程 偉，曹光輝，孔晨光，葉水祥

(1.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518119；2.蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518026)

0 引言

在核電廠的運(yùn)行期間，設(shè)備/部件容易受到系統(tǒng)運(yùn)行、環(huán)境等多種環(huán)境因素(如應(yīng)力、溫度、輻照、腐蝕、振動(dòng)等)的影響，進(jìn)而發(fā)生老化、脆化、疲勞，形成裂紋而影響部件的正常運(yùn)行，最終導(dǎo)致電廠的安全性下降。

為了及時(shí)掌握設(shè)備/部件的性能狀態(tài)，核電廠制定了在役檢查(in-service inspection，ISI)大綱，并對(duì)設(shè)備/部件實(shí)施定期檢查，找出其可能受到的損傷及缺陷，避免其影響核電機(jī)組的安全。

當(dāng)前，核電廠ISI大綱是以確定論的應(yīng)力分析、專家判斷、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等為基礎(chǔ)制定的，例如美國(guó)核電機(jī)組實(shí)施的《鍋爐和壓力容器規(guī)范》第XI篇、法國(guó)出口類核電機(jī)組實(shí)施的EJT 1041《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)范》(RSE-M)等。隨著核工業(yè)界對(duì)核電廠管道在役檢查工作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及概率安全評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在核電廠管道在役檢查領(lǐng)域已經(jīng)形成了風(fēng)險(xiǎn)指引型管道在役檢查(risk-informed in-service inspection， RIISI)方法。

2010年2月，國(guó)家核安全局(NNSA)頒布了技術(shù)政策聲明，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)核電廠開展概率安全分析技術(shù)應(yīng)用。2012年，國(guó)內(nèi)電廠選擇試點(diǎn)系統(tǒng)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查優(yōu)化，并獲得NNSA的批準(zhǔn)。

為了推動(dòng)該方法在國(guó)內(nèi)核電廠的推廣和應(yīng)用，通過(guò)對(duì)某核電核廠1號(hào)機(jī)組一回路管道在役檢查的分析，對(duì)RI-ISI技術(shù)在國(guó)內(nèi)使用M310堆型的核電機(jī)組和CPR1000機(jī)組一回路主管道在役檢查優(yōu)化應(yīng)用提出了相應(yīng)的建議。

1 風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查

20世紀(jì)70年代以來(lái)，概率論安全評(píng)價(jià)(PSA)方法逐漸融合到核電廠運(yùn)行管理中，形成了將確定論和概率論兩種方法的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)指引型方法。1998年，美國(guó)核管會(huì)(NRC)頒發(fā)了一系列管理導(dǎo)則，倡導(dǎo)使用風(fēng)險(xiǎn)指引型管理模式，該舉措得到了核能界的積極響應(yīng)。RI-ISI是風(fēng)險(xiǎn)指引型安全管理一個(gè)非常重要的領(lǐng)域，確保核電廠在安全的前提下，優(yōu)化電廠資源，提高核電廠經(jīng)濟(jì)性。

NRC批準(zhǔn)的RI-ISI主要有兩種方法，一種是由美國(guó)電力研究院(EPRI)制定的方法，另一種是由美國(guó)西屋業(yè)主集團(tuán)(WOG)制定的方法。此外，2006年以后，部分核電廠采用Code Case N-716提供的方法開展RI-ISI應(yīng)用，該方法是EPRI在EPRI-TR-112657方法實(shí)踐基礎(chǔ)上總結(jié)而來(lái)的一種簡(jiǎn)化方法。NRC對(duì)這3種方法均予以認(rèn)可。

2012-08-28，環(huán)保部核與輻射安全監(jiān)管二司在秦山地區(qū)召開運(yùn)行核電廠PSA應(yīng)用研討會(huì)，這是國(guó)內(nèi)PSA應(yīng)用新的開端。國(guó)內(nèi)核電廠根據(jù)自身情況結(jié)合國(guó)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)指引在役檢查的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)實(shí)施了試點(diǎn)研究，選擇EPRI方法作為實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查的方法，該方法得到了NNSA的認(rèn)可。

