非能動(dòng)壓水堆核電站安全初始動(dòng)能源風(fēng)險(xiǎn)的管控

陳磊，楊潔，房釗，關(guān)心

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，西安710061）

非能動(dòng)壓水堆核電站安全初始動(dòng)能源風(fēng)險(xiǎn)的管控

陳磊，楊潔，房釗，關(guān)心

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，西安710061）

目前，我國在建的國產(chǎn)化非能動(dòng)壓水堆核電站（CAP1000項(xiàng)目）中，采用了火工技術(shù)（藥筒驅(qū)動(dòng)裝置）作為反應(yīng)堆安全處置的初始動(dòng)能源。此技術(shù)尚屬研制階段，其設(shè)計(jì)、研制、運(yùn)行過程中的風(fēng)險(xiǎn)管控沒有成熟穩(wěn)定運(yùn)行的核電站用以參照。從方案設(shè)計(jì)、采購、體系等方面對藥筒驅(qū)動(dòng)裝置展開了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析，提出了相應(yīng)的過程管控對策。

核電站;火工裝置;風(fēng)險(xiǎn)分析;風(fēng)險(xiǎn)管控

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.048

1 引言

我國CAP1000核電項(xiàng)目是一種新型的壓水堆核電機(jī)組，它在分析、理解和掌握中美合作的非能動(dòng)第三代核電先進(jìn)技術(shù)（即AP1000技術(shù)）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行國產(chǎn)化創(chuàng)新研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了具有更大功率、自主產(chǎn)權(quán)的大型非能動(dòng)先進(jìn)壓水堆機(jī)組。

該項(xiàng)目與目前國內(nèi)其他正在運(yùn)行的核電機(jī)組不同，采用了爆破閥藥筒驅(qū)動(dòng)裝置，首次將火炸藥技術(shù)應(yīng)用于核電安全設(shè)備。在滿足核電站正常運(yùn)行穩(wěn)定無泄漏的同時(shí)，保證在出現(xiàn)事故的情況下，藥筒驅(qū)動(dòng)裝置可靠開啟，作用產(chǎn)生的能量實(shí)現(xiàn)活塞剪切蓋成功切斷，打開閥門確保反應(yīng)堆安全[1]。

近年來出現(xiàn)的核安全事故提醒我們，核安全事關(guān)重大，安全第一。藥筒驅(qū)動(dòng)裝置作為CAP1000核電機(jī)組非能動(dòng)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，一旦出現(xiàn)問題將無法保證核反應(yīng)堆的安全處置。

2 CAP1000用藥筒驅(qū)動(dòng)裝置項(xiàng)目主要風(fēng)險(xiǎn)分析

風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)不確定的事件或者條件，當(dāng)其未來發(fā)生時(shí)會(huì)對項(xiàng)目的目標(biāo)帶來正面或者負(fù)面的影響[2]，藥筒驅(qū)動(dòng)裝置作為CAP 1000核電項(xiàng)目采用的火工安全設(shè)備，在設(shè)計(jì)、技術(shù)、功能實(shí)現(xiàn)、采購等方面存在風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)

CAP1000核電項(xiàng)目在美方三代核電技術(shù)基礎(chǔ)上國產(chǎn)化改進(jìn)而來，藥筒驅(qū)動(dòng)裝置作為一種新設(shè)計(jì)因其設(shè)計(jì)理念不同，且設(shè)計(jì)過程需同時(shí)執(zhí)行國內(nèi)和美國核電設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)管理比其他成熟火工品工作量大得多。同時(shí)，該技術(shù)脫胎于美國西屋公司，因美方在火工藥劑等技術(shù)方面對我國實(shí)施出口管制，許多設(shè)計(jì)資料無法獲得，只能采取重新設(shè)計(jì)、逆向推演等方式實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)，可能在研發(fā)過程中出現(xiàn)邊設(shè)計(jì)、邊修改、邊驗(yàn)證的情況，使得技術(shù)文件和工藝圖紙存在質(zhì)量和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 項(xiàng)目技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

一項(xiàng)新的核電技術(shù)從研發(fā)到成熟需經(jīng)歷一系列包括研發(fā)設(shè)計(jì)、首堆試運(yùn)行、后續(xù)市場驗(yàn)證等過程來。CAP1000核電項(xiàng)目在世界上沒有成熟穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)參考電站，藥筒驅(qū)動(dòng)裝置為炸藥技術(shù)首次應(yīng)用于核電領(lǐng)域，也缺乏成熟運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)參考。從產(chǎn)品可靠性的角度來看，藥筒驅(qū)動(dòng)裝置的部分技術(shù)仍存在原型及未經(jīng)證實(shí)的相關(guān)特征，如該裝置在核電機(jī)組長期運(yùn)行過程中其作用性未經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證確認(rèn)等。所以需要對藥筒驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行若干環(huán)境及功能試驗(yàn)檢測加以驗(yàn)證，以考驗(yàn)CAP1000安全非動(dòng)能技術(shù)的可行性。

2.3 項(xiàng)目采購風(fēng)險(xiǎn)

