商品級物項轉化在AP1000環吊中的運用

張　營， 蔣中明

(國核工程有限公司， 上海 200233)

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商品級物項轉化在AP1000環吊中的運用

張營， 蔣中明

(國核工程有限公司， 上海 200233)

摘要：針對中國核電工業存在的核安全相關設備或部件缺乏核級供應商的問題，介紹了美國商品級物項轉化流程，闡述了商品級物項轉化在三門、海陽核電項目AP1000核級設備環吊上的應用和實踐，詳細分析了AP1000環吊具有代表性的核級機械和電氣部件的商品級物項轉化過程。試驗結果表明：通過商品級物項轉化采購的核級部件能夠滿足所規定的要求，對于中國核電核級設備采購來說具有很好的借鑒意義。

關鍵詞：AP1000； 環吊； 商品級物項； 核級部件

核安全相關設備供應商，即核級設備供應商，需依照法律法規申請領取許可證，要有健全的管理制度和完善的質量保證體系。中國目前在建核電站數量較多，大多采用新一代的核電技術，部分非核級設備因新的設計而轉變為核級設備；另外核電站中有些技術成熟、制造工藝簡單、需求數量特別小的設備因其執行核安全功能而被定義為核級設備，但相應的制造廠商考慮到利潤少、建立核級質保體系和取證難度大等因素，對于制造核級設備并沒有太大興趣，這些情況導致相應的核級設備供應商短缺。

環吊是核電站運行期間反應堆廠房內起重量最大的環行起重機，在AP1000第三代核電技術中，因其執行防止不受控的臨界載荷(當由起重機操縱的載荷能夠直接或間接引起放射性釋放時，這一載荷稱為臨界載荷)跌落的核安全功能，而被劃分為核安全相關C級設備，相當數量的機械和電氣部件執行核安全功能，屬于核級部件，但新的設計導致缺少相應的核級設備供應商。以下對美國商品級物項轉化流程進行介紹，分析三門、海陽核電項目中環吊具有代表性的核級機械和電氣部件的商品級物項轉化如何實現，幫助解決缺少核級設備供應商的問題。

1美國商品級物項轉化

按照美國機械工程學會的核設施質量保證要求ASME NQA-1中對于核電站商品級物項的定義：商品級物項是指影響核安全功能，但沒有按本標準(指ASME NQA-1)要求設計和制造的結構，或系統、組件、零件。商品級物項轉化就是將商品級物項經過適當的鑒定過程后，像核級物項一樣應用到核安全相關的結構，或系統、組件、零件中[1]，其鑒定過程包括技術評估和檢驗驗收兩個步驟，見圖1。

技術評估的目的是保證可接受物項的要求均在采購文件中指定，檢驗驗收是為了保證所接受的物項正是所指定的。

美國電力研究院EPRI在1988年建立了商品級物項在安全相關領域運用的導則NP-5652，該導則在美國核電業界廣泛采用。美國核管會經過評估，在CL89-02中基本認可了該導則。依據該導則，美國商品級物項轉化的具體流程見圖2。

流程圖中的檢驗驗收方法包括以下四種[2]：

(1) 特殊檢驗和試驗。

(2) 對供方的商品級調查。

(3) 對物項的源地驗證。

(4) 供方/物項歷史表現記錄的可接受性。

這四種檢驗驗收方法可以根據物項及供應商的具體情況單獨或合并使用。美國核管會有條件認可了這四種方法，但對第二和第四種方法做出了相應的限制[3]：

(1) 對于沒有文件化的質保大綱的供方，或雖有質保大綱而實際上未執行自己規定的過程和控制的供方，對供方的商品級調查不能作為接受其物項的檢驗驗收方法。

(2) 不滿足下列情況下，供方/物項歷史表現記錄的可接受性方法不得單獨使用：

①已建立的歷史記錄是基于工業范疇的性能數據，這些數據可直接用于物項的關鍵特征及預期的安全應用。

②已充分落實供方對設計、工藝、材料變更的控制措施，并通過監查進行驗證(可進行多方持證人團隊監查)。

按照上述商品級物項轉化流程，根據所選擇的檢驗驗收方法鑒定合格，且商品級物項的可追溯性符合核級物項的可追溯性要求，并形成和保存好記錄，即認為所選商品級物項可以像核級物項一樣用到核安全相關的結構，或系統、組件、零件中。

