EPR安全分級方法及應用

宋中權，李福東，趙小玉

（臺山核電合營有限公司，廣東 臺山 529228）

EPR核電廠是主要吸收法馬通N4和西門子KONVOI堆型的新技術，按照EUR（歐洲用戶安全要求）要求開發的第三代壓水堆機組。EPR核電廠的分級體系繼承了法國核電廠的分級體系，包括安全分級、抗震分級、規范等級及質量保證等級，其中安全分級是核安全監管部門最為關注的分級事項。

目前，EPR屬于三代核電技術，其分級體系并不為大多人熟知。本文著重闡述EPR安全分級的目的、體系、方法以及與CPY（以CPR為例）的區別，有助于相關人員熟悉EPR分級方法并應用于核安全設備監督管理工作中。

1 安全分級的目的

核電廠物項種類繁多、數量巨大，執行的功能各不相同，必須依靠嚴格的安全等級劃分，從而確定執行不同的設計、制造、試驗、鑒定等要求，保證核電廠的安全性。而安全等級劃分的高低，直接影響設計、制造、安裝、調試等核電廠建造成本。因此，安全等級劃分必須在保證安全的前提下，合理控制核電廠的造價。

核電廠物項的安全等級與其執行的安全功能密不可分，物項執行的安全功能和其安全功能的重要程度，將直接影響物項的安全級別。因此，安全分級的前提是識別物項執行的安全功能，以及分析失效對安全的影響程度，然后對不同安全等級的物項提出不同的設計、制造要求，用于指導物項的具體工作。

核電廠三大安全功能包括：安全停堆并維持安全停堆狀態（反應性控制）、停堆后堆芯排出余熱（余熱排出）、防止放射性物質進入環境（放射性包容）。物項執行的安全功能即是防止上述三大安全功能失效，這也是指導安全分級的核心思想，具體內容參照HAD102/03《用于沸水堆、壓水堆和壓力管式反應堆的安全功能和部件分級》安全功能章節。

2 EPR安全分級

為保證核電廠三大安全功能的有效執行，EPR核電廠安全分級設計時考慮了在放射性物質與外部環境間增加屏障，用以包容放射性物質，如一回路壓力邊界，雙層安全殼設計等。同時，考慮一定事故工況下，通過安全相關系統動作減緩事故的影響，限制放射性物質釋放，如安全注入系統、安全殼噴淋系統等。因此，EPR核電廠安全分級設計上主要考慮兩類：一類是機組各種運行工況下包容放射性物質，保護公眾和環境的屏障功能；另一類是事故發生后起到減緩事故影響，限制事故后放射性物質釋放的緩解功能。

2.1 屏障功能

EPR核電廠屏障功能主要用于指導機械分級，包括機械設備安全分級和機械承壓設備分級,與系統、電氣設備和儀控設備分級無關，即通過機械分級保證屏障功能。EPR核電廠機械設備安全分級包括：M1-組成一回路系統的全部機械設備；M2-與一回路連接，運行時不強制要求保證包殼完整性的機械設備，但包括安全殼貫穿件；M3-除M1、M2外其他參與包容放射性的機械設備。法國ESPN法令根據承壓設備包容流體的性質，規定機械承壓設備分級，包括：N1-指一回路和二回路部分；N2-指包容放射性活度370000MBq以上的機械設備；N3-指包容放射性活度370MBq-370000MBq之間的機械設備。從設備本身而言，機械設備安全分級和機械承壓設備分級存在部分重疊。

EPR核電廠利用機械分級確定設備的質量分級，包括Q1、Q2、Q3、NC。機械設備的設計、制造、質保等采用的標準規范，都與質量分級有關，質量分級不同采用的標準規范也不同。質量分級與應用標準規范的對應關系見表1。

表1 質量分級與應用標準的關系

2.2 緩解功能

EPR核電廠考慮事故緩解功能時，將安全功能分級從安全分級設計中獨立出來，依據安全功能在事故處理過程中的重要性劃分不同等級。需要指出的是，對于一個系統而言，它可能執行多個功能，因此劃分安全功能分級時應指明系統中每一部分的級別。表2是緩解功能下的安全分級體系。

表2 安全分級

系統執行F1A功能時，要求事故發生較短時間內核電廠就做出正確響應，未留給操作員響應時間，因而執行F1A功能優先由系統自發完成。當核電廠已經處于可控并在一定時間內維持穩定狀態時，且操作員有足夠的時間判斷和手動操作，此可定義為F1B功能。系統執行F2功能時，不需對設備進行實體隔離，不強制要求抗震設計和提供應急電源。核電廠系統是由一系列機械、電氣和儀控設備構成，系統執行何種功能都是通過這些設備來實現。因此，機械、電氣和儀控設備安全分級與系統安全分級存在必然的對應關系，具體可見表2。對于機械設備，只要參與包容放射性（M1/M2/M3）,系統肯定執行F1功能，但執行F2功能時，機械設備安全分級無強制要求。電氣設備安全分級EE1為保證F1功能順利實現，EE2則是保證F2功能實現，儀控設備安全分級與之類似。

