美國(guó)核電廠執(zhí)照更新體系及方法研究

劉文靜　謝峰　李朋　韓勇　劉飛洋

【摘 要】我國(guó)第一批核電廠運(yùn)行至今，已超過(guò)20年。世界上其他國(guó)家普遍會(huì)對(duì)運(yùn)行執(zhí)照將要到期的核電廠進(jìn)行安全評(píng)估，進(jìn)而延壽。美國(guó)作為發(fā)展核電最早的國(guó)家之一，其核電技術(shù)、法規(guī)體系被廣泛借鑒。本文主要研究美國(guó)核電廠執(zhí)照更體系，為我國(guó)未來(lái)核電廠老化管理及延壽提供參考。

【關(guān)鍵詞】核電廠；執(zhí)照更新；整體評(píng)價(jià)；老化管理

0 引言

核電站的設(shè)計(jì)壽命一般為40年（秦山一期為30年），我國(guó)第一批建設(shè)的秦山一期、大亞灣核電站等，至今已運(yùn)行20余年，超過(guò)了設(shè)計(jì)壽命的一半。世界上已有為數(shù)不少的核電站運(yùn)行壽命達(dá)到或者超過(guò)了40年，其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在到達(dá)40年的設(shè)計(jì)壽命之后，部分核電站技術(shù)上仍可安全運(yùn)行。為了獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過(guò)延壽評(píng)估，在保證核安全的前提下，實(shí)現(xiàn)核電廠延壽成為普遍的選擇。目前，國(guó)際上主要有兩種延壽評(píng)價(jià)體系，分別是美國(guó)執(zhí)照更新體系和IAEA長(zhǎng)期運(yùn)行體系，其中后者也在逐漸向著前者靠近。我國(guó)尚在研究建立延壽評(píng)估體系，美國(guó)的執(zhí)照更新體系具有重要的參考價(jià)值。核電廠許可證持有者一般在設(shè)計(jì)壽命到期前5年以上，向本國(guó)核安全監(jiān)管部門(mén)遞交延壽申請(qǐng)。其中，申請(qǐng)的主要依據(jù)之一便是電廠整體評(píng)估（IPA，Integrated Plant

Assessment）。本文主要介紹美國(guó)執(zhí)照更新體系中的電廠整體評(píng)估方法。

1 美國(guó)執(zhí)照更新文件體系

1.1 執(zhí)照更新文件體系（圖1）

除美國(guó)《原子能法》外，美國(guó)的執(zhí)照更新文件體系從上到下分為3個(gè)層次：

1）聯(lián)邦法規(guī)（CFR），包括10CFR51-環(huán)境保護(hù)法規(guī)，和10CFR54-核電廠運(yùn)行執(zhí)照更新要求。法規(guī)邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，指導(dǎo)性強(qiáng)，但可操作性比較差，需要導(dǎo)則和美國(guó)核管會(huì)技術(shù)文件支撐。

2）管理導(dǎo)則文件（RG），包括RG1.188-申請(qǐng)核電廠運(yùn)行執(zhí)照更新的標(biāo)準(zhǔn)格式和內(nèi)容，RG4.2補(bǔ)遺1-申請(qǐng)核電廠運(yùn)行執(zhí)照更新的環(huán)境報(bào)告補(bǔ)遺1，NEI95-10-執(zhí)行10CFR54執(zhí)照更新要求的工業(yè)導(dǎo)則。導(dǎo)則文件與其它工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有良好的接口，構(gòu)成完整的標(biāo)準(zhǔn)體系。

3）美國(guó)核管會(huì)技術(shù)文件（NUREG），包括NUREG1800-核電廠運(yùn)行執(zhí)照更新標(biāo)準(zhǔn)審查大綱，NUREG1801-核電廠老化管理通用經(jīng)驗(yàn)（GALL）報(bào)告，NUREG1555補(bǔ)遺1-核電廠環(huán)境評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)審查大綱補(bǔ)遺1等。技術(shù)文件具有表格化結(jié)構(gòu)，可操作性強(qiáng)。

