沈 偉

(環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心,北京 100082)

淺述核安全機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)

沈 偉

(環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心,北京 100082)

介紹了核電廠設(shè)備安全分級(jí)的目的以及安全分級(jí)的定義。比較了幾種安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的差異,確定了安全分級(jí)的對(duì)象。根據(jù)安全分級(jí)的法規(guī)依據(jù),闡述了安全功能的定義和種類,探討了安全分級(jí)的方法、具體步驟和安全等級(jí)的分界,以及對(duì)確定為安全級(jí)機(jī)械設(shè)備的要求,最后提出了機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)與電氣設(shè)備安全分級(jí)的關(guān)系,以及機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)與系統(tǒng)安全分級(jí)的關(guān)系。

核安全;機(jī)械設(shè)備;安全分級(jí);概率分析

在核安全日常審評(píng)工作中,許多環(huán)節(jié)都與核電廠設(shè)備安全分級(jí)息息相關(guān),例如：初步安全分析報(bào)告審評(píng)、最終安全分析報(bào)告審評(píng)和在役檢查大綱審評(píng)等。核電廠設(shè)備安全分級(jí)的清晰、明確與否,對(duì)上述工作的順利進(jìn)行具有十分重要的意義[1～4]。

1 安全分級(jí)的目的和定義

確定設(shè)備的安全等級(jí),對(duì)核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。降低等級(jí)會(huì)影響核電廠的安全性,不適當(dāng)?shù)靥岣叩燃?jí)會(huì)增加核電廠的造價(jià)。在一座壓水堆核電廠的設(shè)備中,安全級(jí)設(shè)備的臺(tái)件數(shù)約占設(shè)備總臺(tái)件數(shù)的 40%,而將一件設(shè)備由非安全級(jí)改為安全級(jí),造價(jià)上可能提高數(shù)倍,由此可看出恰當(dāng)分級(jí)的重要意義。

所謂安全分級(jí)就是按照核電廠的設(shè)備和部件是否執(zhí)行安全功能,及根據(jù)此種功能的重要性而劃分的等級(jí)[5]。在安全分級(jí)中,將核電廠設(shè)備分為核安全機(jī)械設(shè)備和核安全電氣設(shè)備。本文主要介紹核安全機(jī)械設(shè)備的安全分級(jí)。

2 安全分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)

到目前為止,國(guó)際上并沒有統(tǒng)一通用的安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而實(shí)際上也不可能做到完全統(tǒng)一。因?yàn)槭紫炔煌盗械暮穗姀S,對(duì)安全分級(jí)的要求不同;其次,不同國(guó)家對(duì)核電廠安全的要求也不盡相同[6]?，F(xiàn)將國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)、美國(guó)、法國(guó)以及我國(guó)對(duì)于壓水堆核電廠有關(guān)機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,如表 1所示。

表 1 核電廠機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)比較

3 核安全機(jī)械設(shè)備的分級(jí)流程

3.1 分級(jí)對(duì)象的確立

在給核電廠機(jī)械設(shè)備分級(jí)時(shí),必須使其具體化。一件設(shè)備可能是由不同安全等級(jí)的若干部分所組成。在實(shí)施分級(jí)時(shí),必須確定出能夠賦予單一等級(jí)的最小單元,以該最小單元作為分級(jí)的具體對(duì)象,最小單元可能是：

(1)一個(gè)組件,如燃料組件;

(2)一件設(shè)備,如柴油發(fā)電機(jī)、連接穩(wěn)壓器與反應(yīng)堆冷卻劑環(huán)路的波動(dòng)管、換料水箱;

(3)一件設(shè)備的某一部分,如反應(yīng)堆冷卻劑泵的泵殼;

(4)一件設(shè)備的某一個(gè)或某一類零件,如反應(yīng)堆冷卻劑泵的飛輪、反應(yīng)堆冷卻劑泵的支撐件[7]。

3.2 安全分級(jí)的依據(jù)

《核電廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》(HAF102)為核電廠的設(shè)計(jì)提供了三項(xiàng)總的要求,這三項(xiàng)要求所確保的三項(xiàng)基本安全功能 (反應(yīng)性控制、余熱排出和放射性物質(zhì)包容)是安全分級(jí)的基本依據(jù)[7]。

3.3 安全功能的定義和種類

安全功能是指核電廠設(shè)計(jì)要求在任何情況下確保反應(yīng)堆安全停堆,從堆芯排出熱量,并限制預(yù)計(jì)運(yùn)行事件和事故工況后果[8]。為達(dá)到這些設(shè)計(jì)要求所必須的功能稱為安全功能。4.2節(jié)中所述的基本安全功能可分列出多條安全功能,每條安全功能對(duì)核電廠安全的重要性是不同的,我們可以按其對(duì)核電廠安全的重要性程度,采用4.4節(jié)中所述的方法來劃分若干組,每組為一級(jí)。

