核級設備缺陷的分析和處理

李煥鳴等

【摘 要】國內核電高速發展，但核電的發展必須是以安全為第一原則，大量新建機組的建立對核電廠的安全運行提出了更嚴苛的要求。核電設備作為核安全屏障的主設備是決定核安全水平的關鍵因素。我國已建立全面完整的核電規范和技術體系，但是涉及設備維修的章節還是以確定設備維修策略為主，在工程實踐中更多依靠設計體系中的在役檢查規范。

【關鍵詞】核級設備；缺陷；分析；處理

0 概況

國內核電高速發展，截至目前，我國在建核電機組共27臺，在建規模繼續保持世界第一。積極發展核電已寫入中國的能源戰略。但核電的發展必須是以安全為第一原則[1]。大量新建機組的建立對核電廠的安全運行提出了更嚴苛的要求。當務之急是提高電廠的安全運行水平。

核電設備作為核安全屏障的主設備是決定核安全水平的關鍵因素，為了確保核電廠運行安全可靠，在役核電設備養護和維修活動中，與我國技術和工業基礎相適應的核電標準體系是必不可少的。

我國發展核工業已有40多年的歷史，我國已建立全面完整的核電規范和技術體系[2]，對于電站設備維修也有專篇予以介紹，但是涉及設備維修的章節還是以確定設備維修策略為主，旨在為核電廠安全設備的維修提供指導[3]，在工程實踐中更多依靠設計體系中的在役檢查規范。

我國民用核電廠在役檢查的法規、導則有HAF103《核電廠運行安全規定》、HAD103/07《核電廠在役檢查》。HAF103為國家核安全局頒布的法令，它規定了核電廠的管理、調試、運行和退役等方面的安全問題，對核電廠的運行、維護等提出原則性的指導意見。HAD103/07為國家核安全局頒布的安全導則，它是對HAF103中有關在役檢查條款的補充和說明，該導則為指導性文件，它對核電廠在役檢查的范圍、合格標準、結果評價、檢查所用裝備、技術和方法、組織管理等做了指導性的規定，核電廠在役檢查的檢查規程由電廠根據實際情況決定。但目前我國還沒有正式的核電廠的在役檢查規范，運行電站均采用電廠設計規范所使用的在役檢查規范，國內運行的核電站中（大亞灣、嶺澳和秦山二期等）在役檢查規范大多采用法國RSE-M《壓水堆核電廠核島機械設備在役檢查規則》，也有采用美國ASME XI《核電站在役檢查規范》的規定（如秦山一期等）。盡管如此，國家核安全局在各核電廠的設計和運行檢查中規定無論采用哪種在役檢查規范都必須滿足國家核安全法規的規定，即所采用規范的要求必須不低于HAF、HAD的要求。

國內所有的核電廠的運行在役檢查都必須滿足HAD的規定，但由于目前國內的核電建設標準體系還不完善，在設計和運行管理中還大量采用了國外的核電標準體系，當HAD與RSE-M的規定發生沖突時，應按HAD的規定執行。

1 RSE-M簡介

《壓水堆核電廠核島機械設備在役檢查規則》RSE-M是由法國核島設備設計、建造及在役檢查規則協會（AFCEN）編著的法國壓水堆核電廠核級設備在役檢查規范，對壓水堆核島機械設備的在役檢查、運行監督、維修及上述活動所需質量體系均有詳盡要求，是法國核電工業實踐的經驗總結。[RSE-M出版說明]

我國第二代改進型（二代加）核電項目設計和建造的標準是法國RCC系列標準（國家核安全局安函[2007]28號“關于印發《第二代改進型核電項目和安全審評原則》的通知”），相應的國內二代加壓水堆其核級壓力容器維修活動均參照RSE-M作為其指導規范。

RSE-M對設備維修的過程和分類做了詳盡的講述（處理流程詳見圖2）。容器缺陷處理的全過程包括缺陷發現、缺陷判定、缺陷處理，缺陷的處理是從缺陷的檢查開始、分析缺陷、確定性質、決定方案最后才是缺陷處理。

核電站的維修活動分兩類：預防性維修和補救性維修。補救性維修包括由于系統和部件的故障需要進行的維修、更換以及其他有關的活動；預防性維修包括為減低系統和部件故障的頻度和減少故障影響需要進行的檢查、試驗、監視、修復和更換活動[4]。簡單的歸納可以將預防性維修定義為設備體檢，而糾正性維修則是將喪失功能的設備維修或更換，以恢復設備功能。

2 設備檢查

2.1 在役檢查的手段

設備檢查的手段是根據缺陷的特性和設備缺陷類型來確定的，RSE-M規定了多種無損檢驗手段，并根據其特點，安排設備在役檢查項目（見表1）。

在役檢驗方法不是一概而論，而應綜合考慮，如對設備主要承壓焊縫的在役檢查，考慮焊縫對設備安全的重要性，以及兩種體積檢驗方法對非體積型和體積型缺陷的敏感度互有優勢，故RSE-M同時設置了UT和RT兩項無損檢驗。對于奧氏體不銹鋼焊縫，由于晶粒粗大，采用UT 檢驗時，會出現較大的本底噪波信號，缺陷信號的分辨較困難，故體積檢驗只采用RT方法。