2AP1000環吊的商品級物項轉化

2.1 AP1000環吊簡介

三門、海陽項目的AP1000核電站采用先進的非能動型壓水堆核電技術，由美國西屋公司開發，屬于三代核電技術。環吊位于反應堆廠房頂部的環形軌道上，主要用于反應堆正常停堆換料期間吊運一體化堆頂組件，如果該組件在吊運過程中跌落，會損壞到其他反應堆設備，如壓力容器、換料水池等，會直接或間接引起放射性的釋放，因此，該環吊需執行防止不受控的臨界載荷跌落的核安全功能，屬于核安全相關C級設備[4]。

2.2 AP1000環吊商品級物項轉化的必要性

AP1000環吊屬于大型起重類機電一體化設備，部件種類繁多，且有相當數量的核級機械、電氣部件，如液壓缸、螺栓、鋼絲繩、限位開關、超速開關等，三門、海陽核電項目環吊的核級部件主要從美國采購，這些部件大部分屬于工業標準化產品，但由于核級質保體系的要求，很難找到符合要求的核級供應商，因此，環吊相當數量的核級機械和電氣部件運用了商品級物項轉化。下面重點介紹如何實現核級機械部件液壓缸組件、電氣部件卷筒超速開關的商品級物項轉化。

2.3 AP1000環吊商品級物項轉化的實現

根據導則NP-5652，商品級物項轉化需首先判斷物項是否執行安全功能，擬采用的物項是否符合商品級物項的定義。對于AP1000環吊的核級部件來說，設計方在設計時已考慮并要求這些部件能夠實現相關的核安全功能，而擬采用的部件從核級供應商采購存在困難，無法按照核級質保要求設計和制造，這樣的情況符合商品級物項轉化的前兩個步驟要求。因此，對于AP1000環吊來說，商品級物項轉化的主要工作有兩項：

(1) 確定關鍵特性和驗收準則。

(2) 選擇檢驗驗收方法進行驗收。

關鍵特性對于商品級物項來說，是一些可確定、可測量檢驗的屬性或者變量，這些屬性或者變量一旦得到驗證，將會提供合理的保證，保證所接受的物項正是所需物項。執行核安全相關功能的商品級物項具有一個或多個關鍵的特性使其等同于預期的核級物項。物項的部件編號是確定接受的物項是否是所需物項的最基本屬性，因此對于所有商品級物項來說，物項的部件編號是一項關鍵特性。

