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        美國(guó)核管會(huì)ITAAC項(xiàng)目抽樣檢查方法的研究

        2023-01-04 13:50:56馬國(guó)強(qiáng)于大鵬
        核安全 2022年6期
        關(guān)鍵詞:核動(dòng)力申請(qǐng)者排序

        鄒 象,馬國(guó)強(qiáng),雷 蕾,于大鵬

        (生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心,北京 100082)

        監(jiān)督、試驗(yàn)、分析和驗(yàn)收準(zhǔn)則(Inspections,Tests, Analyses and Acceptance Criteria, ITAAC)[1-6]是美國(guó)核管會(huì)在其“一步法”許可證制度中提出的關(guān)鍵要求。

        對(duì)ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查是美國(guó)核管會(huì)(NRC)建造核動(dòng)力廠監(jiān)管體系(cROP)[7,8]的重要組成部分。馮建平[9]、鄭開(kāi)源[10]等人針對(duì)ITAAC 項(xiàng)目?jī)?nèi)容以及我國(guó)和NRC 對(duì)ITAAC管理要求進(jìn)行了研究和介紹。在監(jiān)管實(shí)踐中,NRC 并不會(huì)對(duì)所有的ITAAC 項(xiàng)目都進(jìn)行監(jiān)督檢查,而是貫徹風(fēng)險(xiǎn)指引型的監(jiān)管理念,建立了一套評(píng)價(jià)方法對(duì)所有ITAAC 項(xiàng)目的重要性進(jìn)行評(píng)分,并根據(jù)評(píng)分抽樣選取部分ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查。這種抽樣檢查的方式既可以保證監(jiān)管力量的有效分配,又能夠最大程度地確保所有的ITAAC 項(xiàng)目滿(mǎn)足要求。

        我國(guó)核能事業(yè)目前處于安全有序發(fā)展階段,新建核動(dòng)力廠規(guī)模較大。如何利用有限的監(jiān)管資源,對(duì)核動(dòng)力廠建造活動(dòng)進(jìn)行充分有效的監(jiān)管成了一項(xiàng)挑戰(zhàn)。希望可以借鑒NRC 的ITAAC 項(xiàng)目抽樣監(jiān)督檢查方法,為我國(guó)建造核動(dòng)力廠監(jiān)管檢查項(xiàng)目的選取提供參考,實(shí)現(xiàn)監(jiān)管資源的高效分配,確保核動(dòng)力廠的建造質(zhì)量。

        1 ITAAC 簡(jiǎn)介

        ITAAC 是美國(guó)核管會(huì)建立的一系列行動(dòng)項(xiàng)和標(biāo)準(zhǔn)要求,用以驗(yàn)證核動(dòng)力廠的建造滿(mǎn)足聯(lián)合執(zhí)照、原子能法以及NRC 的相關(guān)管理規(guī)定。

        ITAAC 項(xiàng)目由設(shè)計(jì)承諾、相關(guān)的檢驗(yàn)試驗(yàn)和分析、驗(yàn)收準(zhǔn)則三部分組成,根據(jù)具體工作內(nèi)容可分為役前試驗(yàn)、建造試驗(yàn)、監(jiān)督檢查、分析、非系統(tǒng)相關(guān)條目、實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)相關(guān)條目六大類(lèi)。每完成一項(xiàng)ITAAC,申請(qǐng)者都將向NRC 提交ITAAC 關(guān)閉通告(ICN),NRC 會(huì)對(duì)其進(jìn)行審查以確保滿(mǎn)足驗(yàn)收準(zhǔn)則。原則上,申請(qǐng)者應(yīng)當(dāng)在裝料前完成所有的ITAAC 項(xiàng)目,并且各項(xiàng)目都滿(mǎn)足驗(yàn)收準(zhǔn)則,當(dāng)所有ITAAC 項(xiàng)目完成并獲得NRC 審查認(rèn)可后,核動(dòng)力廠可正式進(jìn)入運(yùn)行階段。

        我國(guó)的法規(guī)對(duì)ITAAC 項(xiàng)目雖然沒(méi)有進(jìn)行明確要求,但是在對(duì)國(guó)內(nèi)AP1000 機(jī)組的許可證審查中,國(guó)家核安全局要求相關(guān)業(yè)主單位應(yīng)參照美國(guó)10 CFR 52 的要求,開(kāi)展有關(guān)ITAAC 工作,并定期向國(guó)家核安全局提供完成情況和工作計(jì)劃[9]。

