压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则研究
更新日期:2018-02-01     来源:核科学与工程   浏览次数:297
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自我国核电站开始实施在役检查至今已有二十多年,核电在役检查实施的标准主要是引用国外的相关核电在役检查规范,如美国《锅炉与压力容器规范》(ASME)、法国《压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则》(RSE-M)等。为了规范国内相关压水堆核电厂核岛机械设备在役检查工程活动,确保核电厂安全稳定运行,1996年10月,中国核工业总公司首次发布了EJ/T 1041-1996《压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则》(简称EJ/T 1041标准)。然而,EJ/T 1041标准发布实施后一直没有得以切实应用,探究其原因不难发现:一个原因是,我国核电厂核岛机械设备在役检查一开始就采用了与核电厂建造标准同体系的在役检查标准,如ASME第XI卷、RSE-M等,这些标准经过了相关核电厂在役检查应用的检验,具有一定的安全性和适用性。另一个原因是,EJ/T 1041标准主要参考RSE-M—1990《压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则》等效编制[1],而RSE-M—1990是法国为向我国输出核电机组而应急编制的其国内第一部核电在役检查标准[2],受法国当时核电在役检查实践经验和技术管理水平局限,该标准存在规则要素缺失、内容简化等不足,这直接导致EJ/T 1041标准也存在规则要素和内容“先天不足” [3],[4]。
EJ/T 1041标准在国内没有得以应用、也几乎失去标准效能的现状,日益引起核电站、核能行业和国家监管部门的高度关注。2006年,我国核电进入积极推进、自主化发展阶段,为与核电自主化发展客观需求相适应,国家有关监管部门高度重视核电标准自主化建设、核能行业也渐起编制并执行统一的核电在役检查标准的呼声。2009年,为促进核电标准自主化建设快速发展,国家能源局发布了《关于2009年核电标准科研与制修订计划(第一批)的通知》,下达了“《压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则》(EJ/T 1041-1996)修订”任务,并明确此次修订需瞄准应用、适用于国内相关压水堆核电厂、为将来编制国内统一的核电在役检查标准打基础做准备。
众所周知,标准修订编写是标准形成的最后一个环节,大量工作还在前期的研究工作中[5]。这意味着:要完成EJ/T 1041标准修订,压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则研究(简称规则研究)务必先行。
1. 研究目标
压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则是核岛机械设备役前及在役检查期间实施的无损检验、压力试验等工程活动的满足一定安全性、先进性、科学性和适用性的相关技术和管理准则。在役检查规则研究就是依据相关法规和标准,搜集、分析和整理在役检查科研成果和实践经验,归纳总结出安全、科学和适用的在役检查相关规定,并将这些规定整合、提炼成相应的在役检查法则。由于核电厂执行在役检查规则的目的就是要确保受影响最严重的核岛机械设备,即使产生较小缺陷也能在设备失效前被检验出来,从而满足核电厂安全状态不遭受破坏或避免潜在破坏风险的要求[6],为此,规则研究确立了如下主要研究目标:
