關于核級設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，我國核電事業發展迅速，但需要注意的是，核電廠及核電站的運行和發展需要以安全為基礎，許多新建機組對核電站運行的安全性提出了更高的要求。核級設備是影響核電站運行安全水平的重要因素，做好核級設備的缺陷分析、安全鑒定及缺陷處理工作至關重要。該文從核級設備檢查概況著手，明確了我國核電站核級設備檢查工作的依據和指導規范，之后結合實例著重探討了核級設備缺陷檢查的具體方法、流程和注意要點，旨在為相關研究與實踐提供參考。

關鍵詞：核電站 核級設備 缺陷檢查 缺陷處理

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0118-03

1 我國核級設備檢查概況

在40多年的發展中，我國核工業已經建立了相對完善的核電規范及相關技術體系，國家和安全局頒布了《核電廠運行安全規定》（HAF103）法令和《核電廠在役檢查規定》（HAD103/07）導則，為核電站在役檢查工作提供依據和指導。但需要注意的是，截止到目前，我國還沒有形成正式的在役檢查規范，核電站在大多以法國《壓水堆核電廠在役檢查規則》（RSE-M）為檢查規范，或采用美國的相關規范，國家核安全局明確規定，無論核電站采用哪種規范，都需要滿足核安全法相關規定，即以HAF103和HAD103/07為基準。需要明確的是，我國核電建設標準體系還有待進一步完善，許多核電站在運維管理的過程中以RSE-M標準體系為基準，一旦HAD103與RSE-M出現矛盾或沖突，則需以HAD103規定為依據執行相關工作。

在RES-M中對核級設備處理、維修及分類等方面進行了詳細的規定和講述，對于容器設備來說，其缺陷處理流程如下：發現設備缺陷、判定設備缺陷、設備缺陷處理。其中缺陷處理是一項系統性的工作，主要包括設備缺陷檢查、缺陷分析、缺陷性質確定及制定和選擇缺陷處理方案等。

核電站核級設備維修工作可以大致分為兩類：（1）補救性維修工作。補救性維修指的是發現系統或設備出現故障之后的維修活動，主要包括故障維修、故障件更換等。（2）預防性維修工作。顧名思義，預防性維修工作的目的就是預防核級設備出現故障，通過預防性維修來減少系統或設備出現故障的概率、頻率并降低故障帶來的不利影響，預防性維修工作主要包括設備檢查、設備監視、設備修復及更換等。用形象的方式來對核電站核級設備維修活動進行歸納，即核級設備的預防性維修為設備體檢，而補救性維修即設備功能恢復。

2 核級設備檢查與鑒定

2.1 缺陷無損檢驗

核級設備的缺陷檢查需要以缺陷特性及類型為基礎，合理地選擇檢查方法，在RES-M中規定了眾多核級設備無損檢驗方法和手段，不同的方法有一定的差異性，對不同檢查項目的檢驗效果不同，具體來說如表1所示。

需要注意的是，核級設備缺陷檢驗方法并不是一概而論的，在選擇的過程中，需要對實際情況、影響因素及設備安全等方面進行綜合考慮[1]。舉例來說，在進行設備承壓焊縫的檢驗過程中，需要考慮設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中，兩種體積檢驗方法各有優勢。而對于奧氏體不銹鋼的焊縫檢驗來說，在采用UT法進行檢驗的過程中，受到晶粒粗大的影響，會導致出現本底噪波信號，這就給焊縫缺陷信號的識別和分辨帶來了較大的困難，為了保證檢驗的靈敏度，只能采用RT法進行檢驗。

2.2 安全等級劃分與鑒定

2.2.1 核級設備安全等級劃分

核級設備分級有著多種標準，例如安全等級、抗震等級、質保等級等等，其中以安全等級劃分為基礎，指的是確定安全功能設備，明確其執行安全功能的重要性。具體安全等級劃分如下：（1）核安全一級設備，故障后會影響反應堆停放、出現失水事故等的設備屬于核安全一級設備，例如冷卻劑系統設備、與冷卻劑系統相連接的冷卻水管（內徑>10.6 mm）、蒸汽管道（內徑>21.9 mm）、安全閥等。（2）核安全二級設備：主要包括RRA、RIS、隔離系統、安全殼、空氣監測系統設備等[2]。（3）核安全三級設備，主要指的是對安全起到重要作用或產生重要影響的設備，但這些核級設備故障之后不會產生直接放射性后果，主要包括ASG系統設備、RRI系統設備、PTR系統設備等。

2.2.2 核級設備安全鑒定過程

核級設備鑒定工作有著持續性特點，貫穿核電站的設計到設備服役壽命期終結整個過程，要求核級設備能夠有效投入運行并滿足運行要求。一般來說，核級設備安全鑒定主要包括兩個方面：第一，環境鑒定，對設備在正常環境下與故障環境下的性能進行鑒定；第二，抗震鑒定，對設備在動力條件下性能進行鑒定。核級設備具體安全鑒定流程如下。

（1）初始設備鑒定。

初始設備鑒定主要包括：①明確核級設備鑒定的相關要求，例如功能性要求、環境適應性要求、荷載條件要求等；②對已經存在的鑒定文件進行檢查，結合檢查結果說明設備仍需改進之處；③完善核級設備鑒定文件，注明鑒定情況。

