Shutdown Earthquake defines that earthquake which has

19、commonly been referred to as the Design Basis Earthquake. 机械设备可分为二种，一种是包含有执行安全功能的能机械设备可分为二种，一种是包含有执行安全功能的能 动设备，如泵、阀、风机等。其它为非能动设备。动设备，如泵、阀、风机等。其它为非能动设备。 对抗震对抗震1 1类设备又可分为以下三类：类设备又可分为以下三类： 1I类：在安全停堆地震载荷下仅要求保证其完整性的类：在安全停堆地震载荷下仅要求保证其完整性的 设备，没有提出对变形的限制要求。计算中对四类工况设备，没有提出对变形的限制要求。计算中对四类工况 采用采用D D级准则校核。级准则校核

20、。 五、抗震分类五、抗震分类 五、抗震分类五、抗震分类 1F1F类：在安全停堆地震载荷下不但要保持设备的完整类：在安全停堆地震载荷下不但要保持设备的完整 性，还应保持其功能性；如专设安全设施的非能动部性，还应保持其功能性；如专设安全设施的非能动部 件和支承件、管道等。其应力限制要求比件和支承件、管道等。其应力限制要求比1I 1I类更严一些，类更严一些， 以限制其变形。计算中对四类工况采用以限制其变形。计算中对四类工况采用C C级准则校核，级准则校核， 它用于非能动设备。它用于非能动设备。 1A1A类：它是对能动设备而言的，即在发生类：它是对能动设备而言的，即在发生SSESSE地震时，地震时，

21、保证运动部件或机构的良好运行功能。这些部件或机保证运动部件或机构的良好运行功能。这些部件或机 构的动作对保证这些设备执行其安全功能是必须的。构的动作对保证这些设备执行其安全功能是必须的。 计算中对四类工况采用计算中对四类工况采用B B级准则校核。级准则校核。 对于核电机械设备，RCC-M规定了其设计和制造等级要求。 有RCC-M等级要求的设备分四类：(1)承压设备；(2)承压 设备支承件；(3)堆内构件；(4)LS级设备。 承压设备的RCC-M等级 RCC-M将设备的设计和制造分为3个等级，即RCCM-1级、 RCCM-2级、RCCM-3级。他们的要求依次降低。RCC-M 的A-Z册对设备设计

22、、制造提出了总要求，B、C、D册分 别对1、2、3级设备和部件的设计制造规定了准则和要求。 按安全功能和运行参数分级 按安全功能分级：在确定设备安全等级的基础上，对设备 作RCCM分级。通常安全1/2/3级与RCCM1/2/3相对应。 但有些设备、部件则是低安全级高RCCM级。如下表： 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 安全 级别 RCCMRCCM 级别 低安全级高RCCM级的系统和设备 11 22， 1 1.余热导出系统（含与换料和贮存水池冷却及水处理系统连接部 分）；2.化容系统中承受高压的部分，包括从上冲水泵到反应堆 冷却剂系统，从下泄管路到孔板，从过剩下

23、泄管路（热交换器管 侧）到下泄阀，以及主泵密封旁路到隔离阀；3.安全壳内堆芯冷 却系统高低压部分（含硼注箱）；4.蒸汽发生器壳侧和二回路系 统（主蒸汽系统，包括大气排放系统，正常给水系统，辅助给水 系统）直到并包括安全壳外的隔离阀；5.堆芯仪表系统。 33， 2 安全壳外辅助给水泵出口侧的蒸汽发生器辅助给水系统设备，气 轮机驱动泵供汽系统。 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 按运行参数分级：根据设备所处的运行条件，可提高RCCM 等级，运行参数是指：压力、温度、循环载荷。按运行参数 可把安全3级的设备定为RCCM-2级，非安全NC级定为 RCCM-3级。 除阀门

24、以外，设计压力超过50bar或设计温度超过250的设 备属RCCM-2级。设计压力小于或等于50bar,但高于20bar, 或设计温度小于或等于250 ，但高于110 的设备属 RCCM-3级，见图1。 阀门：按公称直径DN（法国标准NFE29-300）或系列号 （美国标准ANSI-B1634）分级，DN64或系列号400的 阀门属RCCM-2级。DN64/40/25或系列号400/300的阀门属 RCCM-3级。 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 P50bar T250 较大的循环载荷较大的循环载荷 疲劳应力疲劳应力 安全安全1级级 安全安全3级级 安全安全2

