核電廠老化管理大綱及其要素

陶 革，高 軒，趙傳禮，陶 鈞，馬回明

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

截至2020 年12 月，全世界在運的各種類型的商用核電廠數量已達443 座，總裝機容量達393.335 GW，另有在建核電廠52 座。隨著核電運營機組數量的日益增加，核電在帶來高效經濟的綠色能源的同時，其安全穩定運行也越來越受關注。隨著運行年限的增加，核電廠的系統、構筑物和部件也不可避免地出現老化，其設計規定的可靠性和安全裕度可能會因老化而逐漸降低；核電廠必須對安全重要的系統構筑物和部件的老化進行有效管理，以確保核電廠在整個服役期間（包括延壽運行期間）都能保有足夠的安全裕度。開發并實施有效的老化管理大綱是進行核電廠老化管理工作的重要方法之一。如何編制一份有效的老化管理大綱，或者說一份有效的老化管理大綱應該具有哪些核心要素是核電領域高度關注并廣泛研究的問題。本文對目前國際上認可的，并得到廣泛應用的兩種老化管理大綱體系進行了詳細的分析和介紹，并對兩個老化管理大綱體系的要素內容進行了比較和說明，可為國內核電廠老化管理大綱的編制和審查提供參考和支持。

1 老化管理大綱

1.1 目的及范圍

隨著運行年限的增加，核電廠的系統、構筑物和部件（Systems， Structures， and Components）也不可避免地會出現老化現象；若不對安全重要SSCs 的老化進行有效管理，則電廠的可靠性和安全裕度就可能會因老化而受到影響。

電廠的老化管理，是為把系統、構筑物或部件的老化劣化控制在可接受的限值內而采取的工程、運行和維護行動。通過實施有效的老化管理，核電廠可確保在整個服役期間（包括延壽運行期間）都能保有足夠的安全裕度，同時還可以有效地保證和提高電廠的出力水平。核行業多年來的實踐證明，對識別出的顯著影響電廠安全和/或經濟性的老化效應進行管理的最有效的方法之一，就是通過老化管理大綱（Aging Management Program）的方式來進行規范化的老化管理。老化管理的范圍通常包括安全相關的SSCs、部分非安全相關的SSCs（它們失效時會影響安全相關SSCs 實現其預期功能）、針對某些特定事件的SSCs，還可以包括電廠要求的、影響發電的SSCs。

1.2 分類

老化管理大綱是核電廠進行老化管理的主要程序文件之一，通常可分為四種類型：預防性大綱、緩解性大綱、狀態監測大綱和性能監測大綱。預防性大綱主要是用于阻止老化效應的發生（如用于防止容器類設備外部腐蝕的涂層大綱），緩解性大綱則用于盡可能地降低老化降質速率（如緩解管道內部腐蝕的化學管理大綱），狀態監測大綱則主要用于對已出現的老化降質及劣化程度進行檢查和監測（如用于對侵蝕/腐蝕導致的管道壁厚減薄進行檢查和監測的超聲檢查大綱），性能監測大綱用于監測構筑物和設備執行預期功能的能力（如對熱交換器進行熱平衡計算、驗證熱交換器熱交換性能的大綱）。構筑物或設備的老化管理，可能是通過單個的管理大綱進行管理，也可能是通過多個老化管理大綱協同進行管理。

1.3 要素

不論采用哪種管理方式，為確保老化管理的有效性，某些要素是老化管理大綱中必須包含的、必不可少的要素，這些必須包含的、必不可少的要素通常被稱為老化管理大綱的基本要素。經過多年的研究、實踐、反饋改進和驗證，老化管理大綱的大綱要素也趨于標準化，常見的大綱要素包括：老化管理大綱的范圍、緩解/阻止老化效應的預防性措施、老化效應的探測、需進行監測/檢查的與SSCs 預期功能劣化有關的參數、老化效應的監測和趨勢跟蹤/分析、驗收準則、糾正措施、驗證過程、審查和批準流程、運行和研發的經驗反饋等。

2 國際認可的老化管理大綱體系

目前，國際上普遍認可的老化管理大綱體系有兩類：國際原子能機構（International Atomic Energy Agency）的老化管理大綱9 要素體系和美國核管會（Nuclear Regulatory commission）認可的老化管理大綱10 要素體系。這兩種老化管理大綱體系在核行業都得到了廣泛的應用，但因其大綱要素數量和要素條目不同，在實際應用中往往給電廠老化管理大綱的開發者造成疑惑和不解。以下內容將對兩個不同的老化管理大綱體系進行詳細的分析和介紹，并對這兩個老化管理大綱體系中的要素內容進行比較。

