核電廠電儀設(shè)備的老化評(píng)估篩選

劉文靜　謝峰　韓勇　游洲　李朋

【摘 要】早期核電廠的設(shè)計(jì)中，主要從經(jīng)濟(jì)角度確定設(shè)計(jì)壽命。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，核電廠到設(shè)計(jì)壽命時(shí)，主體仍可安全運(yùn)行。為進(jìn)一步確定核電廠壽期內(nèi)及延壽后的安全性，開展了老化管理工作。電儀設(shè)備的老化評(píng)估篩選是老化管理的重要組成部分。通過對(duì)重要度、老化的敏感度和難易度3項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)分，篩選出需進(jìn)一步老化研究和管理的設(shè)備清單，以保證在滿足安全性的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)合理地開展老化研究和管理工作。

【關(guān)鍵詞】核電廠；老化管理；電儀設(shè)備；篩選

0 引言

1956年，英國CalderHall核電廠投產(chǎn)，標(biāo)志著核電正式開始商用。早期的核電廠設(shè)計(jì)壽命是基于投資回報(bào)得出的，通常是30年到40年。然而，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，超出設(shè)計(jì)年限后，核電廠主體仍然處于安全可用狀態(tài)，滿足安全運(yùn)行要求，這就使得原有核電廠的延壽成為可能，從而進(jìn)一步提升其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益。

核電廠有眾多系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件（SSCs），因使用材料、功能、使用環(huán)境等各種因素的差異，部分設(shè)施難以達(dá)到電廠的設(shè)計(jì)壽命，更不可能滿足延壽要求。為了保證核電廠的安全運(yùn)行，并為延壽工作提供技術(shù)保障，核電廠的老化管理逐漸受到重視。

目前，世界范圍內(nèi)已開展了一些關(guān)于核電廠設(shè)備老化的研究，其中以美國的研究最為深入。目前比較著名的是GALL（Generic Ageing

Lessons Learned）和IGALL（International Generic Ageing Lessons Learned）。研究的內(nèi)容既包括老化帶來的SSCs的性能下降，也包括技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和管制要求更新帶來的改進(jìn)需求。核電廠中，僅設(shè)備就數(shù)以萬計(jì)，如果對(duì)所有SSCs均進(jìn)行老化管理，則工作量十分浩大，既難以執(zhí)行，也無必要。為保證老化管理工作的有效展開，兼具合理的經(jīng)濟(jì)性，需要借鑒分級(jí)的思想，對(duì)設(shè)備進(jìn)行老化評(píng)估篩選，視具體情況采取不同的老化管理策略。

1 老化評(píng)估篩選

1.1 老化管理的基本思想

老化管理，理論上涉及到核電廠的所有系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件，需要對(duì)其定量分析和評(píng)價(jià)，制定維護(hù)、在線監(jiān)測、試驗(yàn)、監(jiān)控、運(yùn)行、技術(shù)支持等與老化密切相關(guān)的程序和活動(dòng)。

核電廠在設(shè)計(jì)之初，為達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性的平衡，廣泛采用了以安全為衡量標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)思想，根據(jù)SSCs對(duì)核安全的影響，對(duì)其進(jìn)行核安全分級(jí)。這種分級(jí)也成為老化評(píng)估篩選的主要依據(jù)。

在老化篩選中，首先關(guān)注安全相關(guān)的SSCs，即它們能：（1）保持反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的完整性；（2）使反應(yīng)堆停堆并保持在安全停堆狀態(tài)；（3）防止或減少向環(huán)境釋放大量放射性的事故后果。核電廠老化管理重點(diǎn)關(guān)注安全級(jí)別高，老化效應(yīng)對(duì)電廠運(yùn)行影響嚴(yán)重的SSCs，如反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等。

對(duì)于非安全的SSCs，一般不予考慮。但是一些非安全的SSCs，其失效可能會(huì)影響安全功能的執(zhí)行，即安全重要的非安全相關(guān)類，則也應(yīng)篩選出來。

另外一些重要的專項(xiàng)要求也需要考慮，如影響電廠安全的防火（FP）、環(huán)境鑒定（EQ）、預(yù)期瞬態(tài)未停堆（ATWS）以及涉及全廠斷電（SBO）的SSCs也應(yīng)納入老化管理的范疇。

1.2 老化評(píng)估篩選的步驟

老化評(píng)估篩選分為兩個(gè)步驟和四個(gè)判據(jù)。第一步是根據(jù)系統(tǒng)或構(gòu)筑物的安全分級(jí)篩選，第二步是確定需要開展老化管理研究的設(shè)備清單，見圖1：