CAP1000核電項(xiàng)目用藥筒驅(qū)動(dòng)裝置中許多原材料和零部件需按照美標(biāo)進(jìn)行采購和驗(yàn)證，而目前國內(nèi)材料及零部件廠商存在缺乏美標(biāo)產(chǎn)品、技術(shù)不成熟、過程管理水平低、缺少設(shè)備材料等問題，導(dǎo)致部分采購和驗(yàn)證活動(dòng)需在國外進(jìn)行，制約整個(gè)采購過程的質(zhì)量和進(jìn)度。同時(shí)，現(xiàn)今核電項(xiàng)目建造資源緊張，產(chǎn)能比較有限，市場已轉(zhuǎn)向賣方，各項(xiàng)核電工程FCD時(shí)間較為集中，不同項(xiàng)目間交貨期容易出現(xiàn)沖突，造成保質(zhì)保量供貨存在風(fēng)險(xiǎn)。藥筒驅(qū)動(dòng)裝置的采購資料源自于CAP1000項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書，受實(shí)現(xiàn)過程中驗(yàn)證和改進(jìn)帶來的變化影響，其技術(shù)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)面臨不確定、調(diào)整及滯后性，容易造成采購過程不及時(shí)，從而影響項(xiàng)目進(jìn)度。

2.4 項(xiàng)目質(zhì)保體系控制風(fēng)險(xiǎn)

火工品實(shí)現(xiàn)過程的質(zhì)量管理體系依照GJB9001《質(zhì)量管理體系要求》標(biāo)準(zhǔn)建立，而CAP1000核電項(xiàng)目在實(shí)現(xiàn)過程中要求與國內(nèi)核電標(biāo)準(zhǔn)HAF003《電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》及其HAD相關(guān)導(dǎo)則和美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASME NQA-1標(biāo)準(zhǔn)保持一致，不同標(biāo)準(zhǔn)之間存在較大差異，所以在藥筒驅(qū)動(dòng)裝置整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程中須建立一套獨(dú)立的核電質(zhì)量保證體系。雙體系獨(dú)立運(yùn)行在實(shí)際執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)混淆的風(fēng)險(xiǎn)，如只取得火工品操作崗位資格，而未取得核電項(xiàng)目崗位資格授權(quán)就開展項(xiàng)目工作，對見證W點(diǎn)未通知相關(guān)方或出席率偏低，不符合項(xiàng)或不合格品出現(xiàn)分級(jí)錯(cuò)誤，核電項(xiàng)目用壓力表未在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行校準(zhǔn)或超出2周校準(zhǔn)有效期等情況。

2.5 項(xiàng)目功能實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)

藥筒驅(qū)動(dòng)裝置由點(diǎn)火裝置、封接組件和藥筒本體等部分組成，各部分完成指定的功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)活塞切斷剪切蓋。產(chǎn)品在某一時(shí)刻，某一零部件或功能單元發(fā)生了故障，若產(chǎn)品沒有完成相應(yīng)功能，它的任何失效都將造成功能任務(wù)的失敗或效能降低，所以產(chǎn)品的所有失誤性動(dòng)作均為故障。依據(jù)其技術(shù)規(guī)格書要求中規(guī)定的性能參數(shù)和極限情況，確定出現(xiàn)如表1所示情況時(shí)可判斷其發(fā)生故障。具體如表1所示。

表1 CAP1000項(xiàng)目藥筒驅(qū)動(dòng)裝置功能實(shí)現(xiàn)故障類型

2.6 其他風(fēng)險(xiǎn)

除上述主要風(fēng)險(xiǎn)外，CAP1000核電項(xiàng)目用藥筒驅(qū)動(dòng)裝置還將面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)，如火工品用于核電設(shè)施，存在安裝、拆換施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)不足、政治經(jīng)濟(jì)類風(fēng)險(xiǎn)、合同類風(fēng)險(xiǎn)、裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等。

3 CAP1000 用藥筒驅(qū)動(dòng)裝置質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管控

3.1 強(qiáng)化設(shè)計(jì)接口管控

重點(diǎn)管控從設(shè)計(jì)院到示范公司再到制造單位及分包商之間設(shè)計(jì)接口交換數(shù)據(jù)的匹配性，及時(shí)掌握技術(shù)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整變動(dòng)；定期組織對項(xiàng)目技術(shù)文件、圖紙等進(jìn)行集中學(xué)習(xí)，開展設(shè)計(jì)交流，提前發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)將反饋問題和意見，并協(xié)同設(shè)計(jì)方、用戶、業(yè)主、供應(yīng)商和相關(guān)方進(jìn)行解決；對因美方限制出口轉(zhuǎn)而采取自主研發(fā)的設(shè)計(jì)，應(yīng)廣泛采用驗(yàn)證、模擬、仿真、對比等方式，發(fā)揮現(xiàn)有成熟火工技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢，確保設(shè)計(jì)結(jié)果充分滿足技術(shù)規(guī)格書的要求。