2.1 IAEA 老化管理大綱9 要素體系

2.1.1 IAEA 老化管理的范圍

早在19 世紀80 年代，IAEA 已開始組織成員國開展對老化認知和老化管理方法的研究，并出版了一系列的有關核電廠老化相關的技術指南、專項研究報告，以幫助成員國的監管當局以及核電廠了解安全重要的SSCs 的老化并建立起一套有效的老化管理方法。IAEA 要求老化管理應考慮包括組織機構、數據收集和保存、老化管理范圍界定、老化管理審查、老化管理大綱開發和實施、時限老化分析、老化管理活動的記錄等多方面的內容，并采用德氏PDCA 循環（Plan-Do-Check-Act，即計劃-實施-檢查-行動）的方法來進行系統化的老化管理（見圖1）。

圖1 系統化的老化管理Fig.1 Systematic approach to aging management

根據IAEA 安全導則SSG-48《核電廠老化管理和支持長周期運行大綱的開發》［1］，老化管理的范圍應包括：

（1）履行以下基本安全功能所必需的安全重要的SSCs：反應性控制；從反應堆和燃料存儲池中導出熱量；限制放射性物質、屏蔽輻射、有計劃的放射性排放控制、限制意外的放射性釋放。

（2）其他SSCs，若發生故障可能會阻止安全重要的SSCs 實現其預期功能。例如，來自旋轉機械的飛射物沖擊；起重設備故障；水淹；高能管線破裂；液體泄漏（如來自管道或其他壓力邊界部件）。

（3）在安全分析（包括確定性和概率性）中被引用的、具有應對特定事件功能的其他SSCs，或國家監管要求的其他SSCs。例如，應對內部事件（如內部火災和內部水淹）所需的SSCs；應對外部危險（如極端天氣、地震、海嘯、外部水淹、龍卷風和外部火災）所需的SSCs；應對特定的事件（如承壓熱沖擊、未緊急停堆的預期瞬態和全廠斷電）所需的SSCs；處理設計擴展工況或緩解嚴重事故后果的SSCs。

2.1.2 IAEA 老化管理大綱的9 要素

為了對影響構筑物/部件預期功能的老化效應進行有效管理，電廠應建立有效的老化管理大綱，確保構筑物/部件的預期功能能夠滿足當前執照基準的要求。按照IAEA 安全導則SSG-48，一份有效管理老化效應的老化管理大綱應當包含以下9 個要素：基于老化認知的老化管理大綱范圍、緩解和控制老化效應的預防性措施、老化效應的探測、老化效應的監測和趨勢跟蹤、老化效應的緩解、驗收準則、糾正措施、運行經驗及研發結果的反饋、質量管理。

（1）基于老化認知的老化管理大綱范圍

老化管理的范圍包括對構筑物/構件和部件的管理。老化管理應基于對老化的認知（包括主要降質機理、敏感部位）；全面理解構筑物和部件的老化效應、降質機理以及它們如何影響SSCs 的預期功能，是實施系統化老化管理的先決條件。老化認知應基于以下幾個方面：①設計，包括SSCs 的預期功能和適用的法規要求、規范和標準、設計基準和設計文件（含安全分析）；②SSCs 的制造，包括材料特性、可能會對老化產生影響的制造狀況及服役狀況；③SSCs 運行和維護歷史，包括調試、運行瞬態和事件、功率提升、變更和更換；④作用在構筑物或部件上的應力（包括構筑物或部件的荷載以及構筑物或部件內/外部的環境狀況）；⑤在役檢查和監督檢查的結果；⑥運行經驗、研發結果以及服役后的檢查結果；⑦巡檢結果、檢查和狀態評估的結果（如有）；⑧時限老化分析的評估結果。

