關(guān)于核級(jí)設(shè)備缺陷的分析和處理

侯閱兵

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.118

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)核電事業(yè)發(fā)展迅速，但需要注意的是，核電廠及核電站的運(yùn)行和發(fā)展需要以安全為基礎(chǔ)，許多新建機(jī)組對(duì)核電站運(yùn)行的安全性提出了更高的要求。核級(jí)設(shè)備是影響核電站運(yùn)行安全水平的重要因素，做好核級(jí)設(shè)備的缺陷分析、安全鑒定及缺陷處理工作至關(guān)重要。該文從核級(jí)設(shè)備檢查概況著手，明確了我國(guó)核電站核級(jí)設(shè)備檢查工作的依據(jù)和指導(dǎo)規(guī)范，之后結(jié)合實(shí)例著重探討了核級(jí)設(shè)備缺陷檢查的具體方法、流程和注意要點(diǎn)，旨在為相關(guān)研究與實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：核電站 核級(jí)設(shè)備 缺陷檢查 缺陷處理

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0118-03

1 我國(guó)核級(jí)設(shè)備檢查概況

在40多年的發(fā)展中，我國(guó)核工業(yè)已經(jīng)建立了相對(duì)完善的核電規(guī)范及相關(guān)技術(shù)體系，國(guó)家和安全局頒布了《核電廠運(yùn)行安全規(guī)定》（HAF103）法令和《核電廠在役檢查規(guī)定》（HAD103/07）導(dǎo)則，為核電站在役檢查工作提供依據(jù)和指導(dǎo)。但需要注意的是，截止到目前，我國(guó)還沒(méi)有形成正式的在役檢查規(guī)范，核電站在大多以法國(guó)《壓水堆核電廠在役檢查規(guī)則》（RSE-M）為檢查規(guī)范，或采用美國(guó)的相關(guān)規(guī)范，國(guó)家核安全局明確規(guī)定，無(wú)論核電站采用哪種規(guī)范，都需要滿足核安全法相關(guān)規(guī)定，即以HAF103和HAD103/07為基準(zhǔn)。需要明確的是，我國(guó)核電建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系還有待進(jìn)一步完善，許多核電站在運(yùn)維管理的過(guò)程中以RSE-M標(biāo)準(zhǔn)體系為基準(zhǔn)，一旦HAD103與RSE-M出現(xiàn)矛盾或沖突，則需以HAD103規(guī)定為依據(jù)執(zhí)行相關(guān)工作。

在RES-M中對(duì)核級(jí)設(shè)備處理、維修及分類等方面進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定和講述，對(duì)于容器設(shè)備來(lái)說(shuō)，其缺陷處理流程如下：發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷、判定設(shè)備缺陷、設(shè)備缺陷處理。其中缺陷處理是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，主要包括設(shè)備缺陷檢查、缺陷分析、缺陷性質(zhì)確定及制定和選擇缺陷處理方案等。

核電站核級(jí)設(shè)備維修工作可以大致分為兩類：（1）補(bǔ)救性維修工作。補(bǔ)救性維修指的是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)或設(shè)備出現(xiàn)故障之后的維修活動(dòng)，主要包括故障維修、故障件更換等。（2）預(yù)防性維修工作。顧名思義，預(yù)防性維修工作的目的就是預(yù)防核級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障，通過(guò)預(yù)防性維修來(lái)減少系統(tǒng)或設(shè)備出現(xiàn)故障的概率、頻率并降低故障帶來(lái)的不利影響，預(yù)防性維修工作主要包括設(shè)備檢查、設(shè)備監(jiān)視、設(shè)備修復(fù)及更換等。用形象的方式來(lái)對(duì)核電站核級(jí)設(shè)備維修活動(dòng)進(jìn)行歸納，即核級(jí)設(shè)備的預(yù)防性維修為設(shè)備體檢，而補(bǔ)救性維修即設(shè)備功能恢復(fù)。

2 核級(jí)設(shè)備檢查與鑒定

2.1 缺陷無(wú)損檢驗(yàn)