(1)制定的规则适用于按我国GB/T 16702—1996和NB/T 20001标准以及其他等效标准建造的二代及二代改进型压水堆核电厂,并具有供其它堆型核电厂参考和借鉴的价值。
(2)制定的规则适用于核岛安全1、2和3级承压机械设备及其支承件,以及适用于失效后影响反应堆正常运行的一些非承压机械设备,如核燃料组件、中子通量测量指套管、主泵主轴等。
(3)无损检验方法和技术规则涵盖相关核电厂已成功应用的检查方法和技术,如目视、渗透、磁粉、涡流、射线、超声和泄漏检验以及声发射监测,涵盖反应堆压力容器(RPV)、蒸汽发生器(SG)和稳压器(PRZ)等关键设备的专用检验技术。压力试验规则涵盖水压试验和泄漏试验。
(4)制定无损检验和水压试验的结果处理规则,尤其是缺陷显示的处理规则,处理规则应有较高的安全可靠性。
(5)制定无损检验技术鉴定、在役检查大纲等文件、在役检查相关方职责等方面的规则,以满足核电在役检查的工程管理要求。
2. 规则制定依据
2.1 核电法规和导则
国内相关核电法规对核电在役检查活动制定了原则性规定,如《民用核安全设备监督管理条例》(国务院令,第500号)对在役检查活动的依据及相关单位的资质和职责等进行了法令性规定[7]、《民用核安全设备无损检验人员资格管理规定》(HAF602)对核电无损检验人员的资质、资格等进行了强制性规定[8]。国内核电在役检查相关导则对在役检查的方法、技术和管理等方面给出了指导性推荐,如《核电在役检查》(HAD103/07)对核电厂在役检查的范围、合格标准、结果评价、装备技术和方法、组织管理等给出了推荐性要求[9]。国内相关核电法规和导则对在役检查的实施具有较强的约束或指导作用,因此,制定核电在役检查规则不能背离、只能顺应这些法规和导则,并满足相关法规和导则的规定和要求。
2.2 核电行业标准
国内核电设备设计、制造、安装和无损检验活动的相关标准在技术上落实和体现了核安全法规对核电设备的安全要求,在发布实施后的一定时期内具有技术先导和前行的作用,它们之间相互援引共同组成核电设备安全稳定运行的标准保障体系。如《2×600MW压水堆核电厂核岛系统建造规范》(GB/T 15761-1995)在国内率先对核岛机械设备系统的安全等级划分进行了技术性规定[10]、《含缺陷核承压设备完整性评定》(NB/T 23012-2010)在国内首次对核岛承压机械设备结构完整性评定和验收等进行了技术性规定[11]。依据国内相关核电行业标准制定核电在役检查规则,能使制定的规则得到这些行业标准的技术支撑。
我国核电厂反应堆堆型大多数与按RCC-M或ASME标准建造的反应堆堆型相同或类似,这两种反应堆的国外在役检查标准分别是RSE-M和ASME第XI卷。由于不断补充本国核电在役检查技术研究成果和实践经验,如RSE-M的显示处理流程:与1990版比对,1997版补充了“偏离项”、“伪缺陷”、“设备质量安全评定”和“显示处理方案”等处理步骤及流程,与1997版比对,2005版补充了“定量分析”、“缺陷扩展风险评估”和“运行者处理倾向”等处理步骤及流程[12];ASME 第XI卷1985版补充了“奥氏体钢管道缺陷验收方法”,1999版补充了“壁厚不大于2 In.的容器的超声检验”[13]等,这两个标准的技术管理水平和安全可靠性处于世界领先。因此,借鉴或引入RSE-M和ASME第XI卷的技术管理要素和内容,制定我国核电在役检查规则,有助于提高规则的适用性和安全性。
2.3 科研成果和实践经验
不同于理论、方法和技术研究,规则研究和制定不能基于猜想、假设和试验,只能基于科研成果和实践经验。我国核电在役检查经过二十多年的技术研究和应用实践,取得了许多新的已获成功应用的科研成果,如反应堆压力容顶盖贯穿件焊缝超声、涡流和电视自动检验、蒸汽发生器氦泄漏检验和反应堆压力容器指套管涡流检验等[14],积累了大量实践经验和国际核电同行经验反馈,如国内相关核电厂缺陷显示处理程序的定期修订[3]、在役检查计划的不断升版[4]等都及时补充国内外核电在役检查的科研成果和实践经验。因此,依据国内外核电在役检查无损检验技术研究成果和实践经验制定我国核电在役检查规则,有助于提高规则的先进性和预防性。
