AP1000機(jī)組在役試驗(yàn)大綱開發(fā)

劉夏城

【摘 要】AP1000機(jī)組核島系統(tǒng)由美國(guó)西屋電氣公司設(shè)計(jì)，在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、運(yùn)行等方面都引入了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)10CFR50.55a（f）的要求，ASME核1、2、3級(jí)泵和閥門需根據(jù)ASME OM規(guī)范及其相關(guān)附錄的要求實(shí)施在役試驗(yàn)予以驗(yàn)證設(shè)備的泄漏率和能動(dòng)功能。AP1000技術(shù)規(guī)格書也要求業(yè)主開發(fā)在役試驗(yàn)大綱以滿足規(guī)范要求。本文介紹了AP1000機(jī)組開發(fā)在役試驗(yàn)大綱的要求以及目前最新ASME OM規(guī)范2015版的要求，以期為國(guó)內(nèi)其他機(jī)組在役試驗(yàn)大綱的開發(fā)提供參考與指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】AP1000；ASME OM；在役試驗(yàn)

0 引言

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)10CFR50.55a（f），核電廠需編制在役試驗(yàn)大綱以驗(yàn)證ASME規(guī)范1，2，3級(jí)泵和閥的安全相關(guān)功能。在役試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證泵和閥的能動(dòng)安全功能以及泄漏率。目前國(guó)內(nèi)正在建造的AP1000機(jī)組核島系統(tǒng)由美方設(shè)計(jì)制造，因此設(shè)計(jì)方也將聯(lián)邦法規(guī)的相關(guān)要求納入到了這些機(jī)組的運(yùn)行和維修措施中，業(yè)主需開發(fā)在役試驗(yàn)大綱，制定泵和閥門的試驗(yàn)項(xiàng)目和計(jì)劃。目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的核電廠由于并未參考和使用ASME OM規(guī)范，因此在役試驗(yàn)大綱的開發(fā)在國(guó)內(nèi)沒(méi)有任何參考案例，也尚無(wú)研究報(bào)告見諸報(bào)端。三門和海陽(yáng)在建AP1000機(jī)組的在役試驗(yàn)大綱的開發(fā)在國(guó)內(nèi)尚屬首例。

1 在役試驗(yàn)范圍的確定

在役試驗(yàn)范圍的確定過(guò)程也是在役試驗(yàn)基準(zhǔn)開發(fā)的過(guò)程，需要分析每一臺(tái)設(shè)備所執(zhí)行的安全功能，并且針對(duì)其安全功能開發(fā)相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目。根據(jù)ASME OM，在役試驗(yàn)設(shè)備針對(duì)的是以下三類：在停堆時(shí)為安全停堆、保持安全停堆或?yàn)闇p少事故后果需執(zhí)行其規(guī)定功能的泵和閥；執(zhí)行上述三個(gè)功能中一個(gè)或多個(gè)功能用于保護(hù)系統(tǒng)或部分系統(tǒng)的泄壓裝置；系統(tǒng)中用于執(zhí)行上述三個(gè)功能中一個(gè)或多個(gè)功能，或?yàn)榇_保反應(yīng)堆壓力邊界完整性的動(dòng)力約束件（阻尼器）。由于阻尼器的檢查和試驗(yàn)項(xiàng)目較為簡(jiǎn)單和統(tǒng)一，核電廠一般單獨(dú)開發(fā)阻尼器專項(xiàng)大綱用于實(shí)施阻尼器的檢查和試驗(yàn)，因此通常在役試驗(yàn)大綱僅包含泵和閥。

1.1 泵

ASME OM ISTB對(duì)在役試驗(yàn)泵的范圍定義為具有應(yīng)急電源的離心泵和正排量泵，在AP1000設(shè)計(jì)中，所有的離心泵和正排量泵都不執(zhí)行安全功能，因此AP1000核電廠在役試驗(yàn)范圍不包含泵。因此AP1000電廠的在役試驗(yàn)大綱范圍不包含泵。