（2）緩解及控制老化效應的預防性措施

應明確需要采取的預防性措施，確定需要保持的服役狀況（即環境狀況和運行狀況）以及減緩構筑物和部件潛在降質的運行操作。

（3）老化效應的探測

應包括需監測和檢查的參數，以及能在構筑物或部件失效前及時探測出老化效應的有效技術（檢查、測試和監測方法）。

（4）老化效應的監測和趨勢跟蹤

包括明確需要監測的構筑物或部件的狀態指標和參數、收集用于構筑物和部件老化評估的數據、確定所需采用的評估方法（包括數據分析和趨勢跟蹤和預測）。

（5）老化效應的緩解

確定用于緩解老化效應和/或降質的運行、維修和更換活動等。

（6）驗收準則

對于涉及是否需要采取糾正行動的判定準則，應予以評估。

（7）糾正措施

明確構筑物或部件不滿足驗收準則時所需采取的糾正措施。

（8）運行經驗及研發結果的反饋

建立對運行經驗和研發結果進行及時反饋的機制，并提供所反饋內容（如果適用）已在老化管理大綱中予以考慮的客觀證據。

（9）質量管理

質量管理的內容包括：老化管理大綱的實施和所采取行動的記錄管理控制、用于老化管理大綱評估和改進的指標、驗證預防性措施的充分性和適當性、確認所有的糾正措施都已得到落實且有效、應遵循的記錄保存要求等。

2.2 美國老化管理大綱10 要素體系

2.2.1 美國老化管理大綱的范圍

美國對老化管理大綱要素的要求，來自NRC 頒布的技術文件NRGEG-1801《核電廠通用老化管理經驗報告》［Generic Aging Lessons Learned （GALL） Report，GALL 報告］［2］，這是一份用于指導核電廠執照更新申請審查的技術文件。NRC 人員會依據GALL 報告中所要求的10 個老化管理大綱要素來審查申請執照更新的電廠的老化管理大綱的充分性［3，4］。

GALL 報告中的老化管理大綱，主要是針對電廠執照更新范圍內的系統、構筑物和設備（SSCs），其范圍包括：

（1）在設計基準事件過程中或之后需保持下述功能的安全相關SSCs：保持反應堆冷卻劑壓力邊界的完整性；完成停堆并維持反應堆處于安全停堆狀態；防止或緩解可能造成廠外照射的事故后果。

（2）非安全相關的系統、構筑物和部件，若其發生故障會影響上述（1）中所要求的功能順利執行。

（3）與滿足特定法規所要求的功能有關的SSCs。這些法規要求的功能包括消防、環境鑒定、承壓熱沖擊、未能緊急停堆的預期瞬態。

2.2.2 美國老化管理大綱的10 要素

美國老化管理大綱中的大綱要素共計有10項：大綱范圍、預防性措施、監測/檢查參數、老化效應探測、監測及趨勢、驗收準則、糾正措施、驗證確認、管理控制、運行經驗。

（1）大綱范圍

老化管理大綱的管理范圍參見3.1 節內容。需要關注的是，老化管理大綱的管理對象是執照更新范圍內的非能動、長壽命的構筑物和部件，不包括能動的、短壽命的構筑物和部件（非能動是指在執行預期功能時沒有活動的部件，或結構、特性不發生變化的SSCs；長壽命是指不基于鑒定壽命或規定的時間周期進行更換的SSCs）。

（2）預防措施

老化管理大綱應對所采取的措施進行說明，這些措施應能夠緩解或預防老化引起的降質。

（3）監測/檢查參數

所選取的監測或檢查參數應與構筑物或部件的預期功能降質相關聯。例如，通過狀態監測大綱中的監/檢測參數，電廠應可探測老化效應的現狀及程度；通過對預防或緩解大綱中特定參數的監測來預防或緩解老化效應（如水化學大綱通過控制冷卻劑中的氧含量來緩解管道破裂）。

（4）老化效應的探測

老化效應的探測必須在構筑物和部件的預期功能受損前進行，以確保大綱范圍內構筑物和部件的預期功能仍能實現。老化效應的探測包括探測方法和探測技術（如目視、體積測量、表面檢查）、檢查頻率、樣品范圍大小、數據收集以及為探測老化效應而實施檢查的時機。此外，大綱中還需明確數據的收集要求（何時、何地、如何收集大綱所要求的數據）。

（5）監測及趨勢

應能提供可預測的降質程度，并及時給出所需的糾正或緩解措施。本要素還包括如何評估收集到的數據，以及如何對收集到的數據進行前瞻性的趨勢預測。

（6）驗收準則

對涉及是否需要采取糾正行動的判定準則應予以評估，確保在延壽運行期間的各種當前執照基準設計工況下，構筑物和部件的預期功能都能得到保持。

（7）糾正措施

應及時采取糾正措施（包括確定根本原因和防止不利情況的再次發生）。

（8）驗證確認

確保預防性措施是充分的，相關的糾正措施都已得到實施且有效。

（9）管理控制

應設定正式的審查和批準流程。任何用于管理執照更新期間老化效應的大綱都應當采取管理控制。

（10）運行經驗

老化管理活動相關的運行經驗（包括過去的糾正行動所導致的大綱升版或所產生的新大綱或活動），應能提供客觀證據以證明老化效應得到了充分的管理，在電廠運行許可證延續期間構筑物和部件的預期功能將會得以保持。

