商品級物項轉化在中國核電領域中的應用

宋祉霖 楊 洋 曲昌明 張 衛

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

由于核電的特殊性，核電站安全相關物項的使用受到嚴格的監管。核安全相關物項的供貨商，需要按照核行業要求的法律法規申請領取許可證，建立健全的管理制度和完善的質量保證體系，取得、維持核級質保體系需要的成本很高。

20世紀70年代，美國在建核電站數量減少，導致核級設備的訂單大幅減少，很多原有的核級設備供貨商不再花費高昂的代價來滿足美國聯邦法規10CRF50附錄B質保大綱的要求，從而導致在役運行核電站在更換老化或者有缺陷的零部件時無處采購產品，缺少滿足法律法規要求的合格核級供貨商。為了保證核電廠的正常運行，可以采購到與安全相關的零部件產品，美國核電行業開發了“商品級物項轉化（Commercial Grade Dedication，CGD）”的管理流程。目前，美國已建立的CGD 標準體系涵蓋了法規&指令、導則、基礎標準和執行標準4個層次，自上而下地形成了一個較為完善、具備可操作性的標準體系框架。

近年來，隨著中國核電建設步伐的不斷加大，國內也開始出現執行安全功能的核級零部件難以在市場上找到滿足法律法規要求的核級供貨商的情況。該文通過對商品級物項轉化過程及應用實例的分析，為解決國內缺乏核級供貨商的問題提供參考。

1 商品級物項

基本部件（basic component）是執行以下安全功能的構筑物、系統、部件或零件：1）保證一回路壓力邊界的完整。2）執行反應堆停堆并使其處于安全停堆狀態。3）預防和緩解在事故狀態下向場外釋放放射性物質，該部件的設計和制造應滿足10 CRF 50 附錄B的要求。

商品級物項（Commercial grade item，CGI）是指該物項執行安全相關功能，但沒有按照基本部件的要求進行設計和制造。同時，該物項必須滿足以下3個要求：1）該物項沒有按照核電行業中規格書的要求進行設計和制造；2）該物項也應用于其他行業中。3）根據供貨商已有的產品目錄進行采購。

2 商品級物項轉化

商品級物項轉化（CGD）：一個被認可的流程，采用該流程來保證一個用于安全功能的商品級物項執行其所需要的安全功能。該物項等同于一個按照10 CRF 50 附錄B的要求進行設計和制造的物項。

CGD是在采購方確定要進行核級物項采購但是存在困難時的一種采購管理方法，其關鍵工作有2項內容：技術評估過程和檢驗驗收過程，如圖1所示。通過技術評估過程確定關鍵特性，再根據物項特性選擇檢驗驗收方法并實施。

圖1 CGD關鍵工作

2.1 技術評估過程

技術評估過程包括3種：等同物項采購、替代物項采購以及新物項采購，如圖2所示。通過技術評估過程可以明確物項的準確采購技術和質量要求，并在采購文件中明確。1）等同物項采購是最簡單的一種技術評估，采購方根據原供貨商（已經不再持有核級質保資質）提供的有關信息，確定供貨商沒有對物項設計進行改動。在該基礎上，技術評估的重點是原設備廠家的原始設計，通常僅需要識別其零件號碼和物項描述就可以評估。2）對不能采購原始物項或等同物項、原始物項的技術或質保要求不明確、供貨商改變了物項設計的情況，要進行詳細的等效技術評估，進行替代物項采購。技術評估由采購方進行控制：1）評估所采購物項的接口、互換性、安全性、安裝尺寸和功能等方面與原物項是否等效。2）評估其設計和制造過程適用的法律、法規是否符合要求。3）當設計改進或新建核電站需要通過商品化渠道采購某一新物項時，要進行新物項采購。首先從技術上確定商品級物項的設計能滿足執行安全功能的要求。技術評估將作為設計過程的一個重要部分，以確保合理的采購技術和質量要求被明確寫入采購文件中。