1.2 閥門

試驗(yàn)的范圍包括執(zhí)行安全相關(guān)功能的那些特定閥門和壓力釋放裝置，但不包括以下3類：僅用于為運(yùn)行提供方便的閥門（如疏水、排氣和試驗(yàn)接口閥等）、用于系統(tǒng)控制的閥門（如調(diào)節(jié)閥）、用于系統(tǒng)或部件維修的閥門[1]。最新的2015版ASME OM發(fā)布了強(qiáng)制性附錄Ⅲ“輕水堆核電廠電動(dòng)閥役前和在役試驗(yàn)要求”，此外ASME OM委員會(huì)也正在編制強(qiáng)制性附錄Ⅳ“輕水堆核電廠氣動(dòng)閥役前和在役試驗(yàn)要求”；隨著這些附錄要求的發(fā)布，增加了對(duì)動(dòng)力操作閥可運(yùn)行性試驗(yàn)的要求。

2 試驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)

在役試驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)須針對(duì)設(shè)備所實(shí)施的安全任務(wù)進(jìn)行，這樣才能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的目的能驗(yàn)證設(shè)備的安全任務(wù)設(shè)計(jì)要求，閥門作為控制流體的管道部件主要有以下5類安全相關(guān)任務(wù)：保持關(guān)閉、保持開啟、轉(zhuǎn)換關(guān)閉（能動(dòng)功能）、轉(zhuǎn)換開啟（能動(dòng)功能）、調(diào)節(jié)流量（能動(dòng)功能）。需要特別指出的是雖然調(diào)節(jié)功能也是一項(xiàng)安全相關(guān)任務(wù)，但調(diào)節(jié)試驗(yàn)（壓力調(diào)節(jié)）在ASME OM中并不要求。如果動(dòng)力操作閥門在失去驅(qū)動(dòng)源時(shí)要求其執(zhí)行閥位處于安全相關(guān)功能有關(guān)的位置，則規(guī)定為“失效-安全”功能，對(duì)于“失效-安全”試驗(yàn)沒(méi)有特別規(guī)定，該功能是作為動(dòng)作試驗(yàn)的一部分。通過(guò)對(duì)ASME OM ISTC章節(jié)以及相關(guān)強(qiáng)制性附錄的研究，閥門的在役試驗(yàn)項(xiàng)目主要可以歸納為以下7類：遠(yuǎn)程閥位指示試驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)、動(dòng)作試驗(yàn)、止回閥試驗(yàn)、壓力釋放裝置試驗(yàn)、爆破閥試驗(yàn)、動(dòng)力操作閥的可運(yùn)行性試驗(yàn)。

2.1 遠(yuǎn)程閥位指示試驗(yàn)

帶有遠(yuǎn)程位置指示的閥門在閥門動(dòng)作時(shí)應(yīng)就地觀察以驗(yàn)證位置指示的正確動(dòng)作（主控顯示與就地一致）。該位置指示試驗(yàn)的頻度為每2年1次。

2.2 泄漏率試驗(yàn)

具有安全相關(guān)閥座泄漏限制的閥門應(yīng)做試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其閥座泄漏。這些閥門包括：安全殼隔離和一回路隔離閥。安全殼隔離閥按10CFR 50附錄J進(jìn)行試驗(yàn)；其頻度和驗(yàn)收準(zhǔn)則均由電廠安全殼泄漏率試驗(yàn)大綱規(guī)定。對(duì)于一回路隔離閥，ASME規(guī)范規(guī)定了非安全殼隔離閥的試驗(yàn)頻度至少為每2年1次，電廠的技術(shù)規(guī)格書規(guī)定了具體的泄漏率要求。

2.3 動(dòng)作試驗(yàn)

無(wú)論是手動(dòng)還是動(dòng)力操作（電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)）應(yīng)定期進(jìn)行動(dòng)作。ASME規(guī)范規(guī)定了每年4次的試驗(yàn)頻度。在某些情況下，允許閥門的試驗(yàn)頻度要比規(guī)定低，因?yàn)樵诠β蔬\(yùn)行期間無(wú)法對(duì)這些閥門進(jìn)行動(dòng)作。如果季度試驗(yàn)無(wú)法實(shí)施，那么應(yīng)在冷停堆時(shí)進(jìn)行全行程動(dòng)作試驗(yàn)，如果冷停堆的試驗(yàn)窗口也不行，那么全行程動(dòng)作試驗(yàn)可在換料時(shí)進(jìn)行。行程時(shí)間作為一項(xiàng)驗(yàn)收準(zhǔn)則進(jìn)行單獨(dú)規(guī)定，此項(xiàng)驗(yàn)收準(zhǔn)則需同時(shí)滿足3項(xiàng)要求：技術(shù)規(guī)格書對(duì)行程時(shí)間的要求、IST大綱對(duì)行程時(shí)間的要求以及行程時(shí)間滿足參照值的范圍要求。此外，對(duì)于具有失效安全功能的動(dòng)力操作閥，在進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)時(shí)同時(shí)驗(yàn)證閥門的失效安全位置。試驗(yàn)驗(yàn)證閥門在失去驅(qū)動(dòng)源后能恢復(fù)到安全相關(guān)位置。

