新建核電廠能動閥門鑒定過程質(zhì)量控制

中核匯能有限公司 徐雨婷 中國核電工程有限公司 張 衛(wèi)

為滿足三代核電技術(shù)的指標(biāo)要求，根據(jù)近些年來國內(nèi)外已有核電廠在安全方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和福島核電站事故的經(jīng)驗(yàn)反饋，國內(nèi)新建三代核電機(jī)組均采取了提高地面峰值加速度的設(shè)計(jì)改進(jìn)，并設(shè)置電廠嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解措施[1]。根據(jù)IAEA 的安全準(zhǔn)則，為滿足核電廠安全運(yùn)行要求，只有經(jīng)過鑒定的設(shè)備才能被使用。但由于地震加速度、環(huán)境條件等的技術(shù)要求的升級，能動閥門供貨商已有的鑒定樣機(jī)往往無法完全覆蓋新建核電廠的技術(shù)要求。因此，針對新建核電廠需開展已有樣機(jī)鑒定的評估和分析，必要時開展新的樣機(jī)鑒定，以確保能動閥門在其整個設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命期內(nèi)，滿足處于需要起作用時的環(huán)境條件下執(zhí)行其安全功能的要求[2]。

1 鑒定實(shí)踐及問題

1.1 鑒定標(biāo)準(zhǔn)差異

能動閥門類別多、工況復(fù)雜、技術(shù)參數(shù)要求高，設(shè)備供貨商涵蓋歐洲（法國、德國、英國等）、美國及國內(nèi)閥門制造廠[3]，設(shè)備設(shè)計(jì)對應(yīng)遵照RCC、ASME 或國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。不同的標(biāo)準(zhǔn)體系下針對能動閥門的鑒定要求略有不同，其主要特征如下：

美國標(biāo)準(zhǔn)體系中，能動閥門鑒定的標(biāo)準(zhǔn)為ASNSI B16.41《核電廠動力操作能動閥門的功能鑒定要求》、ASME QME-1《核電廠能動機(jī)械設(shè)備鑒定》；RCC 體系中暫無能動閥門的鑒定要求，歐洲供貨商往往根據(jù)行業(yè)實(shí)踐（如法國核電站的經(jīng)驗(yàn)做法），結(jié)合設(shè)計(jì)方鑒定技術(shù)文件要求進(jìn)行能動閥門的鑒定，樣機(jī)數(shù)量的選擇、樣機(jī)鑒定的試驗(yàn)項(xiàng)目要求、參數(shù)要求以設(shè)計(jì)文件要求為主；國內(nèi)相關(guān)的閥門鑒定標(biāo)準(zhǔn)為行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際核電廠能動閥門鑒定過程中，供貨商主要依據(jù)設(shè)計(jì)院研制任務(wù)書的要求開展鑒定工作。

對供貨商而言，沿用已有的鑒定經(jīng)驗(yàn)、利用已完成的鑒定成果必然是最優(yōu)選擇。但不同的標(biāo)準(zhǔn)體系中能動閥門的鑒定要求存在差異，對于新建核電廠而言，首先應(yīng)考慮明確并統(tǒng)一能動閥門的鑒定要求,從標(biāo)準(zhǔn)層面實(shí)現(xiàn)閥門鑒定的質(zhì)量控制。

1.2 鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目及參數(shù)差異

針對能動閥門的各項(xiàng)鑒定試驗(yàn)，鑒定標(biāo)準(zhǔn)中均給出了試驗(yàn)的項(xiàng)目、試驗(yàn)的順序和具體的試驗(yàn)方法。但針對具體的試驗(yàn)項(xiàng)目或試驗(yàn)方法，不同的標(biāo)準(zhǔn)間也存在一定的差異。如在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、ANSI B16.41中明確要求進(jìn)行的振動老化試驗(yàn)，但在ASME QME-1中并無要求。而具體到振動老化的具體頻率范圍和振動幅值等試驗(yàn)參數(shù)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和ANSI B16.41要求又不盡相同。