圖2 技術評估過程

3種物項采購方式都需要結合檢驗驗收過程進行必要的檢驗測試，確保物項的關鍵參數滿足要求。等同物項采購也不能缺少檢驗驗收的過程。

2.2 檢驗驗收過程

在對申請的物項進行技術評估后，結合物項的關鍵特性，在檢驗驗收過程中進行選擇，并形成詳細的過程記錄，如圖3所示。需要特別注意的是選擇合適的驗收方法之前，必須確認以下3個關鍵問題：1）確定物項是否執行安全功能。2）確定物項是否為商品級物項CGI。3）確定物項的關鍵特性。雖然這3個關鍵問題屬于檢驗驗收過程，但是也可以選擇在技術評估階段完成，采購方可以根據實際情況選擇“三個確認”的完成階段。

圖3 檢驗驗收過程

2.2.1 核安全功能和商品級物項

一般來說，從技術角度考慮，如果物項所屬的部件執行核安全功能，則默認該物項為需要執行的核安全功能，可以不再評估物項本身是否執行核安全功能。但是方便實施CGD，也可以參考供貨商的零部件圖、材料清單以及備品備件清單等，將部件進一步拆分、細化，評價每個組成物項是否執行核安全功能。以閥門為例，查閱供貨商總裝圖可知，閥門包括閥體、閥瓣、閥桿、閥蓋、填料以及中腔墊片等物項。根據EPRI NP-5652，如果閥門為非能動，且安全相關功能要保證壓力邊界的完整性，那么可以認為它的內部物項閥桿是非安全相關物項。

從技術角度考慮，物項分級只考慮是否執行核安全功能；從采購的角度考慮，要更進一步區分，將核安全相關物項分為基本部件、商品級物項。該過程可以有效地明確物項采購方向，有利于相似部件合并采購，增強相似部件的互換性，節約成本，提高核電站的經濟性。

2.2.2 關鍵特性

基于物項的用途和設計基準，每種物項都具有多種特性參數，基本可以分為3類：產品標識、物理特性以及性能特性。根據電廠物項替換報告NP-6406，將特性分為設計關鍵特性和驗收關鍵特性。為了確保替代物項能滿足設計功能要求，必須正確且全面地識別物項的設計特性參數。同時為了能夠完成驗收，要選取一些可確定、可測量檢驗的屬性或變量作為商品級物項的驗收關鍵特性。當某種替代物項的某特性確定為驗收關鍵特性后，則該特性必須進行驗證。

以閥桿為例[1]，通常設計關鍵特性包括尺寸、材料化學組分、材料等級、屈服強度、抗拉強度、斷面收縮率、硬度、表面光潔度以及構造。可驗收的關鍵特性包括構造、桿長、直徑、材料及級別、硬度。也就是說，驗收關鍵特性通常是設計關鍵特性的一個子集。

特別需要注意的是，對于有抗震要求以及溫壓、輻照等環境鑒定要求的商品級物項，要確保替代物項能滿足原來的鑒定條件，在選擇用于驗收的關鍵特性參數時，必須驗收這些特性。

除了根據設計基準文件確定關鍵特性外，還可以用故障模式影響分析來確定[2]。

2.2.3 驗收方法

執行安全功能的商品級物項具有一個或多個驗收關鍵特性來確保該物項與替代前的物項等效。例如零件號碼這個關鍵特性，在采用等同物項采購的情形下，通過零件號碼的識別和選擇正確驗收方法，就可以確保物項是可接受的。

目前一共有4種有條件認可的驗收方法，如圖3和表1所示[3]。每個關鍵特性參數都必須驗證，且使用至少一種驗收方法進行驗證。如果需要，同一種關鍵特性參數可能要用一種以上的驗收方法，以保證所接收的物項能滿足要求。驗收方法的選取要結合技術及經濟方面進行考慮。