2 風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查分析流程

EPRI方法分析流程如圖1所示，主要步驟包括：確定RI-ISI分析范圍、管道破裂后果評(píng)估、管道劣化機(jī)理分析、管道風(fēng)險(xiǎn)分類、檢查要素選取、變更后的風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)估、完成RI-ISI在役檢查大綱及相關(guān)程序、實(shí)施長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)。

圖1 RI-ISI方法實(shí)施流程

2.1 確定分析范圍

核電廠風(fēng)險(xiǎn)指引型管道在役檢查優(yōu)化的第一步是結(jié)合電廠的需求確定分析范圍，分析范圍一般可選擇以下3種。

(1) 所有核安全1，2，3級(jí)管道及其他核安全重要管道系統(tǒng)。

(2) 單個(gè)系統(tǒng)開展相關(guān)工作。

(3) 某一安全等級(jí)的焊縫，如核安全1級(jí)焊縫。

確定分析范圍及分析邊界后，收集分析范圍內(nèi)管道焊縫的相關(guān)信息，以便于后續(xù)的劣化機(jī)理分析。

2.2 管道破裂后果分析評(píng)估

后果評(píng)估用來(lái)評(píng)價(jià)管道破裂對(duì)電廠CDF和LERF的影響，并基于管道破裂對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響大小，即條件堆芯損壞概率(CCDP)和條件大量放射性釋放頻率(CLERP)，對(duì)其后果進(jìn)行分類。分析的定量風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則可通過(guò)CCDP和CLERP來(lái)定義，其定量準(zhǔn)則見(jiàn)表1。

表1 后果分析評(píng)估的定量準(zhǔn)則

2.3 管道劣化機(jī)理分析

劣化機(jī)理分析是評(píng)估管段可能敏感的劣化機(jī)理，然后根據(jù)劣化機(jī)理類別確定管道發(fā)生破裂的可能性。管段可能敏感的劣化機(jī)理通過(guò)管道的實(shí)際設(shè)計(jì)、運(yùn)行條件等與已確定的一系列材料、環(huán)境等比較來(lái)確定。

由劣化機(jī)理引起管道破裂可能性與該劣化機(jī)理類別存在的關(guān)系見(jiàn)表2。根據(jù)分析的劣化機(jī)理可將不同的管段破裂可能性分為3種情況：高、中和低。若管段上未發(fā)現(xiàn)已知的劣化機(jī)理，則該管段破裂可能性劃分為類別“低”；而當(dāng)某管段上發(fā)現(xiàn)一種或多種劣化機(jī)理時(shí)，管段破裂可能性明顯變高。值得注意的是，當(dāng)某管段根據(jù)其劣化機(jī)理劃分為類別“中”時(shí)，如果該管段同時(shí)遭受水錘載荷的影響，此時(shí)，該管段的破裂可能性應(yīng)由“中”升為“高”。

表2 管段破裂可能性評(píng)估

2.4 管道風(fēng)險(xiǎn)分類

管段失效的風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)可能敏感的劣化機(jī)理和管道破裂導(dǎo)致的后果來(lái)評(píng)估。管段的風(fēng)險(xiǎn)可根據(jù)劣化機(jī)理和后果影響劃分為3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，即高、中和低，共細(xì)分為7個(gè)小類別，類別1～3為高風(fēng)險(xiǎn)，類別4～5為中風(fēng)險(xiǎn)，類別6～7為低風(fēng)險(xiǎn) (見(jiàn)表3)。

表3 風(fēng)險(xiǎn)類別

2.5 檢查要素選取

一般情況下，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域至少選取10 %的焊縫進(jìn)行檢查，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域至少選取25 %的焊縫進(jìn)行檢查。選取焊縫時(shí)，還應(yīng)考慮管道存在的降級(jí)機(jī)理、系統(tǒng)特征等。此外，在具體焊縫選取中，還應(yīng)該從整體上考慮電廠的運(yùn)行歷史、劣化機(jī)理的嚴(yán)重程度、物理可接近性、輻射暴露等因素。

2.6 變更后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

采用RI-ISI方法優(yōu)化后，檢查位置和檢查數(shù)量可能變化，將影響電廠的風(fēng)險(xiǎn)水平，需開展進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)估以確定是否滿足風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則。

