陳佳卉　周博

摘要 隨著核電廠運(yùn)行時(shí)間的不斷增加，核電廠部件會(huì)發(fā)生各種各樣的老化降質(zhì)。根據(jù)老化降質(zhì)類型的不同及發(fā)生的位置不同，所導(dǎo)致的后果或輕或重，嚴(yán)重時(shí)危及核電廠的安全。因此在老化降質(zhì)未發(fā)生之前，開展老化機(jī)理分析工作顯得尤為重要。在國際原子能機(jī)構(gòu)開發(fā)的導(dǎo)則中，也已經(jīng)將老化機(jī)理分析列為各項(xiàng)工作的核心。本文提供了一種相對(duì)統(tǒng)一的老化機(jī)理分析分析方法，可使得電廠的機(jī)理分析工作更加規(guī)范化和系統(tǒng)化。

關(guān)鍵詞 核電廠部件老化機(jī)理分析方法

隨著核電廠運(yùn)行時(shí)間的不斷增加，材料發(fā)生各種各樣的變化，包括物理變化引起的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)的改變，也包括化學(xué)變化所導(dǎo)致的材料損失；這些變化最終使得系統(tǒng)設(shè)備性能的退化，也即老化降質(zhì)。根據(jù)老化降質(zhì)類型的不同及發(fā)生的位置不同，其發(fā)生的效應(yīng)的速度或快或慢，所導(dǎo)致的后果或輕或重，嚴(yán)重時(shí)危及核電廠的安全。為應(yīng)對(duì)老化降質(zhì)對(duì)核電安全所帶來的威脅，從美國等核電發(fā)展較早的國家開始，已經(jīng)積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其中很多被用作標(biāo)準(zhǔn)被核電管理者實(shí)踐依據(jù)。在國際原子能機(jī)構(gòu)開發(fā)的導(dǎo)則中，也已經(jīng)將老化機(jī)理分析列為各項(xiàng)工作的核心。

一、老化機(jī)理分析原則

核電廠需開展老化管理工作的設(shè)備眾多，設(shè)備用材、制造工藝等也各有差異，這些都可能導(dǎo)致老化降質(zhì)過程的差異性，盡管要求在機(jī)理分析過程中通過各種知識(shí)和信息清楚的認(rèn)識(shí)并理解這些機(jī)理，但對(duì)千差萬別的各種因素很難保障其分析方法和分析過程的完全一致性。為了保障機(jī)理分析工作在能提供足夠有用的信息的同時(shí)，又能對(duì)機(jī)理分析工作給出足夠的自由度，以便于有針對(duì)性的合理采取方法進(jìn)行機(jī)理分析，可采用以下機(jī)理分析原則：機(jī)理分析必須充分結(jié)合材料的基本屬性和各種經(jīng)驗(yàn)反饋信息，經(jīng)驗(yàn)反饋信息包括NUREG-1801報(bào)告、電廠國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)反饋等。這些信息的利用辦法是將經(jīng)驗(yàn)反饋中材料、環(huán)境、機(jī)理與電廠的材料、環(huán)境以及相關(guān)機(jī)理進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而分析各機(jī)理發(fā)生的可能性。

二、機(jī)理分析的實(shí)施方法

（一）機(jī)械類設(shè)備的老化機(jī)理分析

機(jī)械類設(shè)備主要是反應(yīng)堆主回路冷卻劑系統(tǒng)、專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、蒸汽和動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等系統(tǒng)設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)反饋認(rèn)為老化管理重要性程度高的設(shè)備。這些設(shè)備的老化降質(zhì)將直接危及核電廠安全或?qū)﹄姀S的生產(chǎn)效益造成重大影響，因此，必須針對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)理分析，以便于以此為基礎(chǔ)開展有關(guān)該設(shè)備的各種老化管理工作。機(jī)械類設(shè)備的機(jī)理分析按如下步驟開展：

1.理解設(shè)備的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)備設(shè)計(jì)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備的設(shè)計(jì)功能、設(shè)備的選材、設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)備的運(yùn)行限值已經(jīng)確定下來，這些因素一定程度地決定了設(shè)備發(fā)生各種老化降質(zhì)機(jī)理的可能性，因此，對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)特性的理解是開展詳細(xì)的機(jī)理分析的基礎(chǔ)。對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)的理解須重點(diǎn)關(guān)注并明確如下內(nèi)容：設(shè)備設(shè)計(jì)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)備包含的部件及各部件選用的材料；設(shè)備的主要參數(shù)、設(shè)備主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)；設(shè)備的設(shè)計(jì)運(yùn)行條件、設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行條件；設(shè)備制造過程的不符合項(xiàng)及不符合項(xiàng)的處理工藝。

2.設(shè)備的機(jī)理分析。各部件的機(jī)理分析包括分析材料的固有特性和經(jīng)驗(yàn)反饋該材料的老化降質(zhì)特性。在核電廠的設(shè)計(jì)階段，為提高材料的抗老化性能，已經(jīng)在選材及材料的加工制造上作了充分的考慮，這些考慮是基于設(shè)計(jì)時(shí)期的認(rèn)識(shí)而作出的，盡管如此，仍然不能避免材料的老化降質(zhì)的發(fā)生，為深入地分析這些機(jī)理，需要分別從材料的固有特性和經(jīng)驗(yàn)反饋兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，機(jī)理分析需從部件名稱，部件材料，實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的溫度、壓力、水質(zhì)、輻照環(huán)境等方面進(jìn)行分析。

