EPR安全分級(jí)方法及應(yīng)用

宋中權(quán)，李福東，趙小玉

（臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司，廣東 臺(tái)山 529228）

EPR核電廠是主要吸收法馬通N4和西門(mén)子KONVOI堆型的新技術(shù)，按照EUR（歐洲用戶安全要求）要求開(kāi)發(fā)的第三代壓水堆機(jī)組。EPR核電廠的分級(jí)體系繼承了法國(guó)核電廠的分級(jí)體系，包括安全分級(jí)、抗震分級(jí)、規(guī)范等級(jí)及質(zhì)量保證等級(jí)，其中安全分級(jí)是核安全監(jiān)管部門(mén)最為關(guān)注的分級(jí)事項(xiàng)。

目前，EPR屬于三代核電技術(shù)，其分級(jí)體系并不為大多人熟知。本文著重闡述EPR安全分級(jí)的目的、體系、方法以及與CPY（以CPR為例）的區(qū)別，有助于相關(guān)人員熟悉EPR分級(jí)方法并應(yīng)用于核安全設(shè)備監(jiān)督管理工作中。

1 安全分級(jí)的目的

核電廠物項(xiàng)種類(lèi)繁多、數(shù)量巨大，執(zhí)行的功能各不相同，必須依靠嚴(yán)格的安全等級(jí)劃分，從而確定執(zhí)行不同的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、鑒定等要求，保證核電廠的安全性。而安全等級(jí)劃分的高低，直接影響設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試等核電廠建造成本。因此，安全等級(jí)劃分必須在保證安全的前提下，合理控制核電廠的造價(jià)。

核電廠物項(xiàng)的安全等級(jí)與其執(zhí)行的安全功能密不可分，物項(xiàng)執(zhí)行的安全功能和其安全功能的重要程度，將直接影響物項(xiàng)的安全級(jí)別。因此，安全分級(jí)的前提是識(shí)別物項(xiàng)執(zhí)行的安全功能，以及分析失效對(duì)安全的影響程度，然后對(duì)不同安全等級(jí)的物項(xiàng)提出不同的設(shè)計(jì)、制造要求，用于指導(dǎo)物項(xiàng)的具體工作。

核電廠三大安全功能包括：安全停堆并維持安全停堆狀態(tài)（反應(yīng)性控制）、停堆后堆芯排出余熱（余熱排出）、防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境（放射性包容）。物項(xiàng)執(zhí)行的安全功能即是防止上述三大安全功能失效，這也是指導(dǎo)安全分級(jí)的核心思想，具體內(nèi)容參照HAD102/03《用于沸水堆、壓水堆和壓力管式反應(yīng)堆的安全功能和部件分級(jí)》安全功能章節(jié)。

2 EPR安全分級(jí)

為保證核電廠三大安全功能的有效執(zhí)行，EPR核電廠安全分級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了在放射性物質(zhì)與外部環(huán)境間增加屏障，用以包容放射性物質(zhì)，如一回路壓力邊界，雙層安全殼設(shè)計(jì)等。同時(shí)，考慮一定事故工況下，通過(guò)安全相關(guān)系統(tǒng)動(dòng)作減緩事故的影響，限制放射性物質(zhì)釋放，如安全注入系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)等。因此，EPR核電廠安全分級(jí)設(shè)計(jì)上主要考慮兩類(lèi)：一類(lèi)是機(jī)組各種運(yùn)行工況下包容放射性物質(zhì)，保護(hù)公眾和環(huán)境的屏障功能；另一類(lèi)是事故發(fā)生后起到減緩事故影響，限制事故后放射性物質(zhì)釋放的緩解功能。