核級(jí)設(shè)備的缺陷檢查需要以缺陷特性及類型為基礎(chǔ)，合理地選擇檢查方法，在RES-M中規(guī)定了眾多核級(jí)設(shè)備無(wú)損檢驗(yàn)方法和手段，不同的方法有一定的差異性，對(duì)不同檢查項(xiàng)目的檢驗(yàn)效果不同，具體來(lái)說(shuō)如表1所示。

需要注意的是，核級(jí)設(shè)備缺陷檢驗(yàn)方法并不是一概而論的，在選擇的過(guò)程中，需要對(duì)實(shí)際情況、影響因素及設(shè)備安全等方面進(jìn)行綜合考慮[1]。舉例來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行設(shè)備承壓焊縫的檢驗(yàn)過(guò)程中，需要考慮設(shè)備安全受到承壓焊縫的影響，且在非體積型缺陷和體積型缺陷的檢驗(yàn)中，兩種體積檢驗(yàn)方法各有優(yōu)勢(shì)。而對(duì)于奧氏體不銹鋼的焊縫檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，在采用UT法進(jìn)行檢驗(yàn)的過(guò)程中，受到晶粒粗大的影響，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)本底噪波信號(hào)，這就給焊縫缺陷信號(hào)的識(shí)別和分辨帶來(lái)了較大的困難，為了保證檢驗(yàn)的靈敏度，只能采用RT法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2 安全等級(jí)劃分與鑒定

2.2.1 核級(jí)設(shè)備安全等級(jí)劃分

核級(jí)設(shè)備分級(jí)有著多種標(biāo)準(zhǔn)，例如安全等級(jí)、抗震等級(jí)、質(zhì)保等級(jí)等等，其中以安全等級(jí)劃分為基礎(chǔ)，指的是確定安全功能設(shè)備，明確其執(zhí)行安全功能的重要性。具體安全等級(jí)劃分如下：（1）核安全一級(jí)設(shè)備，故障后會(huì)影響反應(yīng)堆停放、出現(xiàn)失水事故等的設(shè)備屬于核安全一級(jí)設(shè)備，例如冷卻劑系統(tǒng)設(shè)備、與冷卻劑系統(tǒng)相連接的冷卻水管（內(nèi)徑>10.6 mm）、蒸汽管道（內(nèi)徑>21.9 mm）、安全閥等。（2）核安全二級(jí)設(shè)備：主要包括RRA、RIS、隔離系統(tǒng)、安全殼、空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備等[2]。（3）核安全三級(jí)設(shè)備，主要指的是對(duì)安全起到重要作用或產(chǎn)生重要影響的設(shè)備，但這些核級(jí)設(shè)備故障之后不會(huì)產(chǎn)生直接放射性后果，主要包括ASG系統(tǒng)設(shè)備、RRI系統(tǒng)設(shè)備、PTR系統(tǒng)設(shè)備等。

2.2.2 核級(jí)設(shè)備安全鑒定過(guò)程

核級(jí)設(shè)備鑒定工作有著持續(xù)性特點(diǎn)，貫穿核電站的設(shè)計(jì)到設(shè)備服役壽命期終結(jié)整個(gè)過(guò)程，要求核級(jí)設(shè)備能夠有效投入運(yùn)行并滿足運(yùn)行要求。一般來(lái)說(shuō)，核級(jí)設(shè)備安全鑒定主要包括兩個(gè)方面：第一，環(huán)境鑒定，對(duì)設(shè)備在正常環(huán)境下與故障環(huán)境下的性能進(jìn)行鑒定；第二，抗震鑒定，對(duì)設(shè)備在動(dòng)力條件下性能進(jìn)行鑒定。核級(jí)設(shè)備具體安全鑒定流程如下。

（1）初始設(shè)備鑒定。

初始設(shè)備鑒定主要包括：①明確核級(jí)設(shè)備鑒定的相關(guān)要求，例如功能性要求、環(huán)境適應(yīng)性要求、荷載條件要求等；②對(duì)已經(jīng)存在的鑒定文件進(jìn)行檢查，結(jié)合檢查結(jié)果說(shuō)明設(shè)備仍需改進(jìn)之處；③完善核級(jí)設(shè)備鑒定文件，注明鑒定情況。

