核电厂安全重要设备环境鉴定实施方法.doc

研究与探讨2011 年第 2 期核电厂安全重要设备环境鉴定实施方法王根生( 核工业标准化研究所，北京 100091)为了实现核电厂的基本安全目标，核岛系统设置了一系列安全功能，并配置了相应的系统和 设备。这些设备的鉴定对于保障核电厂设备良好运行起着重要作用。探讨了设备鉴定的目的、功 能要求的确定、设备鉴定的环境条件以及重要老化机理的确定，从而给出了核电厂安全重要设备 环境鉴定实施方法。关键词 核电厂 安全 设备鉴定51设备鉴定与核电厂的安全核电厂既是一个低碳、清 洁 的 能 源，也 是一个对人类和环境具有潜在危害的辐射源， 核电厂运行的原则是在确保安全的前提下力 求效益最大化。核电厂的安全是在设计基准 事故的环境条件和安全停堆地震引起的荷载 下保证:( A) 保持一回路压力 边 界 的 完 整 性; ( B) 能紧急停闭反应堆并使之保持在安 全停堆状态; ( C) 能防止事故或限制事故后 果，从而达到厂区内放射性限制到可接受限 值内的基本安全目标。为此，人们已建立了 一整套较为完备的规范、标准体系用于核电 工程的 设 计、 制 造、 建造和运行各个方 面。 在核电厂设计阶段，为了实现基本安全目标， 依据核电厂安全设计基 准和纵深防御原则， 核岛系统设置了下述安全重要功能，并为实 现这些功能配置了所需系统和设备，如下:( 1) 触发反应堆紧急停堆或启动安全保 护系统或连锁系统;( 2) 控制反应性的棒控系统和一回路硼化系统;( 3) 保持反应堆冷却剂压力边界完整性 的一回路稳压系统;( 4) 排出反应堆堆芯余热和安全壳内热 量的排热系统;( 5) 保持安全壳屏障的完整性和密封性 的安全壳喷淋系统和安全壳隔离系统;( 6) 事故后监视电厂状态的事 故 仪 表 系统;( 7) 保持反应堆冷却剂装量的安全注入 系统和上冲系统;( 8) 控制放射性物质扩散，使事故后含 高放射性泄漏物的疏排水重新注入到安全壳 内的再注入系统;( 9) 安全级动力源系统。上述系统和设备的功能特性应通过环境 鉴定和抗震鉴定加以验证。可见，设备鉴定是保障设备在核电厂正 常运行、异常运行和设计基准事故期间能按 要求运行，以满足系统功能要求的重要技术 措施。鉴于设备鉴定对于核电厂安全的重要性，设备鉴定作为核电厂安全准则在核电厂 安全系统设计标准和安全重要设备分级标准 中均规定了设备鉴定要求，为了规范核电厂 安全重要设备的鉴定原则、鉴定方法和鉴定 要求，IEC、IEEE、ASME、AFCEN、KTA 和我国均制定了核电厂安全重要设备鉴定标准， 并作为核电工程标准体系的重要组成部分。2 设备鉴定的目的核电厂安全重要设备的鉴定包括事故环境 鉴定 ( LOCA、MSLB) 和抗震鉴定 ( SSE) 。样本设备的初始鉴定是通过型式试验结 合分析法和核电厂运行经验，达到: ( A) 验 证其设计、材料的选用和制造工艺 ( 包括制 造厂商) 能保证设备的功能特性满足或超过 设备 ( 采购) 技术规格书规定的要求 ( 通常 设备技术规格书规定了设备的功能特性、可 能的环境 条 件、设 备 的 接 口、性 能 指 标、采 用的材料和禁用的材料、采购和验收、制造 和检验、试验和验收、贮存和安装等方面的 要求) ; ( B) 要求在事故环境条件下运行的 设备，型式试验还应确定设备的鉴定寿命和 鉴定状态。供给核电厂的设备在设计、材料 和制造工艺与样本设备完全一致时，才认可 为鉴定合格设备 ( 这种符合性是靠设备制造 过程中的质量监督来保证) ，否则视变更情况 确定需做的补充鉴定或重新鉴定。在役设备实时状态的鉴定是通过对设备 安装、运行监督 ( 定期试验) 和维修活动等 记录的鉴定审查和实时 状态的检查与监测， 确认设备 ( 包括接口部件) 的鉴定状态，并 与样本设备加速老化试验时获得的鉴定寿期 终止时的状态 ( 寿期末的鉴定状态) 进行比较，确定设备可否继续运行。 可见，设备鉴定是贯穿于设备从制定技 术规格书开始直到寿期终止时的各项安全相 关活动。这个见解在大亚湾十年运行安全评 审中得到贯彻，也体现在 IEEE 最新版的所有 设备鉴定标准中。3 功能要求的确定核电厂设备鉴定不同于传统概念上的质 量鉴定，不论机械设备还是电气、仪控设备， 其鉴定均是一种功能性鉴定。同类型设备其 功能要求 不 尽 相 同， 他们鉴定的功能要 求、 严酷程度和可接受的标准也不尽相同。设备 功能要求可归结为设备完成系统安全功能所 要实施的动作、状态保持和提供实施的动作、 状态的信息三个方面，确定设备功能要求是 基于核电厂的运行模式、系统功能、设备操 控逻辑、核电厂事故规程等方面的综合分析。 例如:( 1) 泵和风机这类能动机械设备在事故环境条件和地 震条件下的功能要求是能投入运行并保持运 行状态或停止运行并保持停运状态，同时提 供状态信息。