1.2 執(zhí)照更新申請(qǐng)的內(nèi)容

按照10CFR54的要求，核電廠運(yùn)行執(zhí)照持有者應(yīng)當(dāng)在執(zhí)照到期前5-20年，向核管會(huì)遞交執(zhí)照更新申請(qǐng)。執(zhí)照更新申請(qǐng)的內(nèi)容如圖2所示，其中電站整體評(píng)價(jià)是技術(shù)資料的一部分。

2 電廠整體評(píng)估的含義

2.1 定義

電廠整體評(píng)估是指為了證明核電廠延壽期間仍能達(dá)到可接受的安全水平，申請(qǐng)人進(jìn)行的評(píng)估活動(dòng)。證明申請(qǐng)人對(duì)CFR54.21所要求進(jìn)行老化管理審查的核電廠設(shè)施的系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件（SSCs）進(jìn)行了識(shí)別，并且影響它們功能的老化效應(yīng)得到了有效管理，滿足當(dāng)前執(zhí)照基礎(chǔ)。

2.2 評(píng)估對(duì)象

電廠整體評(píng)估包含的系統(tǒng)、設(shè)備和部件在CFR54.4中規(guī)定，即執(zhí)照更新范圍內(nèi)的SSCs，包括：

1）安全級(jí)系統(tǒng)、設(shè)備和部件，即在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故中和事故后維持下述功能的系統(tǒng)、設(shè)備和部件。

（1）反應(yīng)堆冷卻劑回路完整性；

（2）停堆及保持安全停堆狀態(tài)；

（3）阻止事故導(dǎo)致潛在廠外輻射的或緩解其導(dǎo)致的后果（參照CFR50.34（a）（1），CFR50.67（b）（2）或CFR100.11）。

2）失效時(shí)會(huì)阻礙上述功能的非安全級(jí)設(shè)備。

3）在安全分析、電廠評(píng)估中涉及的，執(zhí)行10CFR50.48《消防》、10CFR50.49《環(huán)境鑒定》、10CFR50.61《承壓熱沖擊》、10CFR50.62《未緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)》、10CFR50.63《全廠交流電源喪失》要求的相關(guān)功能的所有系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件。

2.3 評(píng)估內(nèi)容

電廠整體評(píng)估包括：

1）對(duì)于評(píng)估對(duì)象中的系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件，識(shí)別并列出納入老化管理審查的構(gòu)筑物和部件。

（1）評(píng)估對(duì)象中執(zhí)行特定功能，而不移動(dòng)部件或改變結(jié)構(gòu)或性能，即定義為非能動(dòng)。這些構(gòu)筑物和部件包括但不限于：壓力容器、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、管道、泵體、閥體、堆芯圍筒、組件支撐、承壓邊界、熱交換器、通風(fēng)管道、安全殼、安全殼襯里、電氣和機(jī)械貫穿件、設(shè)備外殼、抗震I類(lèi)構(gòu)筑物、電纜和連接件、電纜橋架。不包括（但不限于）泵（除泵體）、閥（除閥體）、電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、減震器、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、通風(fēng)管消音器、壓力變送器、壓力指示計(jì)、水位指示計(jì)、開(kāi)關(guān)柜、冷卻風(fēng)扇、晶體管、電池、斷路器、繼電器、開(kāi)關(guān)、逆變器、電路板、充電器、電源。

（2）不根據(jù)鑒定壽命或規(guī)定的周期更換，即通常說(shuō)的長(zhǎng)壽命，需要注意的是長(zhǎng)壽命并不是指設(shè)備壽命的長(zhǎng)。

2）對(duì)于1）中所用的方法進(jìn)行描述和論證。

3）對(duì)于1）中識(shí)別出的每個(gè)構(gòu)筑物和部件，證明其老化效應(yīng)得到了充分的管理，在延壽期間，能夠按照當(dāng)前的執(zhí)照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行其功能。