2.1 屏障功能

EPR核電廠屏障功能主要用于指導(dǎo)機(jī)械分級(jí)，包括機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)和機(jī)械承壓設(shè)備分級(jí),與系統(tǒng)、電氣設(shè)備和儀控設(shè)備分級(jí)無(wú)關(guān)，即通過(guò)機(jī)械分級(jí)保證屏障功能。EPR核電廠機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)包括：M1-組成一回路系統(tǒng)的全部機(jī)械設(shè)備；M2-與一回路連接，運(yùn)行時(shí)不強(qiáng)制要求保證包殼完整性的機(jī)械設(shè)備，但包括安全殼貫穿件；M3-除M1、M2外其他參與包容放射性的機(jī)械設(shè)備。法國(guó)ESPN法令根據(jù)承壓設(shè)備包容流體的性質(zhì)，規(guī)定機(jī)械承壓設(shè)備分級(jí)，包括：N1-指一回路和二回路部分；N2-指包容放射性活度370000MBq以上的機(jī)械設(shè)備；N3-指包容放射性活度370MBq-370000MBq之間的機(jī)械設(shè)備。從設(shè)備本身而言，機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)和機(jī)械承壓設(shè)備分級(jí)存在部分重疊。

EPR核電廠利用機(jī)械分級(jí)確定設(shè)備的質(zhì)量分級(jí)，包括Q1、Q2、Q3、NC。機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)保等采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，都與質(zhì)量分級(jí)有關(guān)，質(zhì)量分級(jí)不同采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也不同。質(zhì)量分級(jí)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 質(zhì)量分級(jí)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

2.2 緩解功能

EPR核電廠考慮事故緩解功能時(shí)，將安全功能分級(jí)從安全分級(jí)設(shè)計(jì)中獨(dú)立出來(lái)，依據(jù)安全功能在事故處理過(guò)程中的重要性劃分不同等級(jí)。需要指出的是，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，它可能執(zhí)行多個(gè)功能，因此劃分安全功能分級(jí)時(shí)應(yīng)指明系統(tǒng)中每一部分的級(jí)別。表2是緩解功能下的安全分級(jí)體系。

表2 安全分級(jí)

系統(tǒng)執(zhí)行F1A功能時(shí)，要求事故發(fā)生較短時(shí)間內(nèi)核電廠就做出正確響應(yīng)，未留給操作員響應(yīng)時(shí)間，因而執(zhí)行F1A功能優(yōu)先由系統(tǒng)自發(fā)完成。當(dāng)核電廠已經(jīng)處于可控并在一定時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，且操作員有足夠的時(shí)間判斷和手動(dòng)操作，此可定義為F1B功能。系統(tǒng)執(zhí)行F2功能時(shí)，不需對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)體隔離，不強(qiáng)制要求抗震設(shè)計(jì)和提供應(yīng)急電源。核電廠系統(tǒng)是由一系列機(jī)械、電氣和儀控設(shè)備構(gòu)成，系統(tǒng)執(zhí)行何種功能都是通過(guò)這些設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，機(jī)械、電氣和儀控設(shè)備安全分級(jí)與系統(tǒng)安全分級(jí)存在必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體可見(jiàn)表2。對(duì)于機(jī)械設(shè)備，只要參與包容放射性（M1/M2/M3）,系統(tǒng)肯定執(zhí)行F1功能，但執(zhí)行F2功能時(shí)，機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)無(wú)強(qiáng)制要求。電氣設(shè)備安全分級(jí)EE1為保證F1功能順利實(shí)現(xiàn)，EE2則是保證F2功能實(shí)現(xiàn)，儀控設(shè)備安全分級(jí)與之類(lèi)似。

3 EPR與CPR安全分級(jí)比較

CPR設(shè)備安全分級(jí)主要分為兩個(gè)部分，包括機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)、電氣儀控設(shè)備安全分級(jí)，其中機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)又分為承壓機(jī)械設(shè)備與非承壓機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)。按照《法國(guó)核電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，承壓機(jī)械設(shè)備按照其功能失效對(duì)故障的影響程度，劃分為安全1級(jí)，安全2級(jí)，安全3級(jí)和非安全級(jí)。非承壓機(jī)械設(shè)備分為安全相關(guān)級(jí)和非安全相關(guān)級(jí)。電氣儀控設(shè)備按其在事故后承擔(dān)的任務(wù)分為安全級(jí)（1E）和非安全級(jí)（NC）。