2.4 止回閥試驗(yàn)

止回閥需要按ASME OM ISTC做開啟和關(guān)閉位置的動(dòng)作試驗(yàn)。通過(guò)動(dòng)作試驗(yàn)證明閥內(nèi)件隨流量而開啟和當(dāng)停止流動(dòng)時(shí)關(guān)閉。用流量試驗(yàn)不能使閥門全開的情況可以使用其它方式來(lái)動(dòng)作到閥門的開啟和關(guān)閉位置，例如，抽樣解體。ASME規(guī)定了止回閥動(dòng)作試驗(yàn)頻度為每年4次，但在無(wú)法實(shí)施的情況下可安排在冷停堆或換料停堆進(jìn)行。此外對(duì)于某些特定的AP1000止回閥還需進(jìn)行低壓差試驗(yàn)：在低壓差條件下執(zhí)行安全相關(guān)任務(wù)來(lái)轉(zhuǎn)換開啟的安全相關(guān)止回閥定期進(jìn)行在役試驗(yàn)以驗(yàn)證開始流動(dòng)的閥門能力。該試驗(yàn)不是ASME OM的要求，但作為AP1000在役試驗(yàn)大綱的增強(qiáng)和補(bǔ)充；規(guī)定頻度為每個(gè)換料周期1次。

2.5 壓力釋放裝置試驗(yàn)

ASME OM強(qiáng)制性附錄Ⅰ提供了安全閥和爆破盤的試驗(yàn)要求、頻度和驗(yàn)收準(zhǔn)則。規(guī)范對(duì)核1級(jí)、核2/3級(jí)、熱釋放安全閥、真空釋放閥的試驗(yàn)頻度做了區(qū)分。需要特別指出的是，主蒸汽安全閥按核1級(jí)安全閥的頻度和要求進(jìn)行試驗(yàn)。

2.6 爆破閥試驗(yàn)

在每次換料大修階段爆破閥包含3項(xiàng)試驗(yàn)：內(nèi)外部目視檢查、電氣回路檢查以及抽樣點(diǎn)火試驗(yàn)。對(duì)爆炸驅(qū)動(dòng)裝置至少抽取20%的火藥做點(diǎn)火試驗(yàn)并更換。如果火藥點(diǎn)火失敗，則所有同批號(hào)的火藥均拆卸，報(bào)廢并用不同批號(hào)的火藥進(jìn)行更換。爆炸火藥的點(diǎn)火試驗(yàn)可在閥門上進(jìn)行或在閥門外試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。

2.7 動(dòng)力操作閥可運(yùn)行性試驗(yàn)

針對(duì)ASME OM強(qiáng)制性附錄Ⅲ和Ⅳ，要求電動(dòng)閥和氣動(dòng)閥進(jìn)行的可運(yùn)行性試驗(yàn)要求，即閥門診斷試驗(yàn)。診斷試驗(yàn)的頻度是一個(gè)動(dòng)態(tài)值，它以閥門的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)和功能裕度作為基準(zhǔn)。首次裕度應(yīng)由ASME QME-1和帶補(bǔ)充分析覆蓋不確定度和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的基準(zhǔn)試驗(yàn)確定。

3 結(jié)束語(yǔ)

在役試驗(yàn)大綱是一項(xiàng)規(guī)范指導(dǎo)性很強(qiáng)的專項(xiàng)大綱，同時(shí)作為ASME OM規(guī)范在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用以及AP1000電站設(shè)備的特殊性和復(fù)雜性，AP1000電站在役試驗(yàn)大綱的開發(fā)涉及到大量的規(guī)范研究和設(shè)計(jì)審查工作。本文初步探討了大綱開發(fā)的內(nèi)容和經(jīng)驗(yàn)，以期拋磚引玉為同行研究開發(fā)該大綱提供參考。