核級(jí)設(shè)備缺陷的分析和處理

李煥鳴等

【摘 要】國(guó)內(nèi)核電高速發(fā)展，但核電的發(fā)展必須是以安全為第一原則，大量新建機(jī)組的建立對(duì)核電廠的安全運(yùn)行提出了更嚴(yán)苛的要求。核電設(shè)備作為核安全屏障的主設(shè)備是決定核安全水平的關(guān)鍵因素。我國(guó)已建立全面完整的核電規(guī)范和技術(shù)體系，但是涉及設(shè)備維修的章節(jié)還是以確定設(shè)備維修策略為主，在工程實(shí)踐中更多依靠設(shè)計(jì)體系中的在役檢查規(guī)范。

【關(guān)鍵詞】核級(jí)設(shè)備；缺陷；分析；處理

0 概況

國(guó)內(nèi)核電高速發(fā)展，截至目前，我國(guó)在建核電機(jī)組共27臺(tái)，在建規(guī)模繼續(xù)保持世界第一。積極發(fā)展核電已寫(xiě)入中國(guó)的能源戰(zhàn)略。但核電的發(fā)展必須是以安全為第一原則[1]。大量新建機(jī)組的建立對(duì)核電廠的安全運(yùn)行提出了更嚴(yán)苛的要求。當(dāng)務(wù)之急是提高電廠的安全運(yùn)行水平。

核電設(shè)備作為核安全屏障的主設(shè)備是決定核安全水平的關(guān)鍵因素，為了確保核電廠運(yùn)行安全可靠，在役核電設(shè)備養(yǎng)護(hù)和維修活動(dòng)中，與我國(guó)技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)相適應(yīng)的核電標(biāo)準(zhǔn)體系是必不可少的。

我國(guó)發(fā)展核工業(yè)已有40多年的歷史，我國(guó)已建立全面完整的核電規(guī)范和技術(shù)體系[2]，對(duì)于電站設(shè)備維修也有專(zhuān)篇予以介紹，但是涉及設(shè)備維修的章節(jié)還是以確定設(shè)備維修策略為主，旨在為核電廠安全設(shè)備的維修提供指導(dǎo)[3]，在工程實(shí)踐中更多依靠設(shè)計(jì)體系中的在役檢查規(guī)范。

我國(guó)民用核電廠在役檢查的法規(guī)、導(dǎo)則有HAF103《核電廠運(yùn)行安全規(guī)定》、HAD103/07《核電廠在役檢查》。HAF103為國(guó)家核安全局頒布的法令，它規(guī)定了核電廠的管理、調(diào)試、運(yùn)行和退役等方面的安全問(wèn)題，對(duì)核電廠的運(yùn)行、維護(hù)等提出原則性的指導(dǎo)意見(jiàn)。HAD103/07為國(guó)家核安全局頒布的安全導(dǎo)則，它是對(duì)HAF103中有關(guān)在役檢查條款的補(bǔ)充和說(shuō)明，該導(dǎo)則為指導(dǎo)性文件，它對(duì)核電廠在役檢查的范圍、合格標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果評(píng)價(jià)、檢查所用裝備、技術(shù)和方法、組織管理等做了指導(dǎo)性的規(guī)定，核電廠在役檢查的檢查規(guī)程由電廠根據(jù)實(shí)際情況決定。但目前我國(guó)還沒(méi)有正式的核電廠的在役檢查規(guī)范，運(yùn)行電站均采用電廠設(shè)計(jì)規(guī)范所使用的在役檢查規(guī)范，國(guó)內(nèi)運(yùn)行的核電站中（大亞灣、嶺澳和秦山二期等）在役檢查規(guī)范大多采用法國(guó)RSE-M《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)則》，也有采用美國(guó)ASME XI《核電站在役檢查規(guī)范》的規(guī)定（如秦山一期等）。盡管如此，國(guó)家核安全局在各核電廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)行檢查中規(guī)定無(wú)論采用哪種在役檢查規(guī)范都必須滿足國(guó)家核安全法規(guī)的規(guī)定，即所采用規(guī)范的要求必須不低于HAF、HAD的要求。

國(guó)內(nèi)所有的核電廠的運(yùn)行在役檢查都必須滿足HAD的規(guī)定，但由于目前國(guó)內(nèi)的核電建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系還不完善，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中還大量采用了國(guó)外的核電標(biāo)準(zhǔn)體系，當(dāng)HAD與RSE-M的規(guī)定發(fā)生沖突時(shí)，應(yīng)按HAD的規(guī)定執(zhí)行。

1 RSE-M簡(jiǎn)介

《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)則》RSE-M是由法國(guó)核島設(shè)備設(shè)計(jì)、建造及在役檢查規(guī)則協(xié)會(huì)（AFCEN）編著的法國(guó)壓水堆核電廠核級(jí)設(shè)備在役檢查規(guī)范，對(duì)壓水堆核島機(jī)械設(shè)備的在役檢查、運(yùn)行監(jiān)督、維修及上述活動(dòng)所需質(zhì)量體系均有詳盡要求，是法國(guó)核電工業(yè)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。[RSE-M出版說(shuō)明]