EPR是在傳統(tǒng)二代和二代加機(jī)組技術(shù)基礎(chǔ)上，吸收壓水堆設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，按照EUR要求開(kāi)發(fā)的第三代壓水堆機(jī)組。因此，EPR繼承了CPR分級(jí)體系，兩者的原理和方法基本類(lèi)似，但EPR增加了EUR要求，相比于CPR其安全分級(jí)更加細(xì)致，更加深入。EPR根據(jù)機(jī)械設(shè)備的安全分級(jí)和承壓設(shè)備分級(jí)確定設(shè)備的質(zhì)量等級(jí)，用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)、制造等活動(dòng)。但CPR無(wú)此項(xiàng)定義。EPR區(qū)分電氣、儀控設(shè)備，劃分級(jí)別也不同，但CPR將兩者統(tǒng)一考慮。EPR強(qiáng)調(diào)安全功能分級(jí)，但CPR沒(méi)有獨(dú)立定義的安全功能分級(jí)。對(duì)于構(gòu)筑物的安全分級(jí)，EPR和CPR則沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。

4 EPR核安全分級(jí)

核安全分級(jí)是進(jìn)口民用核安全設(shè)備監(jiān)督管理重要工作之一，也是困擾安檢人員的難題。目前，CPR機(jī)組安全分級(jí)體系成熟，且與核安全監(jiān)管部門(mén)的安全分級(jí)體系匹配，安檢相關(guān)人員通過(guò)簡(jiǎn)單判定即可確定監(jiān)管設(shè)備的核安全級(jí)別。但EPR屬于新機(jī)組，且安全分級(jí)體系復(fù)雜，不為核電從業(yè)人員和監(jiān)管部門(mén)所熟知，核安全級(jí)別劃分困難，甚至存在劃分錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

4.1 核安全分級(jí)方法

前文研究了EPR核電廠安全分級(jí)體系，可知安全分級(jí)主要由屏障功能引出的質(zhì)量分級(jí)和緩解功能引出的安全功能分級(jí)組成。因此，EPR核安全分級(jí)的首要工作即是確定設(shè)備的質(zhì)量分級(jí)和安全功能分級(jí)。

（1）質(zhì)量分級(jí)和安全功能分級(jí)。一般而言，核電廠設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)簽，包含設(shè)備屬于的機(jī)組、系統(tǒng)、位置、代碼等信息，此獨(dú)立標(biāo)簽就是設(shè)備的功能位置碼。通過(guò)功能位置碼中的功能碼可以方便查找設(shè)備所在的系統(tǒng)，然后依據(jù)系統(tǒng)查詢?cè)O(shè)計(jì)文件和EPR設(shè)備分級(jí)清單，可以確定設(shè)備的質(zhì)量分級(jí)和安全功能分級(jí)。對(duì)于一些大量采購(gòu)且將來(lái)可用于互換的閥門(mén)，如小型球閥、隔膜閥，并沒(méi)有功能位置碼，但設(shè)計(jì)時(shí)制定了閥門(mén)特征碼（簡(jiǎn)稱(chēng)VSN）。VSN涵蓋閥門(mén)的類(lèi)型、口徑、壁厚、安全功能分級(jí)、質(zhì)量分級(jí)、電裝類(lèi)型等信息。依據(jù)VSN提供的信息也可方便確定閥門(mén)的質(zhì)量分級(jí)和安全功能分級(jí)。但有些大宗材料如管道和管配件、電纜等，設(shè)計(jì)時(shí)僅提出材質(zhì)、尺寸、型號(hào)等要求，未特別指定使用場(chǎng)所，因此沒(méi)有功能位置碼，也沒(méi)有類(lèi)似閥門(mén)的特征碼，對(duì)于此類(lèi)物項(xiàng)可通過(guò)技術(shù)文件獲取安全分級(jí)信息。

（2）核安全分級(jí)。EPR安全分級(jí)體系雖傳承于CPR，但兩者之間仍存在差異，且與核安全監(jiān)管部門(mén)發(fā)布的導(dǎo)則HAD102/03也不能完全匹配。為了便于開(kāi)展進(jìn)口民用核安全設(shè)備監(jiān)督管理工作，必須將EPR安全分級(jí)體系和HAD102/03進(jìn)行對(duì)比，找出兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。按照核安全分級(jí)定義，EPR機(jī)械設(shè)備核安全分級(jí)可由質(zhì)量分級(jí)和安全功能分級(jí)初步確定，其中質(zhì)量分級(jí)取機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)（M級(jí)）和機(jī)械承壓設(shè)備分級(jí)（N級(jí)）中的最大值，例如某設(shè)備機(jī)械和承壓設(shè)備分級(jí)分別是M2、N3，則質(zhì)量分級(jí)為Q2。然后對(duì)照HAD102/03分級(jí)規(guī)定，最終判定設(shè)備的核安全分級(jí)。電氣設(shè)備僅EE1為核安全級(jí)，EE2為非核安全級(jí)。儀控設(shè)備E1（E1A和E1B）為核安全級(jí)，E2為非核安全級(jí)。

