核電廠堆內(nèi)構(gòu)件在延壽期間的老化管理

徐元東

中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司 湖北武漢 430223

美國(guó)EPRI針對(duì)堆內(nèi)構(gòu)件，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了《PWR堆內(nèi)構(gòu)件材料老化降質(zhì)機(jī)理的篩選和門(mén)檻值》、《PWR堆內(nèi)構(gòu)件管理其老化效應(yīng)的策略》等文件來(lái)規(guī)范核電廠堆內(nèi)構(gòu)件的老化管理活動(dòng)。美國(guó)NRC也要求電廠通過(guò)水化學(xué)控制、在役檢查等來(lái)管理堆內(nèi)構(gòu)件的潛在老化效應(yīng)，對(duì)其相關(guān)的老化管理活動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)性的規(guī)定。

本文簡(jiǎn)要論述了在延壽運(yùn)行期間，堆內(nèi)構(gòu)件老化機(jī)理的范圍、老化分析的方法等，確定其對(duì)這些潛在的老化效應(yīng)/機(jī)理是否能實(shí)施充分、有效的管理，從而保障堆內(nèi)構(gòu)件的老化管理部件在延壽期間可執(zhí)行其預(yù)期功能。

1 老化管理的范圍

堆內(nèi)構(gòu)件老化管理的范圍包括吊籃筒體、吊籃法蘭、吊籃出口管嘴、圍板、輻板、導(dǎo)向筒、壓緊彈簧等老化問(wèn)題的管理。

通過(guò)材料/環(huán)境分析法，并參考美國(guó)的技術(shù)導(dǎo)則，以及結(jié)合核電廠內(nèi)部經(jīng)驗(yàn)反饋，堆內(nèi)構(gòu)件的老化效應(yīng)包括：各種形式的開(kāi)裂，包括SCC等；磨損引起的材料損失；熱老化或中子輻照脆化引起的斷裂韌性降低；輻照腫脹引起的尺寸改變；由熱和輻照促進(jìn)應(yīng)力松弛引起的預(yù)載荷損失。

2 堆內(nèi)構(gòu)件的老化分析

2.1 堆內(nèi)構(gòu)件老化分析評(píng)估方法包括

（1）根據(jù)EPRIMRP技術(shù)導(dǎo)則建立的相應(yīng)的老化機(jī)理篩選準(zhǔn)則，并結(jié)合核電廠堆內(nèi)構(gòu)件部件的材料、制造過(guò)程、運(yùn)行環(huán)境、應(yīng)力等因素，確定各老化機(jī)理發(fā)生的可能性，并將該準(zhǔn)則用于識(shí)別主要的老化機(jī)理和受老化影響的主要部件；

（2）通過(guò)故障模式、影響及危害分析（FMECA），從失效可能性和損傷可能性?xún)煞矫姘攵吭u(píng)估受到開(kāi)裂、斷裂韌度降低、材料損失以及尺寸改變等老化效應(yīng)影響大的部件；

（3）結(jié)合篩選準(zhǔn)則，對(duì)識(shí)別出的主要堆內(nèi)構(gòu)件部件進(jìn)行功能性分析[1]。

根據(jù)堆內(nèi)構(gòu)件老化機(jī)理發(fā)生的可能性和造成的后果不同，對(duì)其部件進(jìn)行分類(lèi)，并采取不同的老化管理措施。堆內(nèi)構(gòu)件部件可以分為A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)。

2.2 堆內(nèi)構(gòu)件部件初步分類(lèi)

初步分類(lèi)主要是把現(xiàn)有堆內(nèi)構(gòu)件部件初步分為類(lèi)別A和非類(lèi)別A部件。其中非類(lèi)別A部件是指篩選參數(shù)高于老化篩選準(zhǔn)則而篩選出的堆內(nèi)構(gòu)件部件，對(duì)于該類(lèi)部件，將通過(guò)FMECA的詳細(xì)分析進(jìn)而識(shí)別出其中的主要部件。

2.3 堆內(nèi)構(gòu)件部件FMECA分析

堆內(nèi)構(gòu)件的FMECA是一個(gè)自下而上的用于分析潛在失效發(fā)生對(duì)系統(tǒng)影響的方法。它通過(guò)逐一分析堆內(nèi)構(gòu)件各組成部件的不同失效對(duì)運(yùn)行、系統(tǒng)和周?chē)考挠绊?，全面識(shí)別其中的主要部件，并為評(píng)價(jià)和改進(jìn)部件可靠性提供基本信息。

與篩選相結(jié)合的FMECA的目的是基于材料老化機(jī)理和功能分析（包括部件失效后果考慮、電站可靠性和經(jīng)濟(jì)影響考慮）為堆內(nèi)構(gòu)件分類(lèi)和評(píng)級(jí)提供技術(shù)基礎(chǔ)[2]。本質(zhì)上，F(xiàn)MECA是初步篩選和增強(qiáng)分類(lèi)的中間步驟。

FMECA開(kāi)始分析屬于定性分析，評(píng)估可能性和后果后可以達(dá)到半定量分析的目的。

（1）部件失效：給定部件因一種或多種老化機(jī)理導(dǎo)致材料退化，從而引起部件在正常運(yùn)行或事故條件下失去執(zhí)行其預(yù)期設(shè)計(jì)功能的能力。

（2）失效可能性：部件在運(yùn)行壽期內(nèi)出現(xiàn)失效的可能性。

（3）堆芯損傷：對(duì)一個(gè)或多個(gè)燃料組件或其它堆內(nèi)構(gòu)件部件的物理?yè)p壞，或者通過(guò)燃料、堆芯支撐/燃料彈簧壓緊力喪失、松動(dòng)件、多個(gè)控制棒插棒能力喪失等直接影響和削弱安全停堆能力。

（4）損傷可能性：有條件的部件失效導(dǎo)致的堆芯損傷可能性不代表真實(shí)的失效可能性。

2.4 堆內(nèi)構(gòu)件的部件識(shí)別

堆內(nèi)構(gòu)件老化增強(qiáng)分類(lèi)的目標(biāo)是處理FMECA得到的半定量結(jié)果，識(shí)別出受老化影響的主要部件[3]。因此，F(xiàn)MECA評(píng)估結(jié)果將作為分類(lèi)和評(píng)級(jí)處理的初始輸入。基于FMECA結(jié)果，確定每個(gè)已識(shí)別部件的分類(lèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）堆內(nèi)構(gòu)件通過(guò)四步分類(lèi)方法（基于篩選準(zhǔn)則的老化機(jī)理分析、初步分類(lèi)、FMECA分析、部件識(shí)別）將其三類(lèi)部件歸類(lèi)到以下四組之一：主要部件、擴(kuò)大部件、現(xiàn)有大綱部件和無(wú)附加措施部件，識(shí)別了需進(jìn)行老化效應(yīng)探測(cè)的部件；

（2）在堆內(nèi)構(gòu)件的老化效應(yīng)探測(cè)上，用于主要部件和現(xiàn)有大綱部件的老化效應(yīng)探測(cè)，若老化效應(yīng)超出預(yù)期水平時(shí)，則還需包含擴(kuò)大部件；

（3）對(duì)核電廠堆內(nèi)構(gòu)件的老化管理進(jìn)行了規(guī)定，能對(duì)潛在的老化效應(yīng)/機(jī)理實(shí)施充分、有效的管理，從而保障堆內(nèi)構(gòu)件老化管理部件在延壽期間執(zhí)行其預(yù)期的功能。