（1）老化機(jī)理分析需要從設(shè)計(jì)的角度人手考慮材料的固有特性。任何材料本身不可能不發(fā)生老化降質(zhì)，這是所有材料的必然屬性，而材料的降質(zhì)速度和降質(zhì)規(guī)律則是通過試驗(yàn)或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來，這些規(guī)律在設(shè)計(jì)之前已經(jīng)總結(jié)出來并形成行業(yè)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在對(duì)部件的老化機(jī)理進(jìn)行分析時(shí)，需要理解認(rèn)識(shí)材料的這些固有特性，這些固有特性是設(shè)計(jì)階段在設(shè)計(jì)上對(duì)材料行為特性的預(yù)期，也是進(jìn)一步開展老化機(jī)理分析工作的基礎(chǔ)。材料的固有特性需要考慮的內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)選材所采用的標(biāo)準(zhǔn)上對(duì)該材料特性的規(guī)定、材料的主要加工工藝對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)材料老化行為特性的影響。在考慮這些內(nèi)容時(shí)，依據(jù)已經(jīng)掌握的材料，進(jìn)行分析，可繁可簡，能反映主要的老化特性即可。在這一階段，分析出的主要是材料的潛在老化降質(zhì)機(jī)理。

（2）從經(jīng)驗(yàn)反饋信息分析設(shè)備的老化機(jī)理。盡管在設(shè)計(jì)階段對(duì)材料的老化降質(zhì)有較充分的考慮，但由于運(yùn)行環(huán)境控制的差異，以及材料屬性的少量不確定性，材料是否發(fā)生特定的潛在的老化機(jī)理，需要通過經(jīng)驗(yàn)反饋信息加以驗(yàn)證，因此，對(duì)經(jīng)驗(yàn)反饋信息進(jìn)行分析，并輔助第一步中總結(jié)的規(guī)律，列出設(shè)備的各項(xiàng)老化降質(zhì)機(jī)理。在列出各種降質(zhì)機(jī)理時(shí)，還必須注明設(shè)備的降質(zhì)機(jī)理的發(fā)生位置?？晒﹨⒖嫉慕?jīng)驗(yàn)反饋信息包括NUREG-1801和國內(nèi)外相同電廠或類似電廠發(fā)生的經(jīng)驗(yàn)反饋信息。

（二）構(gòu)筑物的老化機(jī)理分析

構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅包含金屬部件，還包含非金屬部件，其不同部件的材料屬性相差較大，因此，在對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行機(jī)理分析時(shí)，需按部件分開進(jìn)行機(jī)理分析，這些部件包括混凝土、加強(qiáng)鋼筋、貫穿件、預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)部件、襯里、防水層、密封墊圈等，具體到每個(gè)部件，其老化機(jī)理分析方法與機(jī)械類設(shè)備的分析方法相同，不再重復(fù)說明。

1.電氣設(shè)備的老化機(jī)理分析。電氣類設(shè)備的范圍包括大型電氣機(jī)械設(shè)備，如柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等電氣類設(shè)備，還包括電纜等。由于不同設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，其機(jī)理分析的方法也會(huì)略有不同，以下分幾類分別說明：

2.大型電氣設(shè)備的老化機(jī)理分析。對(duì)于大型電氣設(shè)備，如柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等，其老化機(jī)理分析方法與機(jī)械類設(shè)備相同。以下僅對(duì)電氣儀控類原件的老化機(jī)理分析方法和電纜的老化機(jī)理分析方法進(jìn)行規(guī)定。

3.電纜的老化機(jī)理分析。與電氣儀控類元件相似，核電廠的電纜種類和數(shù)量繁多，但電纜材料和電纜的服役環(huán)境則僅可簡單的分為幾類、同種類型的電纜的老化機(jī)理基本相同，因此，電纜的老化機(jī)理分析可分為電纜分類、電纜環(huán)境識(shí)別、電纜老化機(jī)理分析、電纜老化機(jī)理分析報(bào)告編寫幾步，具體如下：

（1）電纜分類。由于本文僅針對(duì)1E級(jí)電纜進(jìn)行老化機(jī)理分析，因此，所涉及的分類是對(duì)1E級(jí)電纜進(jìn)行分類。在進(jìn)行電纜分類前，需根據(jù)電廠提供的設(shè)計(jì)資料整理出電廠的1E級(jí)電纜，并列出1E級(jí)電纜的范圍，在此基礎(chǔ)之上，按照電纜用途的差別，本文將電分為高壓電纜、中壓電纜、低壓電纜和儀控電纜。

（2）電纜屬性。根據(jù)電纜材料與環(huán)境，識(shí)別出不同電纜的材料和環(huán)境，填寫“電纜材料”和“電纜服役環(huán)境”，同時(shí)，充分理解材料的基本屬性。

（3）電纜的老化機(jī)理分析。根據(jù)第（2）步所分析的材料屬性及電纜的環(huán)境，并結(jié)合國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)反饋，分析電纜的老化機(jī)理。

三、結(jié)語

本文建立了綜合考慮老化機(jī)理發(fā)生的位置、服役環(huán)境、結(jié)構(gòu)材料的老化機(jī)理分析方法，可為核電廠安全重要部件的機(jī)理分析工作提供指引和參考。endprint