根據導則NP-5652，檢驗驗收方法共四種，可單獨或組合選用。具體方法如何選擇需要考慮如下要素：

(1) 所選擇的關鍵特性和驗收準則。

(2) 可利用的供應商信息。

(3) 質量歷史。

(4) 標準化的程度。

2.3.1 AP1000環吊核級機械部件液壓缸組件的商品級物項轉化

(1) 關鍵特性和驗收準則的確定。

AP1000環吊核級液壓缸組件主要部件包括液壓缸、液壓缸平衡桿、流量控制閥、連接管路、壓力檢測管路及壓力表，見圖3。

1—液壓缸；2—流量控制閥；3—連接管路；4—液壓儲液瓶；5—壓力表；6—液壓缸平衡桿。

圖3AP1000環吊液壓缸組件

AP1000環吊核級液壓缸組件位于主提升機構的雙鋼絲繩繞繩系統中。該系統需要滿足每根鋼絲繩的斷裂不會引起載荷下降，以實現單一故障保護的功能。雙鋼絲繩繞繩系統中的兩根鋼絲繩的一端分別固定于卷筒兩端，另一端分別固定于液壓缸平衡桿的兩端。環吊運行時，液壓缸內充有一定壓力的液體，其兩端裝有觸發開關，當液壓缸平衡桿兩側鋼絲繩受力不同時，液壓缸平衡桿會向一側運動，當兩根鋼絲繩中一根斷裂時，液壓缸平衡桿會運動到一個極限位置，觸發開關產生故障信號，停止卷筒轉動，剩余的一根鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端固定在處于極限固定位置的液壓缸平衡桿上，靠一根鋼絲繩承載環吊吊裝載荷，液壓缸在這個過程起到當一根鋼絲繩斷裂時吸收沖擊能量的作用，防止另一根鋼絲繩因大的沖擊也發生斷裂。

基于液壓缸組件所執行的安全功能，結合關鍵特性的定義，該商品級物項的關鍵特性有如下幾個：

①所需液壓缸組件的部件編號。

②液壓缸、流量控制閥的編號、生產廠商、質量證書。

③液壓缸組件承壓能力。

④流量控制閥設計壓力下流量。

液壓缸組件的驗收準則即設計圖紙和液壓缸組件商品級物項轉化程序中指定的部件編號、生產廠家、壓力、流量要求值等。

(2) 選擇檢驗驗收方法進行驗收。

考慮到液壓缸組件需求數量少，非經常采購，包含多個零部件，為非標準化產品，關鍵特性也便于源地驗證，因此，對于液壓缸組件的商品級物項轉化選擇了對物項源地驗證的方法，見圖4。

液壓缸組件經上述流程，源地驗證了液壓缸組件的部件編號、液壓缸、流量控制閥的編號、生產廠商、質量證書等符合圖紙和程序要求，源地驗證了液壓缸組件壓力試驗，試驗結果合格，即證明了關鍵特性是符合驗收準則的，保證了所接受的物項正是所需要的物項，并且驗證過程通過商品級物項轉化報告形成了文件記錄，至此實現了AP1000環吊核級機械部件液壓缸組件的商品級物項轉化。

2.3.2 AP1000環吊核級電氣部件卷筒超速開關的商品級物項轉化

(1) 關鍵特性和驗收準則的確定。

根據美國核電廠用單項故障保護起重機要求，對臨界載荷的最大起升速度應限制在慢速欄。為了防止和限制萬一伴隨鋼絲繩斷裂發生危險產生的損害作用，起升速度應受到限制，鋼絲繩在卷筒的運行速度比卷繞系統中其他點要高。環吊卷筒超速開關的功能是當卷筒轉動速度超過一定限值時觸發開關動作，提供一個卷筒超速的信號。基于這一功能，以及電氣部件的主要特性要求，并結合關鍵特性的定義，卷筒超速開關的關鍵特性有如下幾個：

①所需超速開關的部件編號。

②超速開關的絕緣性能。

③超速開關的接觸電阻。

④超速開關的觸點耐電流能力。

⑤超速開關動作的轉速。

超速開關各關鍵特性的驗收準則在圖紙及卷筒超速開關商品級物項轉化程序中給出了具體指定。

(2) 選擇檢驗驗收方法進行驗收。

超速開關屬于工業標準化的產品，可以從許多供應商采購，結構相對簡單，且關鍵特性可以在接收到產品后或者在安裝后進行驗證。因此，對于超速開關的商品級物項轉化選擇了特殊檢驗和試驗的方法，具體流程見圖5。

超速開關經上述流程，執行標準接收檢查和文件記錄之后，按照商品級物項轉化程序要求，首先驗證了部件編號，然后將其安裝在專用試驗臺架中，測量了絕緣性能、接觸電阻、觸點耐電流能力和超速開關動作的轉速，結果符合驗收要求，保證了所接受的物項正是所需要的物項，并且驗證過程通過商品級物項轉化報告形成了文件記錄，至此實現了AP1000環吊核級電氣部件卷筒超速開關的商品級物項轉化。

