非能動壓水堆核電站安全初始動能源風險的管控

陳磊，楊潔，房釗，關心

（陜西應用物理化學研究所，西安710061）

非能動壓水堆核電站安全初始動能源風險的管控

陳磊，楊潔，房釗，關心

（陜西應用物理化學研究所，西安710061）

目前，我國在建的國產(chǎn)化非能動壓水堆核電站（CAP1000項目）中，采用了火工技術（藥筒驅(qū)動裝置）作為反應堆安全處置的初始動能源。此技術尚屬研制階段，其設計、研制、運行過程中的風險管控沒有成熟穩(wěn)定運行的核電站用以參照。從方案設計、采購、體系等方面對藥筒驅(qū)動裝置展開了質(zhì)量風險分析，提出了相應的過程管控對策。

核電站;火工裝置;風險分析;風險管控

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.048

1 引言

我國CAP1000核電項目是一種新型的壓水堆核電機組，它在分析、理解和掌握中美合作的非能動第三代核電先進技術（即AP1000技術）的基礎上，進行國產(chǎn)化創(chuàng)新研發(fā)，實現(xiàn)了具有更大功率、自主產(chǎn)權的大型非能動先進壓水堆機組。

該項目與目前國內(nèi)其他正在運行的核電機組不同，采用了爆破閥藥筒驅(qū)動裝置，首次將火炸藥技術應用于核電安全設備。在滿足核電站正常運行穩(wěn)定無泄漏的同時，保證在出現(xiàn)事故的情況下，藥筒驅(qū)動裝置可靠開啟，作用產(chǎn)生的能量實現(xiàn)活塞剪切蓋成功切斷，打開閥門確保反應堆安全[1]。

近年來出現(xiàn)的核安全事故提醒我們，核安全事關重大，安全第一。藥筒驅(qū)動裝置作為CAP1000核電機組非能動安全系統(tǒng)的關鍵設備，一旦出現(xiàn)問題將無法保證核反應堆的安全處置。

2 CAP1000用藥筒驅(qū)動裝置項目主要風險分析

風險是一個不確定的事件或者條件，當其未來發(fā)生時會對項目的目標帶來正面或者負面的影響[2]，藥筒驅(qū)動裝置作為CAP 1000核電項目采用的火工安全設備，在設計、技術、功能實現(xiàn)、采購等方面存在風險。

2.1 項目設計風險

CAP1000核電項目在美方三代核電技術基礎上國產(chǎn)化改進而來，藥筒驅(qū)動裝置作為一種新設計因其設計理念不同，且設計過程需同時執(zhí)行國內(nèi)和美國核電設計制造標準，設計管理比其他成熟火工品工作量大得多。同時，該技術脫胎于美國西屋公司，因美方在火工藥劑等技術方面對我國實施出口管制，許多設計資料無法獲得，只能采取重新設計、逆向推演等方式實現(xiàn)自主研發(fā)，可能在研發(fā)過程中出現(xiàn)邊設計、邊修改、邊驗證的情況，使得技術文件和工藝圖紙存在質(zhì)量和進度風險。

2.2 項目技術風險

一項新的核電技術從研發(fā)到成熟需經(jīng)歷一系列包括研發(fā)設計、首堆試運行、后續(xù)市場驗證等過程來。CAP1000核電項目在世界上沒有成熟穩(wěn)定運行的相關參考電站，藥筒驅(qū)動裝置為炸藥技術首次應用于核電領域，也缺乏成熟運行的經(jīng)驗參考。從產(chǎn)品可靠性的角度來看，藥筒驅(qū)動裝置的部分技術仍存在原型及未經(jīng)證實的相關特征，如該裝置在核電機組長期運行過程中其作用性未經(jīng)實踐驗證確認等。所以需要對藥筒驅(qū)動裝置進行若干環(huán)境及功能試驗檢測加以驗證，以考驗CAP1000安全非動能技術的可行性。