( 2) 能动阀门在事故环境条件和地震条件下的功能要 求是可运行性 ( 关闭并保持关闭状态、开启 并保持在开启状态) 和提供安全动作执行情 况或设备状态的信息 ( 限位开关提供) 。( 3) 事故监测仪表在事故环境条件和地震条件下的功能要 求是能正确提供自动保 护动作的触发信号， 或为操纵员诊断电厂运行状态或参量变化趋势提供信息。4设备鉴定的环境条件核电厂事故环境条件通常是指一回路失 水事故或主蒸汽管道破裂事故期间设备所承 受的环境载荷。这些事故将直接导致设备周 围环境条件 ( 温度、压力、辐照剂量) 严重 恶化，事故后管线内输运流体 ( 带放射性颗 粒的流体) 产生的内部载荷和对周围环境产 生的外部载荷都将严重影响设备的功能特性， 尤其是对环境条件敏感 ( 或者称老化机理显 著) 的电气设备 ( 或部件) 和含有机化学成 分的机械部件。事故期间，安全壳内不同部 位同一时刻的压力、温度视为相同，而辐照 水平则不同 ( 例如，LOCA 后 5 min 这一时刻的 剂量率: 上部区 400Gy / h，地坑区 1000 Gy / h ， 隔间区 100Gy / h) ，而且这些参量随时间而变 化。在安全壳外，依据事故的类型和电厂运 行模式，某些设备可能处在蒸汽环境或事故 辐射环境中。因此，事故期间设备实际需要 承受的环境载荷与设备所处的环境条件和执 行安全功能期限密切相关。将环境条件与执 行功能所需持续时间的组合作为设备鉴定条 件符合设备实际所承受的环境载荷。通常，设备技术规格书或设备鉴定大纲 中给出 的 环 境 条 件是一种包络性鉴定条件 ( 最严酷的环境条件，如: 温度为 156 、压 力为 5. 5 105 Pa、累积剂量为 600 kGy，再加 上一定的裕量) ，用于样本设备定型鉴定。这 种按照标准化鉴定程序鉴定的设备，一方面 涵盖了设备安装的不同地理区域，另一方面 也涵盖了不同的功能要求，因而其应用不受 安装地点和实施功能期限的限制。对于已确定安装地点和功能期限的特定 设备或在役设备鉴定状态的安全评审，这种 包络性环境条件对某些设备过于严酷，也是 不必要的。按照实际可能承受的环境条件进 行鉴定或安全评审可以降低鉴定要求，这不 仅可以降低设备的制造 成本和扩大供货源， 同时又能满足功能要求。5重要老化机理的确定老化无处不在，无时不在。老 化 机 理 是 指设备物理性能由于环境应力和运行应力的 作用随时间而退化的特定过程。老化影响评 价对核电厂安全运行的重要性在于: 安全重 要设备由于在正常运行期间和异常运行条件 下的老化退化，以致于在设计基准事故的极 端环境条件 ( 温度、压力、相对 色 温、辐 照 水平、化学喷淋、振动) 下失去实施安全功 能的能力并诱发共因故 障而危及电厂安全。 对设备老化影响评价是鉴定过程的一个重要 部分。预测老 化 退 化 是 一件十分复杂的事情， 包涵许多不确定因素，目前还没有一个以老 化退化作为时间函数的通用工程模型可供应 用。但经过长期不懈的研究和实践，认为评 价老化影响主要应从设计、材料、环境条件 和功能要求 4 个方面分析，并确定每类潜在 的老化机理。设备鉴定并不是对所有老化机理都感兴 趣，而只对性能影响显著的老化机理感兴趣， 这种老化机理通常被称为重要老化机理。对 此，设备鉴定标准对具有重要老化机理的设 备进行了明确规定:( 1 ) 在事故模拟测试前 对每种重要老化机理都要逐一加以处理 ( 老化试验或耐久性试验) ; ( 2) 应确定设备鉴定 寿命和鉴定寿期末的状态 ( 鉴定状态) 。如何确定重要老化机理? 依据 EPRI 设备 鉴定老化机理评价报告，可从许多已确定的 老化机理中筛选出重要老化机理。该报告认为满足下列 4 条准则才认可为 重要老化机理:( 1) 在正常运行环境下，一种老化机理 与异常或设计基准事故的环境条件下引起同 一模式的 故 障，如 电 气 短 路、绝 缘 下 降、密 封泄漏、结构部件位移和变形。( 2) 老化机理只不利于设备实施其安全 功能。如果仅影响非安全功能相关的老化机理，则不认可为重要老化机理。( 3) 由老化机理造成的性能下降不能用 在役检查或监督活动来评价。因为多数起作 用的劣化是不可测的，其可接受的值也是不 可知的 ( 例如电缆绝缘层的伸长率丧失) 。如 在 LOCA 或地震条件下的设备功能度。( 4) 在正常运行环境下老化机理在设备 设计寿命内引起的性能下降与设计基准事故 引起的性能下降相比是相当可观的。例如: 安全壳内事故后监视电厂状态的 事故仪表。热老化和辐照老化都满足上述 4 条准则，应确定为重要老化机理。标准动态工业射线照相中的辐射安全IAEA Safety Standards Series No. SSG 11( 发布日期: 2011 年)该安全导则为在无损检验领域中确保工业射线照相辐射安全提供建议。它包括利用 X 射线 和伽玛源的工业射线照相工作，无论是在拥有有效工程控制的屏蔽设施内，还是在使用移动源 的屏蔽设施外。水冷核电站化学方案