為滿足三代核電技術(shù)的指標(biāo)要求，新建核電廠往往會針對能動設(shè)備鑒定提出更高的要求，鑒定要求相關(guān)的規(guī)范程度在原有工程的基礎(chǔ)上有所提升，包絡(luò)的鑒定技術(shù)參數(shù)要求（如地震加速度、覆蓋頻率、環(huán)境條件等）需重新確定。能動閥門樣機(jī)鑒定過程中，試驗(yàn)所取的包絡(luò)技術(shù)參數(shù)需覆蓋不同應(yīng)用場景下各類工況條件下的多種閥門，鑒定條件需考慮實(shí)際工程中的參數(shù)包絡(luò)性，并設(shè)置一定的裕度。從鑒定實(shí)施的可操作性考慮，鑒定試驗(yàn)參數(shù)的要求既需考慮核電廠技術(shù)參數(shù)、工況條件的包絡(luò)要求、現(xiàn)有試驗(yàn)臺架的能力范圍，還要兼顧核電廠工程建設(shè)的進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)性要求。對于新建核電廠而言，為保證鑒定試驗(yàn)進(jìn)程，應(yīng)盡快確定鑒定試驗(yàn)所需鑒定條件的關(guān)鍵參數(shù)要求。

1.3 鑒定狀態(tài)

不同的能動閥門供貨商，其已有的樣機(jī)數(shù)量、類別、覆蓋性等狀態(tài)存在差異。如同樣的能動閥門已在事故運(yùn)行工況下進(jìn)行過鑒定，若其鑒定技術(shù)規(guī)格書能覆蓋新建核電廠要求，則對于新建核電廠該鑒定是有效的。如設(shè)備是全新且沒有任何電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，則其將要做的鑒定工作應(yīng)覆蓋所有的運(yùn)行工況。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，若已有樣機(jī)的特征參數(shù)僅是部分不能覆蓋新建電廠的要求，則可考慮使用擴(kuò)展鑒定的方法來完成樣機(jī)鑒定。根據(jù)不同情況，能動閥門鑒定狀態(tài)分為以下三類：

原鑒定有效（V）：表示對于安裝在已有電站中的相應(yīng)設(shè)備，之前所做的鑒定對于本工程依然有效；全新鑒定（N）：表示由于之前的鑒定不能包絡(luò)新電廠廠址工況（大部分情況下不同的地震水平）而必須進(jìn)行部分新的事故鑒定，或該設(shè)備從未被鑒定而必須進(jìn)行完整的全新鑒定；擴(kuò)展鑒定（E）：表示由于新的廠址工況（大部分情況下更高的或不同的地震水平）或設(shè)備設(shè)計(jì)差異（如該差異很關(guān)鍵，則該設(shè)備須根據(jù)下一條（N）進(jìn)行新的鑒定）等導(dǎo)致鑒定的擴(kuò)展，需對之前所做的事故鑒定重新進(jìn)行審核，以驗(yàn)證是否能夠覆蓋新工程的鑒定要求。

基于能動閥門鑒定狀態(tài)的鑒定邏輯圖見圖1。對新建核電廠而言，能動閥門鑒定時應(yīng)評估供貨商的樣機(jī)鑒定狀態(tài)。鑒于能動閥門供貨商往往具有一定的核電供貨業(yè)績，即具有同類別閥門的鑒定經(jīng)驗(yàn),可考慮使用已有樣機(jī)開展擴(kuò)展鑒定的方法，既可加快工程進(jìn)度、也可節(jié)省采購成本。為保證新建核電廠能動閥門鑒定質(zhì)量，應(yīng)針對已有樣機(jī)明確在什么條件下可以采用擴(kuò)展鑒定、如何完成擴(kuò)展鑒定。

圖1 閥門鑒定類別選取流程圖

1.4 文件格式及深度

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，由于樣機(jī)鑒定的過程涉及供貨商的知識產(chǎn)權(quán)或商業(yè)秘密，在樣機(jī)鑒定相關(guān)的資料提交過程中，供貨商往往結(jié)合自身情況進(jìn)行鑒定文件的簡化或明確說明“僅供廠內(nèi)審閱”。若鑒定文件質(zhì)量無法保證，則樣機(jī)鑒定狀態(tài)也無法掌控。對于新建核電廠，尤其是采用新技術(shù)、新堆型的核電廠，在核安全審評階段設(shè)備鑒定必然是審評的重點(diǎn)。若無法按要求提交滿足審評深度的鑒定文件，可能影響核電廠裝料進(jìn)度。因此，為有效保證鑒定文件質(zhì)量并提高審查效率，有必要明確樣機(jī)鑒定文件的格式和內(nèi)容深度要求。