3.4 安全分級(jí)的方法

設(shè)計(jì)中可用兩種方法來確定與安全有關(guān)的機(jī)械設(shè)備分級(jí)要求：確定論法和概率論法。確定論法常對(duì)那些安全上重要的、其損壞能導(dǎo)致重大的放射性釋放事故的系統(tǒng)、部件和構(gòu)筑物提出各種要求。這些要求強(qiáng)行規(guī)定,不需細(xì)致地考慮損壞的幾率或?qū)p輕事故后果的影響[7,8]。確定論法是迄今為止被廣泛應(yīng)用的一種成熟的評(píng)價(jià)方法,也是深得各國(guó)核安全當(dāng)局批準(zhǔn)的傳統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)方法。這種方法簡(jiǎn)便快速,但是往往以多年實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和一些保守的假設(shè)為基礎(chǔ),而許多假設(shè)又不太符合實(shí)際,因而得出的結(jié)果往往過于保守。概率論法根據(jù)要求某一安全功能起作用的概率以及該安全功能失效的后果來評(píng)價(jià)安全重要性,在確定機(jī)械設(shè)備安全重要性的相對(duì)排序方面特別有用。

壓水堆核電廠的機(jī)械設(shè)備分級(jí)較為規(guī)范,用確定論方法即可確定;而對(duì)于新堆和研究堆,其分級(jí)有很大的不確定性,則可采用概率論法最終確定。

3.5 安全分級(jí)的步驟

核電廠機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)的主要步驟如下：

(1)把基本安全功能分解為多條安全功能條目;

(2)將這些條目按重要性排序,并組合成若干個(gè)等級(jí);

(3)將安全重要的機(jī)械設(shè)備列在分級(jí)清單中;

(4)根據(jù)機(jī)械設(shè)備完成的安全功能,對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行初步分級(jí);

(5)確定對(duì)機(jī)械設(shè)備的詳細(xì)要求;

(6)核實(shí)每個(gè)子系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備的功能;

(7)將每個(gè)系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備明確分級(jí),根據(jù)需要從第 (4)項(xiàng)開始重復(fù)若干次;

(8)列出最后的機(jī)械設(shè)備分級(jí)表。

3.6 安全等級(jí)的分界

兩個(gè)不同安全級(jí)別的系統(tǒng)或設(shè)備的分界是一道屏障,這些分界件的功能應(yīng)達(dá)到使較低安全等級(jí)的設(shè)備或部件的損壞不會(huì)導(dǎo)致：

(1)阻礙較高安全等級(jí)的機(jī)械設(shè)備或部件執(zhí)行其安全功能;

(2)放射性流體的流失。分界面部件的等級(jí)應(yīng)采用兩者中較高的等級(jí)[8]。

常采用的分界面部件有：

(1)非能動(dòng)屏障 (如熱交換器管子);

(2)非能動(dòng)限流裝置 (如下泄孔板);

(3)安全閥;

(4)常開遙控閥 (在 2級(jí)或 3級(jí)與更低級(jí)之間);

(5)兩個(gè)串聯(lián)常開遙控閥 (在 1級(jí)和 2級(jí)之間);

(6)常閉閥 (在 2級(jí)或 3級(jí)與更低級(jí)之間);

(7)兩個(gè)串聯(lián)常閉閥 (在 1級(jí)與較低等級(jí)之間)。

4 安全級(jí)機(jī)械設(shè)備的要求

對(duì)于確定為安全級(jí)的機(jī)械設(shè)備,主要有以下幾方面的要求：

(1)規(guī)范等級(jí)。應(yīng)遵循核級(jí)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造規(guī)范,如ASME、RCC-M等規(guī)范;

(2)抗震等級(jí)。所有安全級(jí)機(jī)械設(shè)備,如安全 1、2、3級(jí)均應(yīng)列為抗震 I類?？拐?I類設(shè)備應(yīng)按SL-2(或SSE)地震設(shè)計(jì);抗震Ⅱ類適用于抗震I類以外某些非安全級(jí)但屬于安全重要的物項(xiàng),抗震Ⅱ類設(shè)備按 SL-1(或OBE)地震設(shè)計(jì);抗震I、Ⅱ類以外的設(shè)備屬于其他抗震類,可按合適的常規(guī)設(shè)備抗震規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3)質(zhì)量保證等級(jí)。質(zhì)量保證分級(jí)是根據(jù)設(shè)備的安全等級(jí),并考慮其復(fù)雜性和成熟性,對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和安裝等不同階段提出的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的要求。質(zhì)量保證分為3個(gè)等級(jí),即QA 1、QA2、QA 3級(jí),以及沒有要求的 QNC級(jí),其質(zhì)量保證要求依次降低。不同的核電廠,安全級(jí)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量保證分級(jí)存在一定的差異,這主要取決于核電廠以及用戶要求等因素。