3 EPR與CPR安全分級比較

CPR設備安全分級主要分為兩個部分，包括機械設備安全分級、電氣儀控設備安全分級，其中機械設備安全分級又分為承壓機械設備與非承壓機械設備安全分級。按照《法國核電設計標準》規定，承壓機械設備按照其功能失效對故障的影響程度，劃分為安全1級，安全2級，安全3級和非安全級。非承壓機械設備分為安全相關級和非安全相關級。電氣儀控設備按其在事故后承擔的任務分為安全級（1E）和非安全級（NC）。

EPR是在傳統二代和二代加機組技術基礎上，吸收壓水堆設計、建造和運行經驗反饋，按照EUR要求開發的第三代壓水堆機組。因此，EPR繼承了CPR分級體系，兩者的原理和方法基本類似，但EPR增加了EUR要求，相比于CPR其安全分級更加細致，更加深入。EPR根據機械設備的安全分級和承壓設備分級確定設備的質量等級，用于指導設計、制造等活動。但CPR無此項定義。EPR區分電氣、儀控設備，劃分級別也不同，但CPR將兩者統一考慮。EPR強調安全功能分級，但CPR沒有獨立定義的安全功能分級。對于構筑物的安全分級，EPR和CPR則沒有本質區別。

4 EPR核安全分級

核安全分級是進口民用核安全設備監督管理重要工作之一，也是困擾安檢人員的難題。目前，CPR機組安全分級體系成熟，且與核安全監管部門的安全分級體系匹配，安檢相關人員通過簡單判定即可確定監管設備的核安全級別。但EPR屬于新機組，且安全分級體系復雜，不為核電從業人員和監管部門所熟知，核安全級別劃分困難，甚至存在劃分錯誤的風險。

4.1 核安全分級方法

前文研究了EPR核電廠安全分級體系，可知安全分級主要由屏障功能引出的質量分級和緩解功能引出的安全功能分級組成。因此，EPR核安全分級的首要工作即是確定設備的質量分級和安全功能分級。

（1）質量分級和安全功能分級。一般而言，核電廠設備都有一個獨立的標簽，包含設備屬于的機組、系統、位置、代碼等信息，此獨立標簽就是設備的功能位置碼。通過功能位置碼中的功能碼可以方便查找設備所在的系統，然后依據系統查詢設計文件和EPR設備分級清單，可以確定設備的質量分級和安全功能分級。對于一些大量采購且將來可用于互換的閥門，如小型球閥、隔膜閥，并沒有功能位置碼，但設計時制定了閥門特征碼（簡稱VSN）。VSN涵蓋閥門的類型、口徑、壁厚、安全功能分級、質量分級、電裝類型等信息。依據VSN提供的信息也可方便確定閥門的質量分級和安全功能分級。但有些大宗材料如管道和管配件、電纜等，設計時僅提出材質、尺寸、型號等要求，未特別指定使用場所，因此沒有功能位置碼，也沒有類似閥門的特征碼，對于此類物項可通過技術文件獲取安全分級信息。

（2）核安全分級。EPR安全分級體系雖傳承于CPR，但兩者之間仍存在差異，且與核安全監管部門發布的導則HAD102/03也不能完全匹配。為了便于開展進口民用核安全設備監督管理工作，必須將EPR安全分級體系和HAD102/03進行對比，找出兩者之間的對應關系。按照核安全分級定義，EPR機械設備核安全分級可由質量分級和安全功能分級初步確定，其中質量分級取機械設備安全分級（M級）和機械承壓設備分級（N級）中的最大值，例如某設備機械和承壓設備分級分別是M2、N3，則質量分級為Q2。然后對照HAD102/03分級規定，最終判定設備的核安全分級。電氣設備僅EE1為核安全級，EE2為非核安全級。儀控設備E1（E1A和E1B）為核安全級，E2為非核安全級。

下面是核安全分級情況舉例：①核安全1級包括組成反應堆冷卻劑系統壓力邊界的部件（不包括名義管徑小于10mm連接管線），包括壓力容器、蒸汽發生器（一次側）、主管道和延伸到并包括第二個隔離閥的連接管線、主泵、穩壓器等。②核安全2級主要指反應堆冷卻劑系統壓力邊界部件中不屬于核1級的部件，如安全注入系統、安全殼噴淋系統、余熱排出系統和安全殼內的應急和正常給水系統中延伸到并包括最外面的安全橋隔離閥部分、蒸汽發生器二次側和延伸到并包括閥門的蒸汽管線等。③核安全3級主要指屬于安全2、3的冷卻系統和乏燃料池冷卻系統，如安全殼外的應急給水系統、硼酸補給系統等。