表1 驗收方法選擇

2.3 CGD實際應用

在CGD實際應用過程中需要形成文件來記錄實施過程，做到有據可查。由于CGD通常在正常的采購過程之外，因此需要單獨配備一套完整的文件，可參考以下內容形成配套文件：1）明確技術要求和質量要求的采購文件。2）識別物項是否為CGI的過程文件。3）形成CGI清單文件。4）識別關鍵特性的過程文件及最終確定的關鍵特性。5）針對每一關鍵特性確定的驗收方法、驗收準則等。6）執行驗收，形成驗收報告。

3 CGD在我國的應用

根據EPRI NP-5652，在核電領域中采用了商品級物項轉化的典型物項包括螺栓、閥門填料法蘭以及閥桿等機械部件，也包括限位開關、電磁閥等儀控部件以及O型圈、非金屬膜片等非金屬物項。經查閱國內的相關文獻，中國核安全監管部門尚未認可核級設備商品級物項轉化的方法，但針對一些不屬于中國民用核安全設備目錄范圍內的部件，在無法采購到滿足法規要求核級產品的情況下，已經開始研究商品級物項轉化。

三門、海陽AP1000核電項目中，有些不屬于中國民用核安全設備監管范圍，但又設計為核級的物項，例如AP1000 環吊，采用了商品級物項轉化[4]。AP1000 環吊核級部件主要從美國采購，這些部件大部分屬于工業標準化產品，但由于核級質保體系的要求，很難找到符合要求的核級供貨商，因此，環吊有相當數量的核級機械和電氣部件運用了商品級物項轉化。

除了機械設備外，數字化設備也面臨同樣的問題。核電廠數字化儀表控制系統（DCS）面臨極大的國產化市場需求，但是DCS 中執行或影響安全功能所需要的大量零部件難以采購到滿足法規要求的核級產品，只能采用非核級供貨商的基于一般工業要求的非核級設備即商品級物項。目前，在田灣核電站5&6 號機組安全級DCS 的設計與供貨工作中已經成功地應用了CGD方法[2]。

目前我國只有國標GB/T 13629—2008《核電廠安全系統中數字計算機的適用準則》提及了CGD 相關概念。該標準簡述了商品級計算機的CGD 過程，但缺少詳細的實施指導；且該標準引用文件中未包含有相關CGD 執行標準，不具備可操作性[5]。因此，參考EPRI發布的相關標準來實施CGD 過程是當前我國核電行業的合理選擇。

此外，除了國內廠址建設的核電站，我國自主研發設計的核電站已經出口到世界上的許多國家，例如巴基斯坦、巴西等。受到出口限制，一些原供設備（閥門定位器等）無法出口，并且由于技術原因，因此國內、國外均找不到其他滿足要求的核級供貨商。技術的進步無法一蹴而就，核電建設不僅要考慮其技術性，還要保證經濟性，這就要求國內核電從業者探索一條適用于目前國際形勢的、解決出口受限問題的CGD流程。已經實施的思路為選擇不受出口限制的國外供貨商生產的商品級定位器，隨同所屬閥門一起進行試驗驗證，試驗包括基準試驗、正常老化試驗以及事故工況下的各項試驗等，驗證合格后，隨同閥門一起供貨。

4 結論

商品級物項轉化首先在美國提出，美國核管會（NRC）委托EPRI牽頭聯合了部分核電業主進行大量的研究，發布了一系列通過CGD將商品級物項引入核安全應用的法規、導則、標準及指導文件。目前，美國核電業主、供貨商都按照NRC的要求，對那些將使用在核安全相關領域的商品級物項進行CGD。美國核電業CGD的良好實踐經驗，具有很好的參考價值。

隨著中國核電建設的蓬勃發展，不論是現有核電站的設備老化、設計優化，還是新型核電站的建造，不論是自建還是出口核電站，都有可能遇到執行安全功能的部件找不到合適核級供貨商的情況。原核級供貨商退出核電市場、國際形勢導致供貨限制等情形的出現，將大大增加項目成本，延長項目周期，影響項目的經濟性。中國核電應參考美國CGD的經驗，結合中國核電行業現狀，開始著手建立國內CGD體系，為解決缺少合格核級供貨商的問題提供支持。