(1) 單個(gè)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該系統(tǒng)指的是電廠中某系統(tǒng)，或者具有類似特征的一組管段，定量化準(zhǔn)則為：每個(gè)系統(tǒng)總ΔCDF＜1×10-7/堆年，且總ΔLERF＜1×10-8/堆年。

(2) 整個(gè)電廠風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。從整個(gè)電廠層面對(duì)所有RI-ISI變更的風(fēng)險(xiǎn)影響進(jìn)行評(píng)估，其適用風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則為：ΔCDF＜1×10-6/堆年，且總ΔLERF＜堆年。

3 RI-ISI在核電廠一回路主管道中的應(yīng)用

3.1 一回路主管道

由于M310堆型核電廠與其改進(jìn)型CPR1000核電機(jī)組一回路運(yùn)行狀態(tài)和布置情況基本相同，因此選取其中某一電廠作為分析對(duì)象。本分析選取某核電廠1號(hào)機(jī)組一回路主管道作為分析對(duì)象，分析邊界范圍至與一回路主管相連的管道邊界第二道閥門，包括主管道、輔助管道及穩(wěn)壓器相關(guān)管道。

3.2 管道風(fēng)險(xiǎn)重要分析

(1) RCP主環(huán)路、與主環(huán)路相連通的管段破口按照管道直徑將導(dǎo)致一回路管道大破口、中破口或小破口始發(fā)事件，進(jìn)而導(dǎo)致一回路冷卻劑喪失，同時(shí)輔助管道破裂將導(dǎo)致相應(yīng)的功能失效。

(2) 穩(wěn)壓器水空間相連的管道破裂將根據(jù)管道直徑導(dǎo)致相應(yīng)的破口事故，與穩(wěn)壓器汽空間相連的管徑小于51 mm的管道，管道破裂將導(dǎo)致穩(wěn)壓器破口始發(fā)事件發(fā)生。

(3) 與軸封相連的管道破裂將導(dǎo)致其一回路小破口始發(fā)事件。

(4) 處于兩道閥門之間的管道發(fā)生破裂將導(dǎo)致相應(yīng)的功能喪失。

運(yùn)用某核電廠1號(hào)機(jī)組PSA分析上述管道破口產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，并結(jié)合表1中的風(fēng)險(xiǎn)分類準(zhǔn)則確定管道的后果。

3.3 劣化機(jī)理分析

基于系統(tǒng)運(yùn)行特性、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)設(shè)計(jì)特性等信息，分析系統(tǒng)管段可能存在的劣化機(jī)理，并根據(jù)劣化機(jī)理與管段破裂可能性之間的關(guān)系確定系統(tǒng)每一管段的破裂可能性。根據(jù)M310型核電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)分析一回路可能敏感的劣化機(jī)理，由該分析結(jié)果可知，一回路管道主要對(duì)TASCS和TT劣化機(jī)理敏感。

3.4 焊縫選取及風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)管道風(fēng)險(xiǎn)重要分析和劣化機(jī)理分析確定管道風(fēng)險(xiǎn)類別，按照焊縫選取原則選取焊縫，并根據(jù)選取結(jié)果得分變更相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，從風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果可知變更后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)滿足風(fēng)險(xiǎn)限值要求。

經(jīng)過(guò)RI-ISI方法分析后，某核電廠1號(hào)機(jī)組RCP系統(tǒng)在高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域選取了15道焊縫進(jìn)行體積檢查，在中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域選取了53道焊縫進(jìn)行體積檢查，低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域焊縫選取了一條焊縫進(jìn)行體積檢查。相較于原檢查，焊縫檢查數(shù)量減少了14道，減少比例達(dá)到17 %。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)RI-ISI方法在核電廠一回路主管道中的應(yīng)用，識(shí)別了之前沒(méi)有關(guān)注到的存在劣化機(jī)理的管道，確定了系統(tǒng)管道的薄弱環(huán)節(jié)，有助于預(yù)防系統(tǒng)管道失效。

運(yùn)用RI-ISI方法可在保證核電廠安全水平的前提下，優(yōu)化電廠資源配置，降低不必要的焊縫檢查數(shù)量，有助于電廠實(shí)現(xiàn)降本增效。