（2）制造與后續(xù)供貨。

鑒定人員以收集到的核級(jí)設(shè)備資料為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)鑒定方案，主要工作如下：①設(shè)備采購(gòu)，選擇供應(yīng)商，并對(duì)供應(yīng)商的生產(chǎn)能力和技術(shù)能力進(jìn)行科學(xué)評(píng)估；②對(duì)改進(jìn)項(xiàng)帶來(lái)的影響進(jìn)行分析，審查鑒定文件。

（3）鑒定狀態(tài)保持。

在核電站運(yùn)行生產(chǎn)期間也需要進(jìn)行核級(jí)設(shè)備的鑒定，保證核級(jí)設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中能夠維持鑒定狀態(tài)，具體工作如下：①以核電站使用標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)行備件種類劃分，為備件采購(gòu)提供依據(jù)；②在設(shè)備維修的過(guò)程中要重視設(shè)備鑒定工作，保證維修人員技能水平符合要求；③做好經(jīng)驗(yàn)反饋工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)核級(jí)設(shè)備偏差及缺陷，分析不符合要求的項(xiàng)目。

3 核級(jí)設(shè)備缺陷檢查實(shí)例分析

核級(jí)設(shè)備在役檢查的過(guò)程中，需要以設(shè)備運(yùn)行中反饋的缺陷性質(zhì)、類別和設(shè)備特性來(lái)確定并設(shè)計(jì)檢查項(xiàng)目，并不是盲目地增加檢驗(yàn)項(xiàng)目，以壓水堆典型壓力容器穩(wěn)壓器的檢驗(yàn)為例，其屬于低合金鋼制造的立式壓力容器，在高溫高壓環(huán)境下工作，一回路介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致材料輻照脆化，因此需要用輻照試塊對(duì)設(shè)備材料進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)督[3]。需要注意的是，設(shè)備本體沒(méi)有降質(zhì)機(jī)制，這就需要針對(duì)容易出現(xiàn)的缺陷開(kāi)展在役檢查工作，例如人孔緊固件、支承組等的焊縫檢查，具體在役檢查無(wú)損檢驗(yàn)項(xiàng)目如表2所示。

4 核級(jí)設(shè)備缺陷判定

核級(jí)設(shè)備的缺陷處理以顯示檢定結(jié)果及偏差分析為前提，得到核級(jí)設(shè)備在役檢查結(jié)果信號(hào)顯示之后，需要進(jìn)行鑒別和分析，以此來(lái)獲取核級(jí)設(shè)備缺陷的性質(zhì)、危害及形狀等信息，判斷缺陷維修是否可操作，從而為核級(jí)設(shè)備缺陷處理提供依據(jù)。

4.1 顯示鑒定

核級(jí)設(shè)備進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)之后，會(huì)收集各個(gè)無(wú)損檢測(cè)儀器的原始數(shù)據(jù)，主要包括圖像數(shù)據(jù)、測(cè)量值數(shù)據(jù)及相關(guān)信號(hào)等，如果數(shù)據(jù)值超過(guò)記錄值，則需要進(jìn)行記錄，并對(duì)無(wú)損檢測(cè)儀器的信號(hào)顯示進(jìn)行鑒定，以此來(lái)對(duì)信數(shù)據(jù)值的突然變化進(jìn)行分析，排除與缺陷無(wú)關(guān)的突變顯示信號(hào)，即找出偽信號(hào)，偽信號(hào)指的是由于設(shè)備材料機(jī)箱結(jié)構(gòu)或表面尺寸干擾而產(chǎn)生的信號(hào)，在排除偽信號(hào)之后判斷核級(jí)設(shè)備是否存在偏差。