2.3 項目采購風險

CAP1000核電項目用藥筒驅(qū)動裝置中許多原材料和零部件需按照美標進行采購和驗證，而目前國內(nèi)材料及零部件廠商存在缺乏美標產(chǎn)品、技術不成熟、過程管理水平低、缺少設備材料等問題，導致部分采購和驗證活動需在國外進行，制約整個采購過程的質(zhì)量和進度。同時，現(xiàn)今核電項目建造資源緊張，產(chǎn)能比較有限，市場已轉(zhuǎn)向賣方，各項核電工程FCD時間較為集中，不同項目間交貨期容易出現(xiàn)沖突，造成保質(zhì)保量供貨存在風險。藥筒驅(qū)動裝置的采購資料源自于CAP1000項目技術規(guī)格書，受實現(xiàn)過程中驗證和改進帶來的變化影響，其技術方案和設計參數(shù)面臨不確定、調(diào)整及滯后性，容易造成采購過程不及時，從而影響項目進度。

2.4 項目質(zhì)保體系控制風險

火工品實現(xiàn)過程的質(zhì)量管理體系依照GJB9001《質(zhì)量管理體系要求》標準建立，而CAP1000核電項目在實現(xiàn)過程中要求與國內(nèi)核電標準HAF003《電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》及其HAD相關導則和美國機械工程師協(xié)會ASME NQA-1標準保持一致，不同標準之間存在較大差異，所以在藥筒驅(qū)動裝置整個實現(xiàn)過程中須建立一套獨立的核電質(zhì)量保證體系。雙體系獨立運行在實際執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)混淆的風險，如只取得火工品操作崗位資格，而未取得核電項目崗位資格授權就開展項目工作，對見證W點未通知相關方或出席率偏低，不符合項或不合格品出現(xiàn)分級錯誤，核電項目用壓力表未在實驗前進行校準或超出2周校準有效期等情況。

2.5 項目功能實現(xiàn)風險

藥筒驅(qū)動裝置由點火裝置、封接組件和藥筒本體等部分組成，各部分完成指定的功能，進而實現(xiàn)活塞切斷剪切蓋。產(chǎn)品在某一時刻，某一零部件或功能單元發(fā)生了故障，若產(chǎn)品沒有完成相應功能，它的任何失效都將造成功能任務的失敗或效能降低，所以產(chǎn)品的所有失誤性動作均為故障。依據(jù)其技術規(guī)格書要求中規(guī)定的性能參數(shù)和極限情況，確定出現(xiàn)如表1所示情況時可判斷其發(fā)生故障。具體如表1所示。

表1 CAP1000項目藥筒驅(qū)動裝置功能實現(xiàn)故障類型

2.6 其他風險

除上述主要風險外，CAP1000核電項目用藥筒驅(qū)動裝置還將面臨諸多風險，如火工品用于核電設施，存在安裝、拆換施工技術和經(jīng)驗不足、政治經(jīng)濟類風險、合同類風險、裝置運行風險等。

3 CAP1000 用藥筒驅(qū)動裝置質(zhì)量風險管控

3.1 強化設計接口管控

重點管控從設計院到示范公司再到制造單位及分包商之間設計接口交換數(shù)據(jù)的匹配性，及時掌握技術方案和設計參數(shù)的調(diào)整變動；定期組織對項目技術文件、圖紙等進行集中學習，開展設計交流，提前發(fā)現(xiàn)問題，及時將反饋問題和意見，并協(xié)同設計方、用戶、業(yè)主、供應商和相關方進行解決；對因美方限制出口轉(zhuǎn)而采取自主研發(fā)的設計，應廣泛采用驗證、模擬、仿真、對比等方式，發(fā)揮現(xiàn)有成熟火工技術的經(jīng)驗優(yōu)勢，確保設計結果充分滿足技術規(guī)格書的要求。

3.2 實施全過程可視化管理

CAP1000項目用藥筒驅(qū)動裝置從設計、生產(chǎn)到檢驗、試驗全面實施專人專管，項目人員定期對核電相關標準和核質(zhì)保體系文件程序進行學習培訓，熟悉、理解和掌握項目過程控制的各項要求，并嚴格執(zhí)行；對項目全過程實行可視化管理，從原料加工到產(chǎn)品裝配實施過程QCP控制，采用客戶、業(yè)主和設計方認可、選點方式實施全過程質(zhì)量管控；客戶、業(yè)主和設計方通過對QCP的選點（W、H點）實施見證、檢驗及驗收，進而對藥筒驅(qū)動裝置的整個生產(chǎn)和驗收過程實施監(jiān)督審查，確保實物質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。