應依據經驗反饋結果確認當前老化管理大綱的有效性，對發現的大綱弱項進行加強或編制新的老化管理大綱。

2.3 兩種大綱體系的比較

2.3.1 大綱要素比較

圖2 是IAEA 和美國老化管理大綱的要素關聯圖。結合前文對IAEA 和美國老化管理大綱的要素解析可以看出：從技術層面上，IAEA老化管理大綱9 要素和美國老化管理大綱10要素的要素內容與要求是基本一致的，只是所用的要素術語以及要素的歸類方法略有不同（如IAEA 老化管理大綱的要素“9.質量管理”的要求，就包含了美國老化管理大綱的要素“8.驗證”和要素“9.管理控制”的要求）。

圖2 IAEA 與美國老化管理大綱的要素關聯Fig.2 Relationship between the elements of IAEA and US Aging Management Program

2.3.2 管理對象比較

兩類大綱的管理對象存在一定的差異。IAEA 老化管理大綱的管理對象包括了能動和非能動的設備和部件，而美國老化管理大綱的管理對象僅為非能動、長壽命的設備和部件。這是因為：

（1）美國是世界上開發核電比較早的國家之一，形成了一套自己的較為健全的核電標準和法規體系。美國核電廠的首次運行執照期限一般為40 年，在首次運行執照到期前電廠可向NRC 提交運行執照期滿后的繼續運行許可申請，經NRC 審查批準后會更新電廠的運行執照（該過程在美國被稱為運行執照更新［5］，更新的運行執照期間限為20 年，更新次數沒有限制）。在美國，對能動、短壽命的SSCs 的老化管理，是依據美國維修法規10 CF 50.65（Requirements for monitoring the effectiveness of maintenance at nuclear power plants，簡稱MR 或維修法規）［6］通過實施有效的預防性維修活動來實現的。電廠首次執照運行期間，維修法規就已開始實施并持續進行，NRC 也會對電廠維修法規的實施情況進行持續的監督和檢查。可見，由于那些能動、短壽命的SSCs 的老化在電廠運行期間已經得到了有效管理和監督，故電廠在進行運行執照更新申請時，就無須再對能動、短壽命的構筑物和部件進行重復性的審查。因此在與執照更新相關的GALL 報告中，老化管理大綱管理對象的范圍也就僅限于關注執照更新審查范圍內的非能動、長壽命的構筑物和部件。

（2）鑒于各成員國法規體系和國情的不同，作為國際組織的IAEA 要盡可能多地考慮其法規文件在各成員國的普適性，故此IAEA 在確定老化管理大綱的管理范圍時，包括能動和非能動、長壽命和短壽命的構筑物和部件。另外，IAEA 在參考美國GALL 報告的基礎上，于2014 年發布了IGALL 報告，即《國際通用老化經驗反饋報告》（International Generic Ageing Lessons Learned GALL-Guideline，簡稱IGALL導則）［7］。對于IAEA 頒布的標準和導則文件，各成員國可以根據自己的國情和法規要求進行參考或引用。

可見，兩類大綱管理對象的差異是由于二者的體系不同和受國情因素影響導致的，但就這些差異并不影響老化管理大綱的整體要素要求。

3 我國核電廠的老化管理大綱

我國核電起步較晚，但是發展較快。截至2021 年底，我國大陸已經投入商業運行的核電機組有53 臺，在建機組有16 臺；與此同時，以秦山一期為代表的我國首批核電機組也已安全運行了超過30 年，如何有效實施電廠設備的老化管理也成為國內核電廠安全運行和運行許可證延續重點關注的問題。

3.1 國內監管體系及要求

我國的核安全監管法規體系是參照IAEA體系制定的，不少已頒布的核安全法規/導則文件都參考了相應的IAEA 文件。2012 年頒布的我國核電廠老化管理導則文件HAD 103/12《核動力廠老化管理》也參考了相應的IAEA 導則，該導則要求核電廠開展主動的（有預見性和有針對性的）老化管理，老化管理應貫穿于核動力廠的整個壽期。對于電廠運行期間的老化管理，該導則還明確要求所有老化管理大綱都應具有以下基本要素內容：基于老化認知的老化管理大綱的范圍、緩解和控制老化劣化的預防性措施、老化效應的探測、老化效應的監測和劣化趨勢預測、老化效應的緩解、驗收準則、糾正行動、運行經驗和研發結果反饋、質量管理。可見，HAD 103/12《核動力廠老化管理》對老化管理大綱的要素要求就是IAEA 大綱體系中的9 要素要求。