下面是核安全分級(jí)情況舉例：①核安全1級(jí)包括組成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的部件（不包括名義管徑小于10mm連接管線），包括壓力容器、蒸汽發(fā)生器（一次側(cè)）、主管道和延伸到并包括第二個(gè)隔離閥的連接管線、主泵、穩(wěn)壓器等。②核安全2級(jí)主要指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界部件中不屬于核1級(jí)的部件，如安全注入系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)和安全殼內(nèi)的應(yīng)急和正常給水系統(tǒng)中延伸到并包括最外面的安全橋隔離閥部分、蒸汽發(fā)生器二次側(cè)和延伸到并包括閥門(mén)的蒸汽管線等。③核安全3級(jí)主要指屬于安全2、3的冷卻系統(tǒng)和乏燃料池冷卻系統(tǒng)，如安全殼外的應(yīng)急給水系統(tǒng)、硼酸補(bǔ)給系統(tǒng)等。

確定為核安全2級(jí)設(shè)備的質(zhì)量等級(jí)至少為Q2，甚至Q1，但質(zhì)量分級(jí)Q2不一定確定為核安全2級(jí)。核安全1級(jí)設(shè)備的質(zhì)量分級(jí)必定為Q1，安全功能分級(jí)為F1A。還有一些如安全分級(jí)（F2，Q3）、（F2，EE2）的設(shè)備應(yīng)確定為非核級(jí)，而安全分級(jí)（F2，Q2）、（F2，EE1）確定為核級(jí)，具體核安全分級(jí)還應(yīng)對(duì)照HAD102/03的規(guī)定綜合確定。有些不直接執(zhí)行安全功能的設(shè)備或部件，需優(yōu)先確定其“寄主”的核安全分級(jí)，如閥門(mén)電動(dòng)頭、管道支承件。閥門(mén)電動(dòng)頭的核安全分級(jí)應(yīng)由電動(dòng)頭的電氣安全分級(jí)、閥門(mén)安全功能分級(jí)中的完整性共同決定（安全功能分級(jí)有兩方面要求，分別是完整性和運(yùn)行性），管道支承件重點(diǎn)考慮管道的核安全級(jí)別。

4.2 核安全分級(jí)應(yīng)用

核安全分級(jí)關(guān)乎設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)保等，與核電廠的安全密不可分。因此，核安全分級(jí)是核安全監(jiān)管部門(mén)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，一切監(jiān)督管理活動(dòng)都是以核安全分級(jí)為基礎(chǔ)。

（1）注冊(cè)登記。擬從事民用核安全設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝和無(wú)損檢測(cè)活動(dòng)的，應(yīng)當(dāng)按照活動(dòng)種類(lèi)、設(shè)備類(lèi)別和核安全級(jí)別到核安全監(jiān)管部門(mén)申請(qǐng)注冊(cè)登記。注冊(cè)登記活動(dòng)是核安全設(shè)備監(jiān)督管理重要內(nèi)容之一，也是境外單位向我國(guó)境內(nèi)核電廠提供活動(dòng)的前提條件。禁止無(wú)注冊(cè)登記確認(rèn)書(shū)或者不按照注冊(cè)登記確認(rèn)書(shū)規(guī)定的活動(dòng)種類(lèi)和范圍從事民用核安全設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝和無(wú)損檢測(cè)活動(dòng)。境外單位如需向我國(guó)境內(nèi)核電廠供貨核安全設(shè)備，應(yīng)事先向核安全監(jiān)管部門(mén)申請(qǐng)注冊(cè)，注冊(cè)級(jí)別必須遵從前文核安全分級(jí)方法。