25、级级 NC级级 P50bar T250 50bar P20bar 250 T110 RCCM-1级 RCCM-2级 RCCM-3级 常规标准常规标准 图1 六、设计和制造分级六、设计和制造分级RCC-MRCC-M级级 六、设计和制造分级-RCC-M级 按循环载荷分级：根据安全功能初步分级时属RCCM-3级的 承压设备，当受到高循环载荷时定为RCCM-2级。 当设备在规定的下述1）到3）类压力和温度的循环总数 超过基准循环数时，就可认为是承受高循环载荷的设备。 即： 1）+2）+3）10000（推荐基准循环数） 1）压力变化的有效数：用一定压力幅度的变化数乘以按 该幅度在表1查得的系数，随后再对

26、不同压力变化所得结 果求和。 2）温度波动的有效数：用一定温度幅度的变化数乘以按 该幅度在表2查得的系数，随后再对不同温度变化所得结 果求和。 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 压力变化压力变化P P（设计压力的（设计压力的 ） 系数系数 P 20P 200 0 2020P40P400.050.05 4040P60P600.20.2 6060P80P800.50.5 8080P100P1001 1 表一：系数表一：系数 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 温度变化温度变化T T（或或/h/h） 系数系数 T25T250 0 2525

27、T50T500.20.2 5050T100T1002 2 100100T150T1505 5 150150T200T2001515 200200250T2504040 表二：系数表二：系数 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 假定的壁厚假定的壁厚e e（mmmm） 系数系数 E10E100.010.01 10e2010e200.050.05 20e5020e500.20.2 50e10050100e1001 1 表表3 3：系数：系数 若以循环过程中的温度平均变化速度/h表示，还要乘以 下列表3 的系数。 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-

28、M级级 对热交换器一次侧和二次侧的温度变化应该分别考虑，对于 分界面部件取两者之和。 3）当设备上有连接不同热膨胀系数部件的焊缝时，温度变化 的有效数是：用一定幅度的变化数乘以按该幅度在表4查得的 系数，随后对不同变化数得到的结果求和。 承压焊缝应与被焊接部件的级别相同。如果这些部件的级别 不同，则焊缝取较高的一级。 承压腔室的非承压焊缝级别应与设备相同。 不承受机械载荷的永久性搭接焊缝，应符合RCC-M第IV卷的 相关规定。 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 温度变化温度变化T T（）系数系数 T50T500 0 5050T100T1000.20.2 1001

29、00T150T1500.80.8 150150T200T2002 2 200200250T2508 8 表四：系数表四：系数 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 承压设备支承件的承压设备支承件的RCCMRCCM等级：等级：承压设备支承件属非承压设备， 为LS级。承压设备支承件的RCCM级分为S1和S2级，对应于 RCC-M的H册。 支承件的级别根据被支持设备的RCCM级别而定：1级设备的 支承件为S1级；2、3级设备的支持件为S2级。 当级别不同的两个或两个以上的设备或部件共用一个支承件 时，取高者。 堆内构件的堆内构件的RCCMRCCM等级：等级：堆内构件属于非

30、承压设备，为LS级。堆 内构件的RCCM级分为Es和EI两类： 堆芯支承件为ES类，它是反应堆压力容器内支承并固定 堆芯的结构或部件； 六、设计和制造分级六、设计和制造分级-RCC-M-RCC-M级级 n 内部构件为EI类，是在发生上述堆芯支承件假想 破坏事故后，用以支承和固定堆芯燃料组件的那 些构件。 EI件与ES件的连接焊缝应作为ES件看待。ES类设备应采 用RCCM的G册规定。EI类设备不受RCCM条文制约。 其它其它LSLS级设备：级设备： （1）乏燃料装运和贮存设备，应用欧盟规定（欧洲联 盟运输规则）； （2）1E电气设备用RCC-E规则； （3）LS级土建结构用RCC-G规则。 七