步驟1：根據(jù)系統(tǒng)或構(gòu)筑物的安全分級(jí)篩選

列出全廠的系統(tǒng)清單及其安全分級(jí)。如果其與核電廠安全無關(guān)，則不需要進(jìn)一步老化評(píng)價(jià)和篩選。如果其與核電廠安全有關(guān)，則保留，以供進(jìn)一步篩選。

系統(tǒng)的安全功能在設(shè)計(jì)時(shí)已進(jìn)行了劃分，此步驟可直接根據(jù)設(shè)計(jì)成果，篩選出的是一份較短的特定系統(tǒng)清單。

步驟2：確定需開展老化研究的設(shè)備和部件清單

根據(jù)步驟1篩選出的系統(tǒng)清單，進(jìn)一步列出組成這些系統(tǒng)的設(shè)備和部件。因各設(shè)備和部件功能、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式以及已有的老化管理方式的不同，并非都需要進(jìn)一步開展老化研究。為此，總結(jié)了3個(gè)判據(jù)，依次進(jìn)行詳細(xì)分析，定量評(píng)價(jià)，完成進(jìn)一步篩選。

1）確定設(shè)備失效是否會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)安全功能喪失，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：

（1）當(dāng)部件不能滿足其最低限度性能要求（包括所需的安全裕度）時(shí)，認(rèn)為設(shè)備和部件失效；

（2）假定性能劣化是由老化造成的；

（3）根據(jù)設(shè)備和部件對(duì)安全功能的重要性分別考慮；

（4）不考慮設(shè)備和部件的多重性或多樣性。

2）確定老化引起的性能劣化是否可能導(dǎo)致設(shè)備失效，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：

（1）將設(shè)備和部件的設(shè)計(jì)壽命作為評(píng)價(jià)失效可能性的依據(jù)；

（2）需考慮當(dāng)前對(duì)設(shè)備和部件老化機(jī)理的掌握程度；

（3）分析設(shè)備和部件失效的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)和電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

3）分析目前的運(yùn)行維修方式是否能及時(shí)探測到設(shè)備的老化引起的性能劣化，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：

（1）現(xiàn)有的設(shè)備和部件工況指標(biāo)是否適合用于監(jiān)測老化所致的性能劣化；

（2）現(xiàn)有的技術(shù)是否能有效監(jiān)測這些工況指標(biāo)；

（3）現(xiàn)有的運(yùn)行、維護(hù)方式是否合適。

步驟2完成后，便完成了設(shè)備和部件老化的評(píng)估篩選工作，得到了一個(gè)量化的用于進(jìn)一步老化分析的設(shè)備清單。

2 方家山核電廠電儀設(shè)備的老化評(píng)估篩選

2.1 電儀設(shè)備老化評(píng)估篩選的方法

電儀設(shè)備的老化評(píng)估篩選在上述步驟的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化和補(bǔ)充，從重要性、老化的可能性和難易度三個(gè)維度設(shè)定了量化評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.1.1 重要性得分

重要性得分從安全等級(jí)和概率安全評(píng)價(jià)（PSA）兩方面考慮，各設(shè)定3個(gè)等級(jí)，得分為從高到低依次為3、2、1，選取兩者最高得分作為重要性得分。安全等級(jí)主要反映了設(shè)備在核安全分級(jí)上的重要性，而PSA得分則兼顧了安全重要的非安全相關(guān)類設(shè)備，這兩類得分依據(jù)均可從設(shè)計(jì)文件中獲得。

2.1.2 可能性得分

老化的可能性得分充分借鑒了國際國內(nèi)已有的工作成果，評(píng)定的依據(jù)是經(jīng)驗(yàn)反饋和GALL/IGALL是否關(guān)注。同類電廠的經(jīng)驗(yàn)反饋?zhàn)罹哂锌杀刃裕?分；GALL和IGALL分別是美國核管會(huì)（NRC）和國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）發(fā)布的核電廠老化研究報(bào)告，系統(tǒng)地介紹了核電廠老化經(jīng)驗(yàn)反饋，被報(bào)告關(guān)注的設(shè)備定為2分；來自其它途徑的經(jīng)驗(yàn)反饋則定為1分。三類經(jīng)驗(yàn)反饋分別評(píng)定后，取最大值為可能性得分。

2.1.3 難易度得分

難易度得分主要根據(jù)是否能動(dòng)及壽命長短來考慮。

能動(dòng)設(shè)備或部件：依靠觸發(fā)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力源等外部輸入工作的設(shè)備或部件，因而能以主動(dòng)態(tài)影響系統(tǒng)的工作過程的設(shè)備或部件。能動(dòng)設(shè)備和部件的例子有：泵、風(fēng)機(jī)、繼電器和晶體管等。實(shí)際上這一定義只能是比較籠統(tǒng)的（非能動(dòng)部件的定義也是如此）。某些部件，如某些固態(tài)電子器件等，需要對(duì)其特性進(jìn)行專門研究后方可列屬能動(dòng)部件或非能動(dòng)部件。能動(dòng)電儀設(shè)備主要有：電機(jī)、空壓機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、閥門（主要指驅(qū)動(dòng)頭）、各類傳感器、開關(guān)裝置、配電裝置、冷卻風(fēng)機(jī)、晶體管、電池、斷路器、繼電器、變壓器、電源逆變器、電池充電器、電源等。