（2）監(jiān)造、驗(yàn)收。核安全設(shè)備監(jiān)造、驗(yàn)收是保證設(shè)備質(zhì)量重要屏障之一，其與核安全分級(jí)密切相關(guān)。對(duì)于監(jiān)造而言，核安全1級(jí)機(jī)械設(shè)備，應(yīng)對(duì)每臺(tái)設(shè)備制造關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證，合格后簽點(diǎn)釋放。對(duì)于數(shù)量較多的核安全1級(jí)機(jī)械設(shè)備，如管道、管配件、支承件，選點(diǎn)見(jiàn)證的設(shè)備數(shù)量不低于該批次設(shè)備總量的30%。核安全2、3級(jí)機(jī)械設(shè)備及核安全電氣和儀控設(shè)備，選點(diǎn)見(jiàn)證的設(shè)備數(shù)量不低于該批次設(shè)備總量的20%。設(shè)備制造關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)質(zhì)量控制點(diǎn)原則上不允許放棄，如存在特殊情況放棄這些控制點(diǎn)，應(yīng)制定合理可行的補(bǔ)充措施進(jìn)行驗(yàn)證。

驗(yàn)收（特指出廠驗(yàn)收）是檢驗(yàn)設(shè)備質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一，應(yīng)根據(jù)審查合格的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)格書(shū)等文件實(shí)施驗(yàn)收工作。依據(jù)設(shè)備核安全級(jí)別決定驗(yàn)收見(jiàn)證比例，與監(jiān)造要求一致。當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)應(yīng)加倍擴(kuò)大抽檢比例，仍發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則100%驗(yàn)收檢查。

（3）安全檢驗(yàn)。安全檢驗(yàn)是進(jìn)口民用核安全設(shè)備監(jiān)管重要事項(xiàng)，是《核安全法》規(guī)定的內(nèi)容。因此，核安全監(jiān)管部門(mén)和核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位都很重視此項(xiàng)工作。為了規(guī)范安全檢驗(yàn)工作，提高工作效率，核安全監(jiān)管部門(mén)制定了一系列管理文件和細(xì)則。核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位也依據(jù)法規(guī)、條例等出版了相應(yīng)的程序文件，用于指導(dǎo)進(jìn)口民用核安全設(shè)備安全檢驗(yàn)管理工作，保證安全檢驗(yàn)流程符合國(guó)家核安全監(jiān)督管理相關(guān)要求。

安全檢驗(yàn)審查內(nèi)容至少包括如下：供貨商及分供方注冊(cè)登記確認(rèn)書(shū)的有效性（范圍、時(shí)限、場(chǎng)所等）；質(zhì)量計(jì)劃及制造過(guò)程質(zhì)量控制情況；過(guò)程檢驗(yàn)和出廠試驗(yàn)完成情況；分包管理與核安全管理要求的符合性；設(shè)備監(jiān)造、監(jiān)裝、裝運(yùn)前檢驗(yàn)和驗(yàn)收完成情況及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的處理情況等等，上述審查內(nèi)容都與確定的核安全級(jí)別對(duì)應(yīng)，不同的核安全級(jí)別，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技術(shù)規(guī)格書(shū)也不一樣。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)核電機(jī)組的安全分級(jí)體系并沒(méi)有完全統(tǒng)一，各技術(shù)路線安全分級(jí)體系雖有聯(lián)系，但仍各成一派，尤其是EPR安全分級(jí)體系復(fù)雜，不為核電從業(yè)人員熟知。本文從EPR安全分級(jí)目的出發(fā)，分析執(zhí)行安全的屏障功能和緩解功能，通過(guò)EPR與CPR安全分級(jí)的比較，對(duì)EPR核安全分級(jí)進(jìn)行研究，并結(jié)合事例介紹核安全分級(jí)的應(yīng)用，以期滿足核安全相關(guān)人員的需求，尤其是幫助核安全設(shè)備安全檢驗(yàn)人員解決分級(jí)困惑。同時(shí)，依據(jù)統(tǒng)一的安全分級(jí)體系指導(dǎo)核電設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等活動(dòng)，不僅能提高核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性，還可以加快我國(guó)核電工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、自主化進(jìn)程。