我國(guó)第二代改進(jìn)型（二代加）核電項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建造的標(biāo)準(zhǔn)是法國(guó)RCC系列標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家核安全局安函[2007]28號(hào)“關(guān)于印發(fā)《第二代改進(jìn)型核電項(xiàng)目和安全審評(píng)原則》的通知”），相應(yīng)的國(guó)內(nèi)二代加壓水堆其核級(jí)壓力容器維修活動(dòng)均參照RSE-M作為其指導(dǎo)規(guī)范。

RSE-M對(duì)設(shè)備維修的過(guò)程和分類(lèi)做了詳盡的講述（處理流程詳見(jiàn)圖2）。容器缺陷處理的全過(guò)程包括缺陷發(fā)現(xiàn)、缺陷判定、缺陷處理，缺陷的處理是從缺陷的檢查開(kāi)始、分析缺陷、確定性質(zhì)、決定方案最后才是缺陷處理。

核電站的維修活動(dòng)分兩類(lèi)：預(yù)防性維修和補(bǔ)救性維修。補(bǔ)救性維修包括由于系統(tǒng)和部件的故障需要進(jìn)行的維修、更換以及其他有關(guān)的活動(dòng)；預(yù)防性維修包括為減低系統(tǒng)和部件故障的頻度和減少故障影響需要進(jìn)行的檢查、試驗(yàn)、監(jiān)視、修復(fù)和更換活動(dòng)[4]。簡(jiǎn)單的歸納可以將預(yù)防性維修定義為設(shè)備體檢，而糾正性維修則是將喪失功能的設(shè)備維修或更換，以恢復(fù)設(shè)備功能。

2 設(shè)備檢查

2.1 在役檢查的手段

設(shè)備檢查的手段是根據(jù)缺陷的特性和設(shè)備缺陷類(lèi)型來(lái)確定的，RSE-M規(guī)定了多種無(wú)損檢驗(yàn)手段，并根據(jù)其特點(diǎn)，安排設(shè)備在役檢查項(xiàng)目（見(jiàn)表1）。

在役檢驗(yàn)方法不是一概而論，而應(yīng)綜合考慮，如對(duì)設(shè)備主要承壓焊縫的在役檢查，考慮焊縫對(duì)設(shè)備安全的重要性，以及兩種體積檢驗(yàn)方法對(duì)非體積型和體積型缺陷的敏感度互有優(yōu)勢(shì)，故RSE-M同時(shí)設(shè)置了UT和RT兩項(xiàng)無(wú)損檢驗(yàn)。對(duì)于奧氏體不銹鋼焊縫，由于晶粒粗大，采用UT 檢驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的本底噪波信號(hào)，缺陷信號(hào)的分辨較困難，故體積檢驗(yàn)只采用RT方法。

2.2 設(shè)備檢查實(shí)例

在役檢查項(xiàng)目的設(shè)計(jì)均以其設(shè)備特性和運(yùn)行反饋的設(shè)備缺陷來(lái)確定，而不是為求絕對(duì)安全，一味的增加檢驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)以壓水堆典型壓力容器穩(wěn)壓器為例。其作為低合金鋼制高溫高壓立式壓力容器，其工作環(huán)境和工作介質(zhì)，除一回路介質(zhì)帶來(lái)的材料輻照脆化需要使用輻照試塊長(zhǎng)期監(jiān)督外，本體并無(wú)明顯的降質(zhì)機(jī)制，故僅針對(duì)相對(duì)而言易出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備環(huán)焊縫、人孔緊固件和受載荷設(shè)備支承組對(duì)焊縫進(jìn)行在役檢查：設(shè)備組對(duì)環(huán)焊縫進(jìn)行體積檢查（RT、UT），設(shè)備內(nèi)壁堆焊層進(jìn)行目視檢查；對(duì)穩(wěn)壓器長(zhǎng)期受預(yù)緊載荷的人孔42CDV4高強(qiáng)度螺栓及配對(duì)螺母進(jìn)行目視和超聲檢驗(yàn)（見(jiàn)下表2）。

3 缺陷的判定

顯示鑒定和偏差分析是缺陷處理的先導(dǎo)條件，RSE-M在役檢查操作得到的信號(hào)顯示，需要通過(guò)鑒別和分析，才能得到關(guān)于缺陷的性質(zhì)、形狀、危害及維修可操作性的信息。

3.1 顯示鑒定

設(shè)備檢查無(wú)損檢驗(yàn)收集的是各檢驗(yàn)儀器的原始數(shù)據(jù)（信號(hào)、測(cè)量值、圖像等），其數(shù)值超過(guò)記錄值時(shí)，就需要予以記錄，并進(jìn)行檢驗(yàn)儀器顯示信號(hào)的鑒定活動(dòng)。鑒定的目的是在針對(duì)超過(guò)評(píng)判閾值或相比前次檢查突然變化的顯示，排除信號(hào)是與缺陷無(wú)關(guān)的顯示信號(hào)，即偽信號(hào)（由于設(shè)備材料金相結(jié)構(gòu)或設(shè)備表面幾何尺寸干擾而帶來(lái)的信號(hào)顯示）后，確認(rèn)設(shè)備是否存在與規(guī)定要求背離的偏差。顯示鑒定流程見(jiàn)圖3。