2 過程控制及解決方案

2.1 過程控制

針對新建核電廠，為統(tǒng)一鑒定標(biāo)準(zhǔn)體系并確定各項(xiàng)鑒定試驗(yàn)的關(guān)鍵輸入要求，有效的實(shí)施對策是統(tǒng)一規(guī)范鑒定的技術(shù)要求、補(bǔ)充鑒定要求的盲區(qū)。為實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量控制，在技術(shù)決策前應(yīng)實(shí)施的措施應(yīng)至少涵蓋：

國內(nèi)外鑒定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對比分析。對比分析國內(nèi)外的鑒定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范差異，包括ASME QME-1、IEEE344、IEEE383、HAF-J0053、NB_T20036等，針對閥門本體、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣附件等各部分的鑒定要求、鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目及其實(shí)施進(jìn)行對比分析，確定統(tǒng)一要求；調(diào)研鑒定試驗(yàn)臺架及試驗(yàn)室。調(diào)研國內(nèi)外能動閥門鑒定相關(guān)的試驗(yàn)臺架，了解現(xiàn)有試驗(yàn)臺架所能實(shí)施的試驗(yàn)極限參數(shù)。與試驗(yàn)室一線試驗(yàn)人員技術(shù)交流，了解各項(xiàng)鑒定試驗(yàn)所需的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)。比較不同的鑒定試驗(yàn)的實(shí)施方法、輸入?yún)?shù)及輸出結(jié)果特征。

專業(yè)協(xié)同確定關(guān)鍵參數(shù)。針對設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故、嚴(yán)重事故下設(shè)備所處的環(huán)境條件，應(yīng)當(dāng)通過專業(yè)協(xié)同的模式，確定不同事故環(huán)境下的溫度、壓力、輻照等環(huán)境條件。梳理能動閥門的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，根據(jù)閥門的功能要求、分體安裝、遠(yuǎn)傳設(shè)計(jì)等，確定不同閥門。

安全審評技術(shù)支持。根據(jù)調(diào)研的結(jié)果，結(jié)合新建核電廠能動閥門的實(shí)際工況以及環(huán)境條件，可與設(shè)備鑒定安全審評專家開展聯(lián)合研究，尋求技術(shù)支持。包括：詳細(xì)了解新建核電廠能動設(shè)備鑒定的審評原則；確定能動閥門鑒定的標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)項(xiàng)目、擴(kuò)展鑒定的原則要求；抗震試驗(yàn)的方法、關(guān)鍵參數(shù)的選??；結(jié)合試驗(yàn)臺架能力和工程參數(shù)，確定能動閥門鑒定的裕度要求；結(jié)合審評原則，探討鑒定文件提交深度。

2.2 解決方案

根據(jù)調(diào)研及咨詢成果，結(jié)合新建核電廠設(shè)計(jì)要求，應(yīng)確定能動閥門的鑒定要求，用于供貨商遵照完成閥門樣機(jī)鑒定，以驗(yàn)證樣機(jī)覆蓋范圍內(nèi)的閥門在正常及事故運(yùn)行等各種工況下能夠完成其功能。

2.2.1 鑒定通用要求

以華龍一號為例，能動閥門的鑒定要求應(yīng)涵蓋的主要內(nèi)容包括：明確規(guī)定能動閥門鑒定所遵循的標(biāo)準(zhǔn)，即閥門的樣機(jī)鑒定應(yīng)按照目前國際上所常用的標(biāo)準(zhǔn)（推薦ASME QME-1（2007版））及行業(yè)實(shí)踐（如法國核電站的經(jīng)驗(yàn)做法）實(shí)施。閥門樣機(jī)鑒定的項(xiàng)目及具體方法應(yīng)遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)踐做法；明確各類閥門的鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目及順序。其中，能動動力驅(qū)動閥門的鑒定試驗(yàn)順序?yàn)椋涸囼?yàn)前檢查、確定基本頻率、環(huán)境和老化模擬、循環(huán)試驗(yàn)、端部加載試驗(yàn)、抗震試驗(yàn)、流體阻斷和功能能力驗(yàn)證、試驗(yàn)后檢查；關(guān)鍵項(xiàng)目的試驗(yàn)方法、參數(shù)及補(bǔ)充試驗(yàn)的要求等。

2.2.2 已有樣機(jī)的鑒定擴(kuò)展原則

以地震加速度導(dǎo)致的變化為例，新建核電廠重大的改進(jìn)之一是將地面峰值加速度由0.2g 提高至0.3g，能動閥門的抗震試驗(yàn)的包絡(luò)加速度取值相對應(yīng)的由4g 提高為6g，因此需要對已完成鑒定能動閥門樣機(jī)的適用性進(jìn)行重新分析和判斷。