3.3 針對功能故障強化設計和生產(chǎn)過程管控

藥筒驅(qū)動裝置其作用主要依靠裝藥來完成，藥劑作用產(chǎn)生的能量實現(xiàn)活塞切斷剪切蓋，成功打開閥門。如果出現(xiàn)裝藥錯誤或藥劑量不足，則可能存在點火藥輸出能量不足未引燃輸出裝藥，或輸出藥能量不足未完成切斷功能等風險。所以，對于裝藥采用裕度設計進行風險管控。

裕度一般指留有一定余地的程度，裝藥的設計裕度控制就是在裝藥結構的設計過程中根據(jù)設計參數(shù)和范圍，考慮各種客觀和人為影響因素，允許裝藥存在一定誤差的情況下仍能實現(xiàn)功能目標[3]。

通過計算密閉容器燃燒壓力，得出裝藥質(zhì)量估算值。考慮到活塞剪切蓋實際剪切破壞載荷，在估算值的基礎上對藥筒驅(qū)動裝置裝藥量進行適當調(diào)整，滿足其在藥量一定的偏差下實現(xiàn)工作功能。

3.4 實施質(zhì)量保證（QA）數(shù)據(jù)包管控

QA記錄數(shù)據(jù)包可以有效地證明產(chǎn)品實現(xiàn)過程質(zhì)量管控的有效性，內(nèi)容包括從原料采購到產(chǎn)品加工、裝配、試驗等相關施工的原始記錄和驗收測試報告。在產(chǎn)品交付顧客使用前，整合QA記錄數(shù)據(jù)包，提交顧客及業(yè)主確認，保證交付產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，便于顧客及業(yè)主了解產(chǎn)品施工過程，對產(chǎn)品質(zhì)量進行追溯。QA數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容如表2所示。

表2 CAP1000項目藥筒驅(qū)動裝置QA數(shù)據(jù)包

4 結語

藥筒驅(qū)動裝置作為CAP1000非能動先進壓水堆機組安全設備的初始動能源，其可靠性對三代核電站技術安全性有直接影響，一旦失效會在事故狀態(tài)下造成災難性后果。對藥筒驅(qū)動裝置進行質(zhì)量風險分析，在其設計和實現(xiàn)過程中采取正確、合理的管控措施，可以有效地降低項目實施風險，提高核安全質(zhì)量。因此，對CAP1000核電用藥筒驅(qū)動裝置質(zhì)量風險問題開展的研究，可以為相關工作的開展提供指導。

【1】張迎春.火工技術在核電爆破閥中的重要作用[A].第六屆中國核電前沿高峰論壇[C].上海：國際核電運維大會，2014(3):91-94.

【2】張欣莉，汪賢裕.項目風險管理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

【3】蔡瑞嬌，翟志強，董海平，等.火工品可靠性評估試驗信息熵等值方法[J].含能材料，2007(1):68-72.

Management and Control to the Risk of Safety Initial Dynamic Energy in Non-active Pressurized-water Reactor Nuclear-power Plants

CHEN Lei,YANG Jie,FANG Zhao,GUAN Xin
(Shaanxi Applied Physics&Chemistry Research Institute,Xi'an710061,China)

At present the pyrotechnic technique(cartridge drive device)is used as the initial dynamic energy in the safety disposal of the reactor in the current localized non-active pressurized-water reactor nuclear-power plants(CAP1000 project).The technology is still in the development stage,and as for the risk management and control in its design,development and performance there is no mature and stable nuclear-power plant for reference.This paper analysed the quality risk of cartridge drive device from the aspects of design,procurement and system,putting forward the corresponding control counter measures.

nuclear-power plants;pyrotechnic device;risk analysis;risk management and control

TM 623

B

1007-9467（2016）08-0089-02

2016-08-01

陳磊（1984～），男，陜西西安人，工程師，從事火工及核電技術質(zhì)量管控與研究。