        2 ITAAC 抽樣監(jiān)督檢查方法

        通常,核動(dòng)力廠有數(shù)百項(xiàng)ITAAC 項(xiàng)目,其中許多項(xiàng)目又涉及多個(gè)子項(xiàng),這些項(xiàng)目可能由多個(gè)供應(yīng)商或制造商執(zhí)行。許可證申請(qǐng)者必須執(zhí)行所有的ITAAC 項(xiàng)目,當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)必須進(jìn)行糾正,以確保所有的ITAAC 都滿(mǎn)足要求,NRC 會(huì)對(duì)所有的關(guān)閉ITAAC 進(jìn)行文件審查。

        但是NRC 并不會(huì)對(duì)所有ITAAC 項(xiàng)目在其進(jìn)行過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)督檢查,而是建立了一套評(píng)價(jià)方法對(duì)所有ITAAC 項(xiàng)目的重要性進(jìn)行評(píng)分,并根據(jù)評(píng)分抽樣選取部分ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查,ITAAC 抽樣方法流程如圖1 所示。下面將對(duì)ITAAC 抽樣監(jiān)督檢查方法進(jìn)行介紹。

        圖1 ITAAC 抽樣方法流程Fig.1 Process of ITAAC sampling method

        2.1 ITAAC 分類(lèi)

        首先對(duì)ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行分類(lèi),將相似的ITAAC 項(xiàng)目劃分為同一類(lèi)。分類(lèi)遵循以下原則。

        (1)所有的ITAAC 項(xiàng)目都屬于且只屬于某一個(gè)ITAAC 類(lèi);

        (2)一個(gè)分類(lèi)中的所有ITAAC 項(xiàng)目都采用了相同或相似的規(guī)程進(jìn)行建造、測(cè)試或者鑒定。

        分類(lèi)的目的是,當(dāng)對(duì)某一類(lèi)中的部分ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行檢查時(shí),檢查結(jié)果能夠表征整個(gè)類(lèi)中的所有ITAAC 項(xiàng)目。NRC 建立了ITAAC 矩陣(見(jiàn)表1),矩陣有6 列19 行共114個(gè)族,橫向代表是不同的監(jiān)管活動(dòng),縱向代表不同的建造活動(dòng),NRC 制定了25 個(gè)監(jiān)督檢查程序(IP)以對(duì)每一行和列的ITAAC 進(jìn)行監(jiān)督檢查。

        表1 ITAAC 矩陣Table 1 ITAAC Matrix

        2.2 確定ITAAC 屬性及價(jià)值分級(jí)

        2.2.1 確定ITAAC 屬性

        屬性即監(jiān)管單位所關(guān)注的ITAAC 特征,通過(guò)這些屬性能夠確定ITAAC 項(xiàng)目是否具有檢查價(jià)值,以確保重要缺陷不被忽略。

        NRC 給出了以下五項(xiàng)ITAAC 屬性。

        (1) A1-安全重要度:ITAAC 項(xiàng)目所涉及構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的安全重要度,可以采用概率安全分析(PSA)模型中的風(fēng)險(xiǎn)主要度進(jìn)行表征;

        (2) A2-易錯(cuò)性:在建造、安裝和試驗(yàn)期間出現(xiàn)錯(cuò)誤的傾向性或者難易程度,取決于活動(dòng)的復(fù)雜性和難度;

        (3) A3-建造和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn):是否為首次執(zhí)行的試驗(yàn)或活動(dòng)(FOAK)或者項(xiàng)目由缺少相關(guān)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)執(zhí)行;

        (4) A4-可代替性:活動(dòng)可以通過(guò)其他檢查、功能試驗(yàn)、預(yù)運(yùn)行試驗(yàn)或者性能試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的程度;

        (5) A5-申請(qǐng)者的監(jiān)督能力:申請(qǐng)者監(jiān)督和質(zhì)保體系的有效性和充分性(包括對(duì)供應(yīng)商和承包商),表征了營(yíng)運(yùn)單位發(fā)生錯(cuò)誤和發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性。

        2.2.2 屬性的價(jià)值分級(jí)

        確定屬性后,還需給出各屬性的價(jià)值分級(jí),以對(duì)ITAAC 的各屬性進(jìn)行量化。

        (1)安全重要度:由A、B 兩種組成。

        A:所涉及系統(tǒng)的安全重要度。共分為5 個(gè)等級(jí)(1 級(jí)最低,5 級(jí)最高),可以采用PSA 風(fēng)險(xiǎn)重要度(如堆芯損傷概率增量△CDF)進(jìn)行評(píng)價(jià);