（2）制造與后續供貨。

鑒定人員以收集到的核級設備資料為基礎，設計鑒定方案，主要工作如下：①設備采購，選擇供應商，并對供應商的生產能力和技術能力進行科學評估；②對改進項帶來的影響進行分析，審查鑒定文件。

（3）鑒定狀態保持。

在核電站運行生產期間也需要進行核級設備的鑒定，保證核級設備在運行的過程中能夠維持鑒定狀態，具體工作如下：①以核電站使用標準為基礎進行備件種類劃分，為備件采購提供依據；②在設備維修的過程中要重視設備鑒定工作，保證維修人員技能水平符合要求；③做好經驗反饋工作，及時發現核級設備偏差及缺陷，分析不符合要求的項目。

3 核級設備缺陷檢查實例分析

核級設備在役檢查的過程中，需要以設備運行中反饋的缺陷性質、類別和設備特性來確定并設計檢查項目，并不是盲目地增加檢驗項目，以壓水堆典型壓力容器穩壓器的檢驗為例，其屬于低合金鋼制造的立式壓力容器，在高溫高壓環境下工作，一回路介質會導致材料輻照脆化，因此需要用輻照試塊對設備材料進行長期監督[3]。需要注意的是，設備本體沒有降質機制，這就需要針對容易出現的缺陷開展在役檢查工作，例如人孔緊固件、支承組等的焊縫檢查，具體在役檢查無損檢驗項目如表2所示。

4 核級設備缺陷判定

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

4.1 顯示鑒定

核級設備進行無損檢驗之后，會收集各個無損檢測儀器的原始數據，主要包括圖像數據、測量值數據及相關信號等，如果數據值超過記錄值，則需要進行記錄，并對無損檢測儀器的信號顯示進行鑒定，以此來對信數據值的突然變化進行分析，排除與缺陷無關的突變顯示信號，即找出偽信號，偽信號指的是由于設備材料機箱結構或表面尺寸干擾而產生的信號，在排除偽信號之后判斷核級設備是否存在偏差。

4.2 偏差分析

在制定和選擇核級設備缺陷處理方案之前，需要收集相關資料，進行偏差分析，以此來降低偏差發生概率。具體分析內容如下：（1）缺陷評判。以顯示鑒定結論為基礎，對核級設備具體的缺陷情況進行分析，主要包括缺陷存在與否、缺陷性質分析、定性缺陷線性分析、缺陷原因分析及包絡幾何特征分析等，此外，需要以UT檢查回波特性為依據來判斷缺陷是體積型缺陷還是非體積型缺陷。（2）缺陷評判結果分析。對缺陷原因、尺寸及位置等進行確定，以此來為缺陷處理方案的確定和選擇提供參考依據。（3）缺陷擴展假設：評估缺陷擴展及新缺陷出現的可能性。（4）缺陷危害分析：分析缺陷是否會對設備的密封性和完整性帶來危害。（5）設備狀態評價。以上述分析結果為基礎，對核級設備狀態進行評價，評估設備缺陷維修風險、成本及可操作性，以此來決定是進行缺陷維修處理還是直接更換新設備。（6）安全性分析。對失效的核級設備可能造成的安全后果進行分析。（7）跟蹤評價。對后續監督檢查核級設備的必要性和具體方法方式進行評估。

5 缺陷處理與改進

經過偏差分析之后，會獲得核級設備缺陷性質、位置、可能導致的后果及維修可操作性等信息，以此為依據可開展缺陷處理活動。在選擇處理方案的過程中，需要對方案可行性及維修影響進行評估，以此來制定后續核級設備的監督要求。核電站運營單位是核級設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則及核安全一級設備、二級設備及三級設備分別的使用條款，核電站運營單位應當以上述準則和條款為基礎，制定核級設備處理方案的具體執行標準和執行要求，結合方案評估和分析結果，合理地選擇處理方案并進行處理方案的執行，需要注意的是，核級設備處理方案執行時機選擇也至關重要，一般來說，應當在換料大修期間來執行處理方案，進行核級設備的缺陷處理工作，以盡可能降低對核電站運行生產的影響。

6 結語

綜上所述，核級設備缺陷分析與處理是一項系統性的工程，涉及到的環節和內容眾多，需要把握的關鍵點復雜。在具體核級設備缺陷檢查的過程中，需要結合實際情況合理選擇檢查方法并做好分析工作，以此為依據制定合理有效的缺陷處理方案。此外需要明確的是，我國核電站當前普遍應用的RSE-M標準有著一定的局限性，涉及到具體缺陷去除的過程中存在操作性較差的問題，因此工程實際應用的過程中，需要結合國內外核級設備維修規范，參考成功案例，以此來保證核級設備分析及處理的有效性和可靠性。

參考文獻

[1] 李煥鳴，侯曄，鄧豐.核級設備缺陷的分析和處理[J].科技視界，2015（27）：10-11.

[2] 劉嶠.核電工程設備質量監督工作指令式管理方法研究[D].天津大學，2014.

[3] 邱乙畝，肖建.核級泵類設備不符合項管理淺述[J].水泵技術，2014（3）：1-5.