3. 研究方法
针对EJ/T 1041标准修订的目标和要求,此次规则研究主要采用如下研究方法:
1)调研国内外核电在役检查法规和标准的最新规定和要求,并将有关规定和要求转化为核电在役检查规则的相关规定,或依据这些规定和要求扩充相应的在役检查规则要素和内容。
2)对比分析国内外核电在役检查标准的技术和管理要素,以设备安全性相对最大化为准则遴选这些标准的先进技术和管理要素,并补入核电在役检查规则。
3)搜集整理国内外已用于核电在役检查的新技术和新经验,通过比对分析,确定新技术和新经验的相对安全性、先进性和可靠性,以安全性高、技术领先、经验可靠为取向,将先进适用的技术和经验补入核电在役检查规则。
4. 主要研究内容
4.1 水压试验和泄漏试验
水压试验和泄漏试验是在不损坏设备的情况下检验设备的耐压强度、密封性或完整性,是特殊的无损检验方法。相关设计建造标准规定水压试验应在高于最高设计压力和温度的合适水压和温度下进行,泄漏试验应在不低于100%堆功率规定的系统运行压力和温度下进行,因此,设备和系统在试验期间耐受了高温高压瞬态,其金属性能、安全功能和使用寿命等都存在降低的风险。水压试验和泄漏试验规则研究针对试验期间人员和设备的安全保障,制定了水压试验和泄漏试验实施单位、时机和地点、推迟和免除、有效性、以及相关技术和管理等方面规定和要求,并对试验的进度、范围、边界、水质、压力、温度、瞬态统计及相关检查等进行了具体规定。
4.2 检验方法
核岛机械设备无损检验的对象有系统、设备、部件及设备支承。根据受检对象的材质、结构等特殊性,可使用HAF601规定的射线、超声、磁粉、涡流、渗透、泄漏和目视七种无损检验方法中的一种或几种方法 [15]。核电无损检验方法规则研究依据受检对象材质、结构、环境条件和执行的核安全功能等因素,制定了七种方法的常规检验规则,以及RPV、SG和PRZ等关键设备的超声、涡流、泄漏或声发射监测等特定检验规则。
《核电厂核岛机械设备无损检测》(NB/T 20003-2010)制定了七种常规核电无损检验方法的相关标准[16],此次规则研究对符合该标准检验条件和要求的核岛机械设备和系统的一般性无损检验,确定直接使用该标准的检验方法和技术。由于核岛机械设备和系统服役期间的检查有较高的安全性和可靠性要求,因此,规则研究对检验或监测的区域或范围、显示记录标准等补充了特殊规定。
针对核岛一回路主系统水压试验期间因设备内部压力高而存在设备破裂并导致人身伤亡的高风险,以及因设备结构阻挡检验人员无法接近等特殊原因,规则研究制定了使用声发射监测技术对水压试验期间RPV和PRZ等设备实施动态监测的相关规定。核岛一回路系统的某些主设备,如RPV、SG等,由于设备结构完整性要求很高,以及设备材质、结构和检验环境条件特殊等原因,NB/T 20003-2010的检验技术难以满足要求,对于这类检验,规则研究制定了特定无损检验技术,如RPV水下自动超声检验、SG传热管自动涡流检验、SG二次侧氦泄漏检验等。
4.3 在役检查实施
核电在役检查的主体是核电厂和检验单位,其工作范畴和职责虽不相同,但对在役检查的质量和可靠性都有直接影响,因此,规则研究制定了各主体机构规范实施在役检查的应尽职责。核电在役检查的客体是核岛机械设备和系统,其运行压力和温度,所处放射性环境、核安全功能等级以及隔离边界特殊功能等各不相同,规则研究依据《2×600MW压水堆核电厂核岛系统建造规范》(GB/T 15761-1995),将核岛机械设备和系统分为核安全1、2、3级和非核安全级(与GB/T 15761-1995标准划分的规范等级相同[10]),并对不同安全等级的设备和系统制定了相应检查范围、频度、时机和技术等实施规则。