4.2 偏差分析

在制定和選擇核級(jí)設(shè)備缺陷處理方案之前，需要收集相關(guān)資料，進(jìn)行偏差分析，以此來(lái)降低偏差發(fā)生概率。具體分析內(nèi)容如下：（1）缺陷評(píng)判。以顯示鑒定結(jié)論為基礎(chǔ)，對(duì)核級(jí)設(shè)備具體的缺陷情況進(jìn)行分析，主要包括缺陷存在與否、缺陷性質(zhì)分析、定性缺陷線性分析、缺陷原因分析及包絡(luò)幾何特征分析等，此外，需要以UT檢查回波特性為依據(jù)來(lái)判斷缺陷是體積型缺陷還是非體積型缺陷。（2）缺陷評(píng)判結(jié)果分析。對(duì)缺陷原因、尺寸及位置等進(jìn)行確定，以此來(lái)為缺陷處理方案的確定和選擇提供參考依據(jù)。（3）缺陷擴(kuò)展假設(shè)：評(píng)估缺陷擴(kuò)展及新缺陷出現(xiàn)的可能性。（4）缺陷危害分析：分析缺陷是否會(huì)對(duì)設(shè)備的密封性和完整性帶來(lái)危害。（5）設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)。以上述分析結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)核級(jí)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)估設(shè)備缺陷維修風(fēng)險(xiǎn)、成本及可操作性，以此來(lái)決定是進(jìn)行缺陷維修處理還是直接更換新設(shè)備。（6）安全性分析。對(duì)失效的核級(jí)設(shè)備可能造成的安全后果進(jìn)行分析。（7）跟蹤評(píng)價(jià)。對(duì)后續(xù)監(jiān)督檢查核級(jí)設(shè)備的必要性和具體方法方式進(jìn)行評(píng)估。

5 缺陷處理與改進(jìn)

經(jīng)過(guò)偏差分析之后，會(huì)獲得核級(jí)設(shè)備缺陷性質(zhì)、位置、可能導(dǎo)致的后果及維修可操作性等信息，以此為依據(jù)可開(kāi)展缺陷處理活動(dòng)。在選擇處理方案的過(guò)程中，需要對(duì)方案可行性及維修影響進(jìn)行評(píng)估，以此來(lái)制定后續(xù)核級(jí)設(shè)備的監(jiān)督要求。核電站運(yùn)營(yíng)單位是核級(jí)設(shè)備缺陷處理方案的選擇主體，RES-MA5400中給出了偏差處理選擇通用準(zhǔn)則及核安全一級(jí)設(shè)備、二級(jí)設(shè)備及三級(jí)設(shè)備分別的使用條款，核電站運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)當(dāng)以上述準(zhǔn)則和條款為基礎(chǔ)，制定核級(jí)設(shè)備處理方案的具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行要求，結(jié)合方案評(píng)估和分析結(jié)果，合理地選擇處理方案并進(jìn)行處理方案的執(zhí)行，需要注意的是，核級(jí)設(shè)備處理方案執(zhí)行時(shí)機(jī)選擇也至關(guān)重要，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)在換料大修期間來(lái)執(zhí)行處理方案，進(jìn)行核級(jí)設(shè)備的缺陷處理工作，以盡可能降低對(duì)核電站運(yùn)行生產(chǎn)的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，核級(jí)設(shè)備缺陷分析與處理是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，涉及到的環(huán)節(jié)和內(nèi)容眾多，需要把握的關(guān)鍵點(diǎn)復(fù)雜。在具體核級(jí)設(shè)備缺陷檢查的過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況合理選擇檢查方法并做好分析工作，以此為依據(jù)制定合理有效的缺陷處理方案。此外需要明確的是，我國(guó)核電站當(dāng)前普遍應(yīng)用的RSE-M標(biāo)準(zhǔn)有著一定的局限性，涉及到具體缺陷去除的過(guò)程中存在操作性較差的問(wèn)題，因此工程實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，需要結(jié)合國(guó)內(nèi)外核級(jí)設(shè)備維修規(guī)范，參考成功案例，以此來(lái)保證核級(jí)設(shè)備分析及處理的有效性和可靠性。

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