對于已鑒定過的閥門樣機(jī)（但鑒定地震加速度4g）,應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)行6g 的抗震試驗(yàn)。如果原樣機(jī)不可用，在補(bǔ)充進(jìn)行相關(guān)的分析證明老化對于閥門（具體到重要零部件）的性能沒有影響的前提下，可采用與原樣機(jī)類似的產(chǎn)品做抗震試驗(yàn)。在這種模式下，應(yīng)首先進(jìn)行6g 的抗震分析：如果分析表明原樣機(jī)可以滿足抗震要求，則進(jìn)行6g 的抗震試驗(yàn)驗(yàn)證；如果分析計(jì)算未通過，則需要改變閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化很小，而且與原樣機(jī)具有相似性，可對改進(jìn)后的設(shè)備進(jìn)行抗震分析，分析通過后進(jìn)行抗震試驗(yàn)驗(yàn)證；如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化很大且與原樣機(jī)不具有相似性，則必須按照ASME QME-1的試驗(yàn)順序進(jìn)行全部的鑒定試驗(yàn)。

3 質(zhì)量控制

在已有明確的能動閥門鑒定技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，對于新建核電廠而言，還應(yīng)加強(qiáng)鑒定過程質(zhì)量控制，于新建核電廠，能動閥門樣機(jī)鑒定各階段質(zhì)量控制要求如下：

樣機(jī)選取階段：為證明樣機(jī)選取的合理性，需針對供貨商已有的、待鑒定樣機(jī)的規(guī)格、參數(shù)開展評估，確定合適的樣機(jī)類別、數(shù)量，以確保樣機(jī)的選取和覆蓋性可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中樣機(jī)覆蓋性分析要求；鑒定大綱階段：按標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求明確樣機(jī)鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目、方法及參數(shù)。應(yīng)要求供貨商提供一份詳細(xì)的鑒定大綱，對規(guī)定的安全相關(guān)的設(shè)備應(yīng)如何滿足規(guī)定要求和參考鑒定標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境、地震進(jìn)行說明。鑒定大綱應(yīng)詳細(xì)規(guī)定滿足新建核電廠技術(shù)要求的各種鑒定策劃，至少應(yīng)提供待鑒定設(shè)備的描述、性能要求和設(shè)備規(guī)格書、鑒定要求、采用的方法和文件要求的說明。

設(shè)計(jì)方案評審階段：在能動閥門樣機(jī)完成相關(guān)的設(shè)計(jì)文件、鑒定大綱后，需開展階段性外部審評；關(guān)鍵試驗(yàn)見證：根據(jù)能動閥門樣機(jī)鑒定質(zhì)量計(jì)劃，在開展關(guān)鍵鑒定試驗(yàn)時現(xiàn)場見證，確保其方法、試驗(yàn)輸入、數(shù)據(jù)采集、試驗(yàn)結(jié)果等滿足新建核電廠的要求；試驗(yàn)報告：由試驗(yàn)室專業(yè)人員出具詳細(xì)試驗(yàn)報告，記錄試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)；鑒定報告：能動閥門的樣機(jī)鑒定報告應(yīng)按鑒定文件的格式要求進(jìn)行編制，報告中應(yīng)對樣機(jī)的對于供貨產(chǎn)品的覆蓋性進(jìn)行驗(yàn)證說明，總結(jié)樣機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目、關(guān)鍵參數(shù)及結(jié)果。

在開展上述質(zhì)量控制的前提下，能動閥門樣機(jī)鑒定各項(xiàng)工作完成后，還應(yīng)由相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)或鑒定機(jī)構(gòu)組織行業(yè)內(nèi)專家開展最終評審，在獲得科學(xué)技術(shù)鑒定成果鑒定證書后，可確保其滿足相應(yīng)核電廠的鑒定要求。

綜上，本文分析了新建核電廠能動閥門鑒定過程中的典型問題，闡述了為統(tǒng)一鑒定原則、鑒定方法、試驗(yàn)參數(shù)等所采取的質(zhì)量控制過程，針對典型問題給出了解決方案。結(jié)合樣機(jī)鑒定管控過程，本文給出了鑒定實(shí)施各階段為加強(qiáng)新建核電廠能動閥門鑒定過程質(zhì)量控制的具體要求。本文成果可應(yīng)用于其它工程、其它堆型的閥門鑒定，對于鑒定條件發(fā)生變化的其它能動設(shè)備鑒定過程管控也具有借鑒意義。