核电在役检查工程实施应依据科学合理的管理规定、安全可靠的检验方法和技术,有计划、规范地实施,以确保受检设备和系统在核电厂整个运行寿期内具有较高的安全性。另外,核电厂的社会效益和经济效益是核电厂的立厂之本。因此,针对核岛机械设备和系统的安全可靠性要求并适当兼顾核电厂的社会、经济效益,规则研究根据不同安全等级的系统设备的安全功能,对在役检查的项目、类型、计划、技术和文件等诸多相关方面进行了具体规定。
4.4 显示处理
参考国内外核电在役检查标准的显示处理规定,总结国内相关核电厂在役检查结果处理流程和技术规范,规则研究制定了核电在役检查结果处理和验收的相关要求,这些要求主要包括显示的确认、显示的分析、缺陷规则化、显示处理步骤和流程、缺陷处理和验收标准、含缺陷设备结构完整性评定和验收标准,以及验收不合格设备的维修或更换等规则要素和内容。
4.5 修理和更换件的检验
核电厂服役期间的设备修理和更换与役前检查之前的设备安装具有许多相同的结构特征和性能要求。因此,这些修理或更换过的设备在使用前,应对其实施必要的水压试验和无损检验,以确保这些设备满足相关标准规定的安全运行要求。规则研究对修理和更换件制定了相应的重新试验和检验的规定,这些规定包括水压试验和无损检验的通用规定和专用规定,并与役前检查的相应规定相同。
4.6 无损检验技术鉴定
我国核电在役检查经过二十年多的探索发展后,核电行业有关部门和专家都认识到,要确保核电设备无损检验结果真实可靠,需对应用的无损检验技术进行鉴定。鉴于无损检验技术鉴定对确保核岛机械设备无损检验结果可靠性至关重要,规则研究在借鉴RSE-M标准无损检验技术鉴定规则的基础上,结合我国无损检验技术鉴定的经验反馈,对鉴定的类型、对象、范围、方法、步骤、文件和试件等进行了具体规定。
4.7 质量保证
国务院令第500号《民用安全设备监督管理条例》和国家环境保护总局令第43号《民用核安全设备设计制造安装和无损检验监督管理规定》对实施核电在役检查的质量监督进行了规定,HAF 003—1991《核电厂质量保证安全规定》对核电在役检查的质量保证进行了规定,这些规定得到国家监管部门和核电行业的广泛认可,因此,规则研究直接采用这些法规和条例,并规定核电在役检查质量保证和监督按相关国家法规执行。
5. 研究结果
5.1 规则制定
规则研究制定的压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则主要有:
1)按检查时机不同将检查划定为役前和在役检查两大类,并制定相应的检查规则,因为,核岛机械设备和系统在安装结束后商运开始前、以及服役停堆期间都要通过无损检验和压力试验探明其结构强度和完整性满足相关标准的要求。
2)由于设备和系统的功能、位置和构造等不同,其安全风险等级,其受检范围、方法、频度和强制性等规则要素的要求各不相同,因此,规则研究将核岛机械设备和系统的安全等级划定为核安全1、2、3级和非核安全级,将设备和系统的在役检查类型归纳为完整、部分、其它和推荐四类,并对不同安全级别设备和系统的不同检查类型制定了相应在役检查规则。
3)根据我国核电在役检查活动涉及的技术管理范畴,规则研究将核电在役检查规则组成确定为水压试验和泄漏试验、检验方法、在役检查实施、显示处理和验收、修理和更换件的检验和质量保证7大部分,并制定相应的规则。
4)对特定检验方法和技术、无损检验技术鉴定、在役检查实施计划以及显示处理技术和验收标准等的技术管理要求进行了详细规定,并制定了相应规范性或资料性附录,
5)对核安全1、2、3级设备和系统共同遵循的规则内容整合为通用规则,对仅适用于某一核安全等级设备和系统的规则内容制定为相应的专用规则。由于非核安全级设备的检验范围、方法、频度、时机等由核电厂据实际情况自主确定,无强制要求,因此,规则研究没有制定非核安全级设备的专用规则。