超速開關所采用的特殊接收檢驗和試驗方法是特殊檢驗和試驗方法的一種。該方法實施前，根據超速開關待驗證的關鍵特性制作了專用的試驗臺架，為接收檢查時驗證所有關鍵特性帶來了便利；但當接收檢查沒有足夠條件，無法驗證所有關鍵特性時，需要采用先安裝商品級物項再驗證關鍵特性等特殊檢驗和試驗方法，或者考慮其他接受方法。無論采用接收檢驗和試驗或者安裝后檢驗和試驗，相應的關鍵特性只需驗證一次。

3結語

三門和海陽AP1000核電項目環吊已經順利通過廠內驗收試驗，主、副提升系統在動、定滑輪碰撞的嚴重超載情況下，可以保持住載荷不墜落的核安全功能，且不會發生提升系統部件的損壞，試驗結果驗證了通過商品級物項轉化采購的核級部件能夠滿足所規定的要求，證明了商品級物項在AP1000環吊核級部件中的成功運用。

商品級物項轉化是在采購方確定要進行核級物項采購但又存在困難時的一種采購方法，其關鍵工作有兩項，即通過技術評估確定關鍵特性，再根據物項特點選擇檢驗驗收方法并實施，前者工作一般應由物項設計方完成，后者一般則有物項采購方實施。

目前，中國核安全監管部門尚未認可核級設備商品級物項轉化的方法，但AP1000環吊暫不屬于中國民用核安全設備目錄范圍。商品級物項在AP1000環吊中的成功運用對于我國核級設備采購工作具有很好的借鑒意義，對于行業相關技術單位有重要的參考價值和借鑒意義，可以幫助解決缺少核級設備或部件合格供應商的問題，美國在商品級物項轉化方面的成功經驗也值得中國核電業的學習。

參考文獻：

[1] 路丁，許曉蔚.美國核電商品級物項轉化經驗反饋[J].核標準計量與質量，2013(1)：37-41.

[2] US Electric Power Research Institute. EPRI-NP-5652 Guideline for the utilization of commercial grade items in nuclear safety related applications[R]. California, USA: Electric Power Research Institute, 1988.

[3] US Nuclear Regulatory Commission. CL89-02 Actions to improve the detection of counterfeit and fraudulently marked products[R]. California, USA: Electric Power Research Institute, 1989.

[4] 張營，郭勁東. 單一故障準則在AP1000核電站環形起重機中的實現[J].起重運輸機械，2013(7)：113-115.

Application of Commercial-grade Dedication in Procurement of AP1000 Polar Cranes

Zhang Ying, Jiang Zhongming

(State Nuclear Power Engineering Company, Shanghai 200233, China)

Abstract：To overcome the difficulties lying in China's nuclear power industry that few nuclear power equipment suppliers are able to provide nuclear safety related equipment or components, the dedication strategy of commercial grade items (CGI) pioneered in United States was introduced, which was applied in the procurement of AP1000 polar cranes in Sanmen and Haiyang Nuclear Power Plant, with focus on detail analysis of the CGI dedication process concerning the representative mechanical and electrical safety related components in AP1000 polar cranes. Test results verify that the nuclear safety related components procured through dedication of commercial-grade items are able to meet relevant requirements, which therefore may serve as a reference for procurement of nuclear safety related equipment or components in China.

Keywords：AP1000; polar crane; CGI; nuclear safety related component

收稿日期：2015-11-09

作者簡介：張營(1983—)，男，工程師，從事核電設備研究工作。E-mail: zhangying@snpec.com.cn

中圖分類號：TM623.4

文獻標志碼：A

文章編號：1671-086X(2016)03-0160-04