3.2 偏差分析

所有偏差在選擇缺陷處理方案前，都需要收集論證所需材料、進(jìn)行偏差分析和處理，以減少或避免偏差的再次發(fā)生。缺陷分析主要包括如下內(nèi)容：

1）缺陷評(píng)判：居于顯示鑒定的結(jié)論分析缺陷是否存在、定性缺陷線性或非線性、缺陷性質(zhì)、臨近區(qū)域是否存在其他缺陷、可能的產(chǎn)生原因以及缺陷的包絡(luò)幾何特征。缺陷是否為體積性缺陷即是由缺陷的UT檢查回波特性來(lái)判定的。

2）缺陷評(píng)判結(jié)果分析：確定缺陷產(chǎn)生的原因，確定缺陷的位置、尺寸，作為方案選擇的參考。

3）缺陷擴(kuò)展假設(shè)：評(píng)估缺陷擴(kuò)展的可能性，包括新缺陷出現(xiàn)的可能性。

4）缺陷的危害性：確認(rèn)缺陷是否危害設(shè)備的完整性和密封性，是關(guān)于缺陷擴(kuò)展的研究。

5）設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)：評(píng)估修理風(fēng)險(xiǎn)，決定修理或更換設(shè)備。

6）裝置安全和人身傷害評(píng)價(jià)：分析失效設(shè)備安全后果及對(duì)人員安全的影響。

7）修理可能性評(píng)估：評(píng)估修理的可行性。

8）后續(xù)監(jiān)督跟蹤評(píng)價(jià)：評(píng)估后續(xù)監(jiān)督檢查的必要性和實(shí)施手段。

4 缺陷的處理

在得到偏差分析有關(guān)缺陷的性狀、位置、危害性及維修性等分析結(jié)果后，即可開(kāi)展缺陷處理活動(dòng)。選擇處理方案主要研究處理方案的可行性和維修影響，決定了后續(xù)的設(shè)備監(jiān)督要求。方案選擇主體應(yīng)是電站運(yùn)營(yíng)單位，對(duì)于缺陷解決方案，RSE-MA5400給出了偏差處理選擇的通用準(zhǔn)則和1、2、3級(jí)設(shè)備適用的特殊條款，運(yùn)營(yíng)單位需要在參考上述準(zhǔn)則條款的基礎(chǔ)上，確定解決方案執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)和要求，選擇處理方案，并選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)（一般為換料大修期間）執(zhí)行維修方案。

5 規(guī)范本身的局限性

不同國(guó)家的工業(yè)實(shí)踐不同，核工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)成果不同，圍繞上述建立起來(lái)的核電體系必然有諸多差異。

法國(guó)作為核電供電比例最高的國(guó)家，有著豐富的核電實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，其核電標(biāo)準(zhǔn)體系已自成一派，特點(diǎn)突出。相比于美國(guó)核電標(biāo)準(zhǔn)引用的鍋爐壓力容器規(guī)范ASEM標(biāo)準(zhǔn)體系，法系的RCC核電標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)壓水堆電站所提出的專(zhuān)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其根基是法國(guó)引入核電技術(shù)時(shí)轉(zhuǎn)入的核電設(shè)計(jì)文件，其標(biāo)準(zhǔn)體系直接服務(wù)于生產(chǎn)制造，對(duì)規(guī)律和理論性的章節(jié)較少，好處是針對(duì)性強(qiáng)，使用時(shí)接口少，使用方便，但同時(shí)規(guī)范覆蓋內(nèi)容的較美系標(biāo)準(zhǔn)少，同時(shí)使用中限定性的內(nèi)容很多，拓展性差[5]，沒(méi)有規(guī)定的部分一般不被允許。

RSE-M作為法國(guó)核電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的組成部分，其本身有著鮮明的法系RCC系列核電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)格。以設(shè)備補(bǔ)救性維修為例，RSE-M僅給出了補(bǔ)焊、無(wú)熱處理的返修焊接方法、采用非焊接插塞的方法堵塞蒸汽發(fā)生器傳熱管、使用螺紋嵌入件修理反應(yīng)堆容器法蘭、蒸汽發(fā)生器或穩(wěn)壓器上的內(nèi)螺紋、更換穩(wěn)壓器加熱器V驅(qū)動(dòng)棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的更換，六種補(bǔ)救性維修措施的專(zhuān)篇，其中僅補(bǔ)焊和無(wú)熱處理返修焊接是通用維修方法，那么對(duì)于需要處理的缺陷，實(shí)際上僅有原樣接收和兩種補(bǔ)焊操作可以處理，在具體涉及缺陷去除時(shí)，操作性較差。在工程應(yīng)用中，需要結(jié)合國(guó)內(nèi)核電維修規(guī)范，引用參考電站維修案例，作為執(zhí)行方案是目前體系下的有益補(bǔ)充。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]