確定為核安全2級設備的質量等級至少為Q2，甚至Q1，但質量分級Q2不一定確定為核安全2級。核安全1級設備的質量分級必定為Q1，安全功能分級為F1A。還有一些如安全分級（F2，Q3）、（F2，EE2）的設備應確定為非核級，而安全分級（F2，Q2）、（F2，EE1）確定為核級，具體核安全分級還應對照HAD102/03的規定綜合確定。有些不直接執行安全功能的設備或部件，需優先確定其“寄主”的核安全分級，如閥門電動頭、管道支承件。閥門電動頭的核安全分級應由電動頭的電氣安全分級、閥門安全功能分級中的完整性共同決定（安全功能分級有兩方面要求，分別是完整性和運行性），管道支承件重點考慮管道的核安全級別。

4.2 核安全分級應用

核安全分級關乎設備設計、制造、質保等，與核電廠的安全密不可分。因此，核安全分級是核安全監管部門重點關注對象，一切監督管理活動都是以核安全分級為基礎。

（1）注冊登記。擬從事民用核安全設備設計、制造、安裝和無損檢測活動的，應當按照活動種類、設備類別和核安全級別到核安全監管部門申請注冊登記。注冊登記活動是核安全設備監督管理重要內容之一，也是境外單位向我國境內核電廠提供活動的前提條件。禁止無注冊登記確認書或者不按照注冊登記確認書規定的活動種類和范圍從事民用核安全設備設計、制造、安裝和無損檢測活動。境外單位如需向我國境內核電廠供貨核安全設備，應事先向核安全監管部門申請注冊，注冊級別必須遵從前文核安全分級方法。

（2）監造、驗收。核安全設備監造、驗收是保證設備質量重要屏障之一，其與核安全分級密切相關。對于監造而言，核安全1級機械設備，應對每臺設備制造關鍵質量控制點進行現場見證，合格后簽點釋放。對于數量較多的核安全1級機械設備，如管道、管配件、支承件，選點見證的設備數量不低于該批次設備總量的30%。核安全2、3級機械設備及核安全電氣和儀控設備，選點見證的設備數量不低于該批次設備總量的20%。設備制造關鍵工藝環節質量控制點原則上不允許放棄，如存在特殊情況放棄這些控制點，應制定合理可行的補充措施進行驗證。

驗收（特指出廠驗收）是檢驗設備質量的重要環節之一，應根據審查合格的規范、標準、技術規格書等文件實施驗收工作。依據設備核安全級別決定驗收見證比例，與監造要求一致。當檢查發現質量問題時應加倍擴大抽檢比例，仍發現問題，則100%驗收檢查。

（3）安全檢驗。安全檢驗是進口民用核安全設備監管重要事項，是《核安全法》規定的內容。因此，核安全監管部門和核設施營運單位都很重視此項工作。為了規范安全檢驗工作，提高工作效率，核安全監管部門制定了一系列管理文件和細則。核設施營運單位也依據法規、條例等出版了相應的程序文件，用于指導進口民用核安全設備安全檢驗管理工作，保證安全檢驗流程符合國家核安全監督管理相關要求。

安全檢驗審查內容至少包括如下：供貨商及分供方注冊登記確認書的有效性（范圍、時限、場所等）；質量計劃及制造過程質量控制情況；過程檢驗和出廠試驗完成情況；分包管理與核安全管理要求的符合性；設備監造、監裝、裝運前檢驗和驗收完成情況及發現問題的處理情況等等，上述審查內容都與確定的核安全級別對應，不同的核安全級別，依據的標準、規范、技術規格書也不一樣。

5 結語

我國核電機組的安全分級體系并沒有完全統一，各技術路線安全分級體系雖有聯系，但仍各成一派，尤其是EPR安全分級體系復雜，不為核電從業人員熟知。本文從EPR安全分級目的出發，分析執行安全的屏障功能和緩解功能，通過EPR與CPR安全分級的比較，對EPR核安全分級進行研究，并結合事例介紹核安全分級的應用，以期滿足核安全相關人員的需求，尤其是幫助核安全設備安全檢驗人員解決分級困惑。同時，依據統一的安全分級體系指導核電設備的設計、制造、試驗等活動，不僅能提高核電廠的安全性和經濟性，還可以加快我國核電工業標準化、自主化進程。