31、、质量保证分级七、质量保证分级 质量保证要求分为4个等级，即Q1、Q2、Q3级和QNC级。不同核 电站设备的QA分级存在一定差异，这主要取决于核电站厂址与用 户要求等因素。 QA等级是以安全级别为依据，并考虑一些其他因素，如设备的重 要性、设计制造的成熟性、复杂性等。 Q1级要求供方满足IAEA-50-C-Q法规的所有要求（全部13条），并 编制质保大纲； Q2级要求供方满足IAEA-50-C-Q法规的部分要求（110条），并 编制质保大纲； Q3级仅要求供方满足主承包商（中广核工程公司）的相应文件要 求，即需满足专门的要求和规定； QNC级不需要编制质保大纲，满足行业标准要求即可。 七、质量

32、保证分级七、质量保证分级 承压设备安全级和LS级机械设备与QA等级的对应关系 安全级QA级LS级QA级 1Q1 1）堆内构件； 2）控制棒驱动机构； 3)安全1级设备的支承件 Q1 2 Q2 1）乏燃料运行和贮存设备； 2）通风系统； Q2 3 NCQ3/QNCQ2级设备的支承件、 防甩及减震件 Q3 八、小结 几个级别的关系： （1）安全1级承压机械设备的RCCM等级和QA等级均为1级； （2）安全2级承压机械设备的RCCM等级和QA等级；有些 是2级,有些是1级； （3）安全3级承压机械设备，其RCCM等级有些是2级，有 些是3级；QA等级则有些是Q1级，有些是Q2级； （4）按照运行参数

33、分级主要是针对安全3级和非安全级设 备，即根据他们的运行工况在制订规范等级时升级，分别 定为RCCM-2级和RCCM-3级。 凡是有安全级别的承压设备（安全1、2、3级)，它们的 QA等级都是Q1级或Q2级，没有Q3级。这就是说只要是 安全等级的承压机械设备，就要求供货商提供质保大纲。 八、小结 123QNC 123QNC 123行业标行业标 准准 QA等级等级 安全等级安全等级 RCCM等级等级 九、阀门的九、阀门的QAQA分级分级 核电站中阀门是品种多数量大的设备，因此对它 有一些专门的规定： 阀门壳体（压力边界） 阀门的QA等级与安全、RCCM级关系见下表： 分组安全级RCCM级 QA等

34、级 1A1INC I 11Q1Q1- 22Q1Q2- 32Q1Q2- NC2-23Q3 II 11Q1Q1- 22Q1Q2- 33Q1Q2 NC3-Q3QNC III 11Q1Q1- 22Q1Q2- 33Q1Q2- NCNC-QNCQNC 九、阀门的九、阀门的QAQA分级分级 阀门分组是根据系列号（压力温度额定等级）确定： I组：系列号400， P50bar II组：系列号400/300， 20barP50bar III组：系列号150， P20bar 非安全级阀门可按其要求的可靠性大小分类，见下表： 分组分组 安全安全 等级等级 RCCM 等级等级 按可靠按可靠 性分类性分类 QA等级等级

35、1A1INC III NC 2F-Q2Q2 3G-Q23Q3 NCH-QNCQNC 九、阀门的九、阀门的QAQA分级分级 阀门传动装置（执行机构）的QA等级 电动和气动执行机构：抗震1A类阀门为Q1级，抗震1I类 阀门为Q3级； 远距离手动控制转动装置：RCCM级阀门为Q3级，非 RCCM级阀门为QNC级。 九、阀门的九、阀门的QAQA分级分级 十、核岛安装活动质保分级 1.目的 核电厂的不同物项和服务，对核电厂运行的安全性、可靠 性和经济性方面的相对重要程度是不同的，因此从经济性 和方法论方面考虑，应该抓住重点、区别对待。 2.范围 核岛安装活动是一种服务和过程活动，是指从设备抵达现 场到安

36、装结束的全过程，它涵盖了EM1EM10所有安装包。 3.分级原则 安装活动分级的原则是根据物项的安全重要程度、安装的 成熟性和复杂性确定的。 如： 该项安装活动的复杂程度； 需对特殊工艺和方法进行监控和评定； 安装后设备、系统的可达性； 承包商对该安装活动的经验和质量史； 安装活动的标准化程度。 十、核岛安装活动质保分级 原则上安装活动的质量保证等级应与物项的质量 保证等级相当，但通常安装活动要比设计和制造 活动对设备本身的质量影响要小，因此可适当降 低质保等级或减少某些质保要求。 核岛安装活动质量保证分级见表1；核岛安装活动 质量保证分级表.doc 十、核岛安装活动质保分级 质量保证级别确定之后，一项很重要