(4)定期試驗(yàn)。用以證明安全級(jí)機(jī)械設(shè)備能完成要求的所有安全功能,包括證實(shí)所有子系統(tǒng)的功能。一旦探查出故障或缺陷,就必須按管理程序進(jìn)行校正,并應(yīng)保管好校正記錄。試驗(yàn)的間隔時(shí)間必須與估算的故障率相適應(yīng),一般是每月一次到每年一次,這與設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況和自檢能力有關(guān)。

(5)設(shè)備鑒定。設(shè)備鑒定是指在做出安全分級(jí)之后,證實(shí)設(shè)備是否能在整個(gè)壽期及任何工況 (主要是事故工況)下能可靠地執(zhí)行其安全功能。設(shè)備鑒定主要包括：抗震鑒定與環(huán)境鑒定,一般采用分析方法和試驗(yàn)方法或這兩者的結(jié)合。其過程是：

a.確定作鑒定的典型設(shè)備;

b.制定出鑒定的方法、程序和鑒定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn);

c.對(duì)設(shè)備進(jìn)行分析或鑒定試驗(yàn);

d.審查設(shè)備的鑒定評(píng)價(jià)報(bào)告,以判定這些安全重要的設(shè)備是否能夠承受核電廠壽期內(nèi)最苛刻的環(huán)境條件和地震條件[9]。

5 機(jī)械分級(jí)與其他分級(jí)的關(guān)系

5.1 機(jī)械分級(jí)與電氣分級(jí)的關(guān)系

機(jī)械分級(jí)與電氣分級(jí)是兩個(gè)不同的概念,兩者間沒有必然的聯(lián)系,其各自要求也不盡相同。對(duì)于需要供電的設(shè)備,可以同時(shí)存在機(jī)械分級(jí)和電氣分級(jí),但安全級(jí)別未必相同,相互間沒有太大的關(guān)系。對(duì)于不需供電的設(shè)備,就只有機(jī)械分級(jí),而不存在電氣分級(jí)。

5.2 機(jī)械分級(jí)與系統(tǒng)分級(jí)的關(guān)系

(1)組成該系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備的安全級(jí)別與系統(tǒng)的安全級(jí)別相一致;

(2)安全級(jí)別不同的兩個(gè)系統(tǒng)之間的接口機(jī)械部件按較高的級(jí)別確定。

6 結(jié)論

機(jī)械設(shè)備可按安全、抗震、質(zhì)量保證和設(shè)計(jì)制造規(guī)范進(jìn)行分級(jí),而后 3者的級(jí)別主要由安全級(jí)別確定。為了保證核電廠的安全性,又使核電廠在經(jīng)濟(jì)利益的激烈競(jìng)爭(zhēng)中得以生存,就需要掌握好機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)知識(shí),以達(dá)到核電安全和企業(yè)效益的雙贏。

[1]康慧,王偉.核電廠核級(jí)機(jī)械設(shè)備安全分級(jí) .電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2007,(2)：67～70

[2]蘇冬,徐宏偉.核電站起重機(jī)械的設(shè)備分級(jí) .重工與起重技術(shù),2009,(3)：24～26

[3]郭朝輝,吳帆.核電電氣設(shè)備安全分級(jí)簡(jiǎn)介 .電力安全技術(shù),2008,10(6)：69～70

[4]耿文行,趙月?lián)P.法國(guó)CP1-CP2系列核電機(jī)組安全重要設(shè)備分級(jí)的經(jīng)驗(yàn)反饋.核安全,2007,(1)：42～48

[5]國(guó)家核安全局.HAD 102/03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).1986

[6]IAEA.Safety Classification of Structures,Systems and Components in Nuc lear Power Plants.IAEA SAFETY STANDARDS.Draft DS 367.2008

[7]國(guó)家核安全局.HAF 102核電廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定.1991

[8]ANSI/ANS.Nuc lear Safety Criteria for the Design of Stationary Pressurized Water Reactor Plants.1983

[9]國(guó)家核安全局.HAF?J 0066壓水堆核電廠物項(xiàng)分級(jí)的技術(shù)見解.1997

Discussion on the Safety Classification of Nuclear Safety Mechanical Equipments

SHENWei
(Nuclear and Radiation Safety Center,MEP,Beijing 100082,China)

The purpose and definition of the equipmentsafety classification in nuclear plantare introduced.The differencesof several safety classification criterionsare compared,and the objectof safety classification is determined.According to the regulation,the definition and category of the safety functions are represented.The safety classification method,safety classification process,safety class interface,and the requirement for the safety class mechanical equipments are explored.At last,the relation of the safety classification between themechanical and electricalequipments is presented,and the relation of the safety classification betweenmechanical equipment and system is also presented.

nuclear safety;mechanical equipment;safety classification;probability analysis