非能動(dòng)設(shè)備或部件：不依靠觸發(fā)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力源等外部輸入工作的設(shè)備和部件。非能動(dòng)設(shè)備或部件內(nèi)一般沒有活動(dòng)的組成部分，其功能的執(zhí)行系統(tǒng)在感受到某種參數(shù)，如壓力、溫度、流量的變化后完成。此外，基于不可逆動(dòng)作或變化，又十分可靠的設(shè)備或部件，也可劃為這個(gè)類別。非能動(dòng)電儀設(shè)備主要有：接線盒、電纜和接頭、電氣貫穿件等。

短壽命：基于鑒定壽命或規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行周期更換的設(shè)備和部件。

長壽命：不是基于鑒定壽命或規(guī)定的時(shí)間周期進(jìn)行更換的設(shè)備和部件。

對(duì)于能動(dòng)、短壽命的設(shè)備和部件，一般其老化管理研究比較充分，有充足的成果和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行維護(hù)中也容易監(jiān)測到其性能的劣化，因而分值較低。反之，非能動(dòng)、長壽命的設(shè)備和則得分較高，需要進(jìn)一步研究。非能動(dòng)長壽命設(shè)備和為3分，非能動(dòng)易老化部件為2分，其余則為1分。

按照上述3項(xiàng)指標(biāo)的乘積得出綜合值，見圖2。根據(jù)綜合值進(jìn)行分級(jí)和排序，得出設(shè)備的老化管理分級(jí)，為下一步老化管理工作提供依據(jù)。結(jié)果分為三級(jí)，綜合值18-27為一級(jí)（關(guān)鍵），綜合值為7-17的定為二級(jí)（重要），綜合值為1-6的定為三級(jí)（一般）。

將篩選初定SSCs按設(shè)備類型、材質(zhì)、運(yùn)行環(huán)境、溫度、老化效應(yīng)等參數(shù)進(jìn)行歸類，得到老化管理的一、二、三級(jí)設(shè)備清單。將納入老化管理的設(shè)備；逐一進(jìn)行部件分級(jí)并確定出老化管理的重要部件，得到老化管理設(shè)備部件清單，完成老化評(píng)估篩選工作。

2.2 方家山電儀設(shè)備的老化評(píng)估篩選結(jié)果

按照上述設(shè)備老化篩選方法，篩選出滿足執(zhí)行安全功能＼FP＼EQ

＼ATWS＼SBO的系統(tǒng)約占核電廠所有系統(tǒng)的28%，納入老化管理的電儀設(shè)備約占全廠電儀設(shè)備的9%左右，其中一級(jí)設(shè)備占5%，主要為電氣接線盒、貫穿件、連接器，二級(jí)設(shè)備占1%，有部分輻射監(jiān)測表、堆外核測探測器、柴油發(fā)電機(jī)等，三級(jí)設(shè)備占6%，為其他安全相關(guān)的機(jī)柜、儀表、泵等。對(duì)于一級(jí)設(shè)備需優(yōu)先關(guān)注并制定專門的老化管理大綱，對(duì)于二級(jí)設(shè)備應(yīng)明確其老化機(jī)理，持續(xù)關(guān)注老化狀態(tài)，對(duì)于三級(jí)設(shè)備則應(yīng)關(guān)注業(yè)界經(jīng)驗(yàn)反饋，必要時(shí)進(jìn)行老化管理審查。

3 總結(jié)

目前，國內(nèi)核電進(jìn)入了高速發(fā)展階段，國內(nèi)數(shù)個(gè)機(jī)組處于在建或在役狀態(tài)，同時(shí)也有秦山一廠這樣將要到達(dá)設(shè)計(jì)壽命的電站。鑒于核電廠安全運(yùn)行和延壽的需要，對(duì)設(shè)備的老化管理將日益受到重視。本文參考HAD導(dǎo)則和IAEA報(bào)告，以設(shè)備的核安全分級(jí)為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)備自身老化特性、已有的運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，制訂了適合我國情況的老化篩選方法，為經(jīng)濟(jì)合理地開展老化工作奠定了基礎(chǔ)。通過在方家山項(xiàng)目上實(shí)施的篩選結(jié)果看，與國際上重點(diǎn)關(guān)注的老化設(shè)備類型基本一致。

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[責(zé)任編輯：王楠]