3.2 實(shí)施全過程可視化管理

CAP1000項(xiàng)目用藥筒驅(qū)動(dòng)裝置從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到檢驗(yàn)、試驗(yàn)全面實(shí)施專人專管，項(xiàng)目人員定期對核電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和核質(zhì)保體系文件程序進(jìn)行學(xué)習(xí)培訓(xùn)，熟悉、理解和掌握項(xiàng)目過程控制的各項(xiàng)要求，并嚴(yán)格執(zhí)行；對項(xiàng)目全過程實(shí)行可視化管理，從原料加工到產(chǎn)品裝配實(shí)施過程QCP控制，采用客戶、業(yè)主和設(shè)計(jì)方認(rèn)可、選點(diǎn)方式實(shí)施全過程質(zhì)量管控；客戶、業(yè)主和設(shè)計(jì)方通過對QCP的選點(diǎn)（W、H點(diǎn)）實(shí)施見證、檢驗(yàn)及驗(yàn)收，進(jìn)而對藥筒驅(qū)動(dòng)裝置的整個(gè)生產(chǎn)和驗(yàn)收過程實(shí)施監(jiān)督審查，確保實(shí)物質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。

3.3 針對功能故障強(qiáng)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程管控

藥筒驅(qū)動(dòng)裝置其作用主要依靠裝藥來完成，藥劑作用產(chǎn)生的能量實(shí)現(xiàn)活塞切斷剪切蓋，成功打開閥門。如果出現(xiàn)裝藥錯(cuò)誤或藥劑量不足，則可能存在點(diǎn)火藥輸出能量不足未引燃輸出裝藥，或輸出藥能量不足未完成切斷功能等風(fēng)險(xiǎn)。所以，對于裝藥采用裕度設(shè)計(jì)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控。

裕度一般指留有一定余地的程度，裝藥的設(shè)計(jì)裕度控制就是在裝藥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和范圍，考慮各種客觀和人為影響因素，允許裝藥存在一定誤差的情況下仍能實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)[3]。

通過計(jì)算密閉容器燃燒壓力，得出裝藥質(zhì)量估算值?？紤]到活塞剪切蓋實(shí)際剪切破壞載荷，在估算值的基礎(chǔ)上對藥筒驅(qū)動(dòng)裝置裝藥量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，滿足其在藥量一定的偏差下實(shí)現(xiàn)工作功能。

3.4 實(shí)施質(zhì)量保證（QA）數(shù)據(jù)包管控

QA記錄數(shù)據(jù)包可以有效地證明產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量管控的有效性，內(nèi)容包括從原料采購到產(chǎn)品加工、裝配、試驗(yàn)等相關(guān)施工的原始記錄和驗(yàn)收測試報(bào)告。在產(chǎn)品交付顧客使用前，整合QA記錄數(shù)據(jù)包，提交顧客及業(yè)主確認(rèn)，保證交付產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，便于顧客及業(yè)主了解產(chǎn)品施工過程，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行追溯。QA數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容如表2所示。

表2 CAP1000項(xiàng)目藥筒驅(qū)動(dòng)裝置QA數(shù)據(jù)包

4 結(jié)語

藥筒驅(qū)動(dòng)裝置作為CAP1000非能動(dòng)先進(jìn)壓水堆機(jī)組安全設(shè)備的初始動(dòng)能源，其可靠性對三代核電站技術(shù)安全性有直接影響，一旦失效會(huì)在事故狀態(tài)下造成災(zāi)難性后果。對藥筒驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析，在其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中采取正確、合理的管控措施，可以有效地降低項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，提高核安全質(zhì)量。因此，對CAP1000核電用藥筒驅(qū)動(dòng)裝置質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)問題開展的研究，可以為相關(guān)工作的開展提供指導(dǎo)。

【1】張迎春.火工技術(shù)在核電爆破閥中的重要作用[A].第六屆中國核電前沿高峰論壇[C].上海：國際核電運(yùn)維大會(huì)，2014(3):91-94.

【2】張欣莉，汪賢裕.項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

【3】蔡瑞嬌，翟志強(qiáng)，董海平，等.火工品可靠性評(píng)估試驗(yàn)信息熵等值方法[J].含能材料，2007(1):68-72.

Management and Control to the Risk of Safety Initial Dynamic Energy in Non-active Pressurized-water Reactor Nuclear-power Plants

CHEN Lei,YANG Jie,FANG Zhao,GUAN Xin
(Shaanxi Applied Physics&Chemistry Research Institute,Xi'an710061,China)

At present the pyrotechnic technique(cartridge drive device)is used as the initial dynamic energy in the safety disposal of the reactor in the current localized non-active pressurized-water reactor nuclear-power plants(CAP1000 project).The technology is still in the development stage,and as for the risk management and control in its design,development and performance there is no mature and stable nuclear-power plant for reference.This paper analysed the quality risk of cartridge drive device from the aspects of design,procurement and system,putting forward the corresponding control counter measures.

nuclear-power plants;pyrotechnic device;risk analysis;risk management and control

TM 623

B

1007-9467（2016）08-0089-02

2016-08-01

陳磊（1984～），男，陜西西安人，工程師，從事火工及核電技術(shù)質(zhì)量管控與研究。