2.2 設備檢查實例

在役檢查項目的設計均以其設備特性和運行反饋的設備缺陷來確定，而不是為求絕對安全，一味的增加檢驗項目，對以壓水堆典型壓力容器穩壓器為例。其作為低合金鋼制高溫高壓立式壓力容器，其工作環境和工作介質，除一回路介質帶來的材料輻照脆化需要使用輻照試塊長期監督外，本體并無明顯的降質機制，故僅針對相對而言易出現問題的設備環焊縫、人孔緊固件和受載荷設備支承組對焊縫進行在役檢查：設備組對環焊縫進行體積檢查（RT、UT），設備內壁堆焊層進行目視檢查；對穩壓器長期受預緊載荷的人孔42CDV4高強度螺栓及配對螺母進行目視和超聲檢驗（見下表2）。

3 缺陷的判定

顯示鑒定和偏差分析是缺陷處理的先導條件，RSE-M在役檢查操作得到的信號顯示，需要通過鑒別和分析，才能得到關于缺陷的性質、形狀、危害及維修可操作性的信息。

3.1 顯示鑒定

設備檢查無損檢驗收集的是各檢驗儀器的原始數據（信號、測量值、圖像等），其數值超過記錄值時，就需要予以記錄，并進行檢驗儀器顯示信號的鑒定活動。鑒定的目的是在針對超過評判閾值或相比前次檢查突然變化的顯示，排除信號是與缺陷無關的顯示信號，即偽信號（由于設備材料金相結構或設備表面幾何尺寸干擾而帶來的信號顯示）后，確認設備是否存在與規定要求背離的偏差。顯示鑒定流程見圖3。

3.2 偏差分析

所有偏差在選擇缺陷處理方案前，都需要收集論證所需材料、進行偏差分析和處理，以減少或避免偏差的再次發生。缺陷分析主要包括如下內容：

1）缺陷評判：居于顯示鑒定的結論分析缺陷是否存在、定性缺陷線性或非線性、缺陷性質、臨近區域是否存在其他缺陷、可能的產生原因以及缺陷的包絡幾何特征。缺陷是否為體積性缺陷即是由缺陷的UT檢查回波特性來判定的。

2）缺陷評判結果分析：確定缺陷產生的原因，確定缺陷的位置、尺寸，作為方案選擇的參考。

3）缺陷擴展假設：評估缺陷擴展的可能性，包括新缺陷出現的可能性。

4）缺陷的危害性：確認缺陷是否危害設備的完整性和密封性，是關于缺陷擴展的研究。

5）設備狀態評價：評估修理風險，決定修理或更換設備。

6）裝置安全和人身傷害評價：分析失效設備安全后果及對人員安全的影響。

7）修理可能性評估：評估修理的可行性。

8）后續監督跟蹤評價：評估后續監督檢查的必要性和實施手段。

4 缺陷的處理

在得到偏差分析有關缺陷的性狀、位置、危害性及維修性等分析結果后，即可開展缺陷處理活動。選擇處理方案主要研究處理方案的可行性和維修影響，決定了后續的設備監督要求。方案選擇主體應是電站運營單位，對于缺陷解決方案，RSE-MA5400給出了偏差處理選擇的通用準則和1、2、3級設備適用的特殊條款，運營單位需要在參考上述準則條款的基礎上，確定解決方案執行的標準和要求，選擇處理方案，并選擇適當時機（一般為換料大修期間）執行維修方案。

5 規范本身的局限性

不同國家的工業實踐不同，核工業的經驗成果不同，圍繞上述建立起來的核電體系必然有諸多差異。

法國作為核電供電比例最高的國家，有著豐富的核電實踐經驗，經過近半個世紀的發展，其核電標準體系已自成一派，特點突出。相比于美國核電標準引用的鍋爐壓力容器規范ASEM標準體系，法系的RCC核電標準是針對壓水堆電站所提出的專用設計標準，其根基是法國引入核電技術時轉入的核電設計文件，其標準體系直接服務于生產制造，對規律和理論性的章節較少，好處是針對性強，使用時接口少，使用方便，但同時規范覆蓋內容的較美系標準少，同時使用中限定性的內容很多，拓展性差[5]，沒有規定的部分一般不被允許。

RSE-M作為法國核電設計標準體系的組成部分，其本身有著鮮明的法系RCC系列核電設計標準的風格。以設備補救性維修為例，RSE-M僅給出了補焊、無熱處理的返修焊接方法、采用非焊接插塞的方法堵塞蒸汽發生器傳熱管、使用螺紋嵌入件修理反應堆容器法蘭、蒸汽發生器或穩壓器上的內螺紋、更換穩壓器加熱器V驅動棒驅動機構的更換，六種補救性維修措施的專篇，其中僅補焊和無熱處理返修焊接是通用維修方法，那么對于需要處理的缺陷，實際上僅有原樣接收和兩種補焊操作可以處理，在具體涉及缺陷去除時，操作性較差。在工程應用中，需要結合國內核電維修規范，引用參考電站維修案例，作為執行方案是目前體系下的有益補充。

【參考文獻】

[1]周濤，李精精.中國核電發展的安全性研究[J]華北電力大學學報：社會科學版，2011（2）：1：6.

[2]趙光輝，我國核安全法規標準體系探討[J]原子能科學技術，2012（46）：873-876.

[3]EJ/T 20223-2013核電廠安全重要機械設備維修指南[S].

[4]HAF.J 0009-1991.安全重要系統和部件的維修[S].

[5]全國核能標準化技術委員會，全國核儀器儀表標準化技術委員會我國核電標準現狀分析[S].

[責任編輯：鄧麗麗]