2.4 評(píng)估步驟

根據(jù)上述規(guī)定，電廠整體評(píng)估的步驟可簡(jiǎn)述（如圖3）：

3 實(shí)施電廠整體評(píng)估

3.1 確定評(píng)估范圍

根據(jù)10CFR54可知，電廠整體評(píng)估包括識(shí)別篩選和老化分析及管理。核電廠內(nèi)具有數(shù)百個(gè)系統(tǒng)，數(shù)十萬(wàn)構(gòu)筑物和部件，一一進(jìn)行電廠整體評(píng)估，既不現(xiàn)實(shí)也無(wú)必要。因此，需要按照10CFR54.21的要求，篩選出需要進(jìn)一步老化分析和管理的目標(biāo)。為了實(shí)施電廠整體評(píng)估，需參照NEI95-10等導(dǎo)則文件和NUREG等技術(shù)文件，在電廠整體評(píng)估之前，進(jìn)行執(zhí)照更新范圍內(nèi)的SSCs篩選。

執(zhí)照更新范圍內(nèi)的SSCs篩選：

根據(jù)10CFR54.4可知，執(zhí)照更新范圍內(nèi)的SSCs歸納起來(lái)包括3類(lèi)：安全級(jí)、非安全級(jí)但會(huì)影響安全功能的、有特殊要求的。前兩類(lèi)篩選可以同時(shí)進(jìn)行，有特殊要求的篩選另行考慮。篩選可以是系統(tǒng)級(jí)的，也可以時(shí)構(gòu)筑物或部件級(jí)的。采用多種方法進(jìn)行篩選可以使工作更加高效、快捷。例如，機(jī)械系統(tǒng)更適合采用以系統(tǒng)為基礎(chǔ)的篩選方法，而電氣系統(tǒng)更適合采用部件級(jí)的篩選方法。NIE95-10給出了范圍篩選的一般流程（如圖4）：

相關(guān)的設(shè)備、安全分級(jí)信息可以從表1中列出的文件中獲得：

在篩選過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)記錄如下信息：

1）符合10CFR54.4（a）的SSCs的名稱；

2）執(zhí)行10CFR54.4（b）中規(guī)定的功能；

3）所采用的信息源，以及使用這些信息源時(shí)需要澄清的內(nèi)容。

以電氣系統(tǒng)為例，可以根據(jù)核島的電氣系統(tǒng)配置接線圖篩選出安全級(jí)的電氣設(shè)備。例如，LHA、LHB、LLA、LLB、LLC、LLD、LLE、LLG、LLI、LLJ、LLN、LLO、LLW等系統(tǒng)相關(guān)的變壓器、配電柜、電纜、貫穿件等設(shè)備，均為安全級(jí)電氣設(shè)備。據(jù)此，可以篩選出一份安全及電氣設(shè)備的清單，并記錄上述信息，作為范圍篩選的成果。

3.2 對(duì)象篩選

對(duì)象篩選是在范圍篩選的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步識(shí)別需要進(jìn)行老化管理審查的SSCs，以及其預(yù)期功能。按照10CFR54.21a（1）（i）和a（1）（ii）要求的內(nèi)容進(jìn)行篩選。也即篩選出非能動(dòng)、長(zhǎng)壽命的SSCs，并描述篩選的方法。之所以選取非能動(dòng)、長(zhǎng)壽命的SSCs為篩選對(duì)象，是因?yàn)楹穗姀S的設(shè)計(jì)通常有較大的安全裕量，在初始運(yùn)行階段的運(yùn)行方式偏保守，且當(dāng)時(shí)難以對(duì)SSCs的狀況進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于鑒定過(guò)的設(shè)備，可以通過(guò)時(shí)限老化分析來(lái)完成評(píng)估。其他易損的、周期性更換的耗材、設(shè)備等，則是靠日常的維修體系來(lái)保證其有效，不需要再進(jìn)行老化評(píng)估。篩選可以使用電廠的設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫(kù)、管道圖、儀表圖、電氣接線圖等進(jìn)行審查。篩選出的結(jié)果將列入老化管理審查（AMR）（圖5）。