        B:ITAAC 對(duì)于確保系統(tǒng)性能滿(mǎn)足要求的重要度。共分為3 個(gè)等級(jí)(1 級(jí)最低,3 級(jí)最高),通常涉及非能動(dòng)系統(tǒng)時(shí)具有高重要度,原因在于非能動(dòng)系統(tǒng)的缺陷難以在運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)。

        確定子重要度后,可根據(jù)表2 計(jì)算ITAAC項(xiàng)目安全重要度的最終價(jià)值(FV)。

        表2 安全重要度最終價(jià)值表Table 2 Final value of safety significance

        (2)易錯(cuò)性:易錯(cuò)性的最終價(jià)值(FV)與其基準(zhǔn)價(jià)值(B)、監(jiān)管價(jià)值(V)和映射價(jià)值(MV)有關(guān),價(jià)值共分為5 級(jí)(1 級(jí)最低,5 級(jí)最高)。

        a. 基準(zhǔn)價(jià)值(B):ITAAC 相關(guān)工程、建造、試驗(yàn)和監(jiān)督等活動(dòng)的復(fù)雜性會(huì)在多大程度上造成活動(dòng)中出現(xiàn)錯(cuò)誤;

        b. 監(jiān)管價(jià)值(V):如果營(yíng)運(yùn)單位不對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查,可以信任在活動(dòng)過(guò)程中不出現(xiàn)錯(cuò)誤的程度;

        c. 映射價(jià)值(MV):根據(jù)基準(zhǔn)價(jià)值和監(jiān)管價(jià)值,查表3 得到映射價(jià)值。

        表3 屬性的映射價(jià)值矩陣Table 3 Mapped value of attribute

        屬性的最終價(jià)值等于基準(zhǔn)價(jià)值減去映射價(jià)值,也即

        (3)建造和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn):與易錯(cuò)性屬性類(lèi)似,建造和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的最終價(jià)值(FV)與其基準(zhǔn)價(jià)值(B)、監(jiān)管價(jià)值(V)和映射價(jià)值(MV)有關(guān),共分為5 級(jí)(1 級(jí)最低,5 級(jí)最高)。

        a. 基準(zhǔn)價(jià)值(B):ITAAC 活動(dòng)中缺少相關(guān)設(shè)計(jì)或者建造經(jīng)驗(yàn)(包括培訓(xùn)的欠缺)的程度;

        b. 監(jiān)管價(jià)值(V):如果營(yíng)運(yùn)單位不對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查,電廠人員能夠一如既往地完成這些任務(wù)而不發(fā)生錯(cuò)誤的程度;

        c. 映射價(jià)值(MV):根據(jù)基準(zhǔn)價(jià)值和監(jiān)管價(jià)值,查表3 得到映射價(jià)值。

        (4)可代替性:與易錯(cuò)性類(lèi)似,可代替性的最終價(jià)值(FV)與其基準(zhǔn)價(jià)值(B)、監(jiān)管價(jià)值(V)和映射價(jià)值(MV)有關(guān),共分為5 級(jí)(1 級(jí)最低,5級(jí)最高)。

        a. 基準(zhǔn)價(jià)值(B):在其他的建造、安裝和測(cè)試過(guò)程中,無(wú)法發(fā)現(xiàn)ITAAC 不滿(mǎn)足驗(yàn)收準(zhǔn)則的可能性;

        b. 監(jiān)管價(jià)值(V):如果營(yíng)運(yùn)單位不對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查,活動(dòng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生隱藏重要缺陷的可信度;

        c. 映射價(jià)值(MV):根據(jù)基準(zhǔn)價(jià)值和監(jiān)管價(jià)值,查表4 得到映射價(jià)值。

        (5)申請(qǐng)者的監(jiān)督能力:該屬性也共分為5級(jí)(1 級(jí)最低,5 級(jí)最高)。與其他屬性不同的是,在核動(dòng)力廠建造之初,監(jiān)管單位無(wú)法準(zhǔn)確判斷申請(qǐng)者的監(jiān)督能力,因此在ITAAC 評(píng)分時(shí),所有ITAAC 項(xiàng)目在該項(xiàng)屬性的最終價(jià)值(FV)均為3 級(jí),這實(shí)質(zhì)上并不影響ITAAC 排序。

        隨著建造活動(dòng)和監(jiān)管的進(jìn)行,監(jiān)管單位可根據(jù)營(yíng)運(yùn)單位的質(zhì)保體系運(yùn)轉(zhuǎn)情況或者其他信息調(diào)整該屬性的評(píng)級(jí)。