3.2 國內電廠的老化管理大綱現狀

雖然HAD 103/12《核動力廠老化管理》明確給出了老化管理大綱應包含的9 個基本要素，但因認知原因以及缺少監管當局認可的老化管理大綱范本（包括缺少來自IAEA 的老化管理大綱范本），如何編制一份符合HAD 103/12《核動力廠老化管理》要求的老化管理大綱仍然一直困擾著國內核電廠。各電廠都有自己的管理老化的大綱/程序文件，但卻少有能真正滿足HAD 103/12《核動力廠老化管理》要求的老化管理大綱。

3.3 國內開發和實施老化管理大綱的良好實踐

秦山核電廠1#機組是我國自主設計、建造和運行管理的第一臺核電機組，在安全穩定運行30 年后，于2021 年又獲得了運行許可證延續許可，成為中國大陸首臺成功實施運行許可證有效期限延續的核電機組。目前我國與運行許可證延續有關的法規、導則和標準尚處于制定和完善的過程中，因而秦山核電廠1#機組運行許可證延續所采用的技術路線是：依據我國核安全局頒發的《〈核電廠運行許可證〉有效期限延續的技術政策（試行）》并參考美國執照更新法規體系和實踐經驗。

在美國執照更新體系中，GALL 報告屬于“核電廠執照更新申請的標準審查大綱”［NUREG-1800，Standard Review Plan for Review of License Renewal Applications for Nuclear Power Plants”（SRP-LR）］的基準文件，可為美國NRC人員對電廠運行執照更新申請的審查提供指導；同時，GALL 報告還提供了55 份被NRC 認可的、用于管理執照更新范圍內SSCs 老化效應的老化管理大綱。對于電廠管理特定老化效應的AMP 的審查，可以通過審查其與GALL 報告中對應的AMP 的一致性（需要對大綱10 要素逐一進行審查）來進行，從而證明電廠管理特定老化效應的老化管理大綱是充分的，足以對電廠執照更新期間的老化效應進行有效管理。

在秦山核電廠1#機組的執照更新安全評估活動中也參考并借鑒了該方法。為便于充分利用美國GALL 報告完成電廠老化管理大綱的審查，秦山核電廠首先對已有的老化管理大綱進行了收集整理并按照10 要素的要求進行了格式轉換，然后對比GALL 報告中的AMP 進行一致性審查，最終根據審查結果對電廠的老化管理大綱進行相應的修訂（必要時開發新的老化管理大綱）。此時電廠得到的最新版老化管理大綱已屬于滿足10 要素體系的老化管理大綱。考慮到我國現行法規體系對老化管理大綱的具體要求以及便于今后國家監管部門對老化管理大綱的審查，秦山核電廠又按照美國老化管理大綱體系和IAEA 老化管理大綱體系的要素對應及關聯關系，成功地把經過有效性評估的10 要素體系老化管理大綱轉換成了符合HAD 103/12《核動力廠老化管理》要求的9 要素體系老化管理大綱，并在電廠正式發布實施。

4 結論

開發并實施有效的老化管理大綱是核電廠進行老化管理的重要方式，一份有效的老化管理大綱必須包含的要素有：老化管理大綱的范圍、緩解/阻止老化效應的預防性措施、老化效應的探測、需進行監測/檢查的與構筑物和部件預期功能劣化有關的參數、老化效應的監測和趨勢跟蹤/分析、驗收準則、糾正措施、驗證過程、審查和批準流程、運行和研發的經驗反饋等。另外，在對老化管理大綱進行審查和評估時，也需要對大綱要素進行逐一評估，以判斷老化管理大綱對老化效應的管理是否充分、有效；如果發現大綱存在弱項，則必須對弱項進行糾正和補強，必要時可以開發新的老化管理大綱。

雖然IAEA 與美國的老化管理大綱在要素名稱和歸類方法上略有不同，但本質上二者對大綱要素的要求是一致的（管理對象除外）；按照IAEA 要求的9 要素開發老化管理大綱或按照美國的10 要素開發老化管理大綱，都能達到同樣的效果。各國核電廠可根據自己國家核電法規的具體要求和電廠情況，選擇是采用9 要素還是10 要素來編制和管理電廠的老化管理大綱。鑒于我國核安全導則HAD 103/12《核動力廠老化管理》是按照大綱9 要素來要求的［8］，國內核電廠可按照9 要素的原則來編制、實施、審查和評估老化管理大綱。