典型的非能動(dòng)電氣設(shè)備包括電纜、電纜連接件、母線、電氣貫穿件等，可參考本文2.31）給出的清單及進(jìn)行篩選。例如，將上述LH*、LL*系統(tǒng)的所有這類(lèi)設(shè)備列為對(duì)象篩選的結(jié)果。

3.3 識(shí)別需要管理的老化效應(yīng)

將對(duì)象篩選結(jié)果分別加以分析，根據(jù)其執(zhí)行的功能、工作環(huán)境、材料、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)等。識(shí)別并分析其老化效應(yīng)。（下轉(zhuǎn)第27頁(yè)）（上接第18頁(yè)）論證分3步：第1步，明確SSCs如何執(zhí)行其預(yù)定的功能；第2步，識(shí)別需要進(jìn)行管理的老化效應(yīng)；第3步，識(shí)別適用的電廠大綱并對(duì)其管理老化效應(yīng)的有效性進(jìn)行審查。如果現(xiàn)有大綱滿足要求，則滿足當(dāng)前安全基準(zhǔn)的要求，否則需要對(duì)老化管理大綱進(jìn)行補(bǔ)充。

3.4 證明老化效應(yīng)得到有效管理

一般而言，老化管理大綱包括4種類(lèi)型：預(yù)防性大綱、緩解性大綱、狀態(tài)監(jiān)測(cè)大綱以及性能監(jiān)測(cè)大綱。NUREG-1801的第10章和第11章對(duì)老化管理大綱的10要素分別進(jìn)行了描述，在AMR過(guò)程中，須對(duì)AMP進(jìn)行審查，以確認(rèn)AMP與大綱10要素的一致性。

3.5 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)審查

審查行業(yè)或電廠特定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定工業(yè)導(dǎo)則（如EPRI）尚未識(shí)別但需要管理的老化效應(yīng)，以及證明老化管理大綱的有效性。

3.6 記錄電廠總體評(píng)估結(jié)果

3.6.1 記錄已確定的需進(jìn)行老化管理審查SSCs

需記錄和保留的信息包括：

1）確定和列出需進(jìn)行老化管理審查的SSCs及其預(yù)期功能；

2）對(duì)需進(jìn)行老化管理審查的SSCs的篩選方法進(jìn)行說(shuō)明，并證明其合理性；

3）提供并列出上述工作所依據(jù)的信息來(lái)源、以及證明其有效使用的相關(guān)信息。

3.6.2 記錄老化管理審查結(jié)果

申請(qǐng)人記錄的信息應(yīng)包括：

1）確定需管理老化效應(yīng)的相關(guān)信息；

2）針對(duì)每個(gè)SSCs，確定管理老化效應(yīng)的具體大綱或活動(dòng)的相關(guān)信息；

3）大綱或活動(dòng)如何管理老化效應(yīng)的描述信息；

4）做出老化管理審查決定的討論過(guò)程信息；

5）可依據(jù)的參考文件和源文件列表；

6）用來(lái)應(yīng)用和解釋源文件假設(shè)條件的討論信息；

7）執(zhí)照更新中在役檢查大綱的描述信息。

4 總結(jié)

1）電站整體評(píng)價(jià)是執(zhí)照更新的主要組成部分之一；

2）電站整體評(píng)價(jià)是以“非能動(dòng)、長(zhǎng)壽命”為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)執(zhí)照更新范圍內(nèi)的系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件進(jìn)行篩選，并證明或補(bǔ)充其老化管理的過(guò)程，而并不關(guān)注那些已經(jīng)納入日常運(yùn)行維修的設(shè)備；

3）電站整體評(píng)價(jià)主要包含非能動(dòng)長(zhǎng)壽命篩選、識(shí)別老化效應(yīng)、證明老化效應(yīng)得到有效管理，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)審查、記錄評(píng)估結(jié)果等步驟。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王楠]