        2.2.3 確定屬性?xún)r(jià)值得分

        對(duì)屬性進(jìn)行價(jià)值分級(jí)后,需通過(guò)專(zhuān)家判斷給出每一等級(jí)對(duì)應(yīng)的得分(0 到1),見(jiàn)表4。

        表4 屬性?xún)r(jià)值等級(jí)賦分表Table 4 Attribute utility scale

        通過(guò)以上流程可以看出, ITAAC 項(xiàng)目某一屬性的價(jià)值得分,并不僅僅取決于項(xiàng)目本身的重要性,還取決于監(jiān)督檢查是否有利于確保ITAAC 活動(dòng)的質(zhì)量。

        2.3 確定ITAAC 屬性的權(quán)重

        2.2 中給出了ITAAC 的屬性及價(jià)值分級(jí)方法。監(jiān)管實(shí)踐中,五個(gè)屬性的重要性是存在差異的,NRC 采用層次分析法給出了各個(gè)屬性的歸一化權(quán)重,下面對(duì)該方法進(jìn)行介紹。

        2.3.1 屬性的相對(duì)重要性

        NRC 的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)屬性?xún)蓛杀容^,得到屬性的相對(duì)重要性,這個(gè)相對(duì)重要性可以表征哪個(gè)屬性更具有監(jiān)督檢查的價(jià)值。

        A 對(duì)B 的相對(duì)重要性分為:

        1:A 和B 同樣重要;

        3:A 相較于B 略微重要;

        5:A 相較于B 更重要;

        7:A 相較于B 十分重要;

        9:A 相較于B 極其重要。

        當(dāng)B 比A 更重要時(shí),則為以上數(shù)值的倒數(shù)。

        由此可以得到屬性的相對(duì)重要性矩陣R,見(jiàn)表5。

        表5 屬性相對(duì)重要性矩陣Table 5 Relative significance matrix of attributes

        2.3.2 求解屬性的歸一化權(quán)重

        獲得相對(duì)重要性矩陣后,求解矩陣的最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量,歸一化后即為各屬性的歸一化權(quán)重W,見(jiàn)表6。

        表6 屬性歸一化權(quán)重Table 6 Normalized weight of attributes

        2.4 計(jì)算所有ITAAC 項(xiàng)目的排序分(RANK)

        根據(jù)核動(dòng)力廠的具體設(shè)計(jì)信息,采用式(2)計(jì)算所有ITAAC 項(xiàng)目的排序分。

        其中Ai為第i個(gè)屬性,F(xiàn)V為屬性的最終價(jià)值,T為通過(guò)查表4 得到的價(jià)值得分,w 為歸一化權(quán)重。

        2.5 確定監(jiān)督檢查清單

        由于監(jiān)管資源的有限性,難以對(duì)所有的ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行完整的監(jiān)督檢查。因此,NRC根據(jù)ITAAC 項(xiàng)目的排序分選擇部分項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查,以在合理可行的資源配置下盡可能地進(jìn)行充分的檢查。

        這里介紹兩種選擇方法,一種是參考文獻(xiàn)[3]中給出的推薦方法,步驟如下:

        (1)計(jì)算各個(gè)ITAAC 族的RANK分:

        其中,RANKi為第i族的排序分,RANKi,j為第i族中第j個(gè)ITAAC 項(xiàng)目的排序分。

        (2)計(jì)算所有ITAAC 的RANK總分:

        (3)計(jì)算各個(gè)ITAAC 族RANK分占比:

        (4)計(jì)算各個(gè)ITAAC 族的可利用資源:

        其中,xtotol為總的可利用資源,可以用監(jiān)督檢查的時(shí)長(zhǎng)表征,xi為第i個(gè)ITAAC 族的可利用資源。

        (5)在各ITAAC 族分別選擇監(jiān)督檢查清單,使得在資源消耗不超過(guò)xi的前提下,清單中ITAAC 項(xiàng)目排序分之和最高。

        另一種為NRC 的核反應(yīng)堆管理處(Office of Nuclear Reactor Regulation)采用的方法[5],即根據(jù)具體反應(yīng)堆設(shè)計(jì)特征和可利用監(jiān)管資源確定排序分限值,對(duì)于所有排序分超過(guò)限值的ITAAC 項(xiàng)目都將進(jìn)行監(jiān)督檢查,例如對(duì)于AP1000 和ABWR 排序分限值為0.4。

        另外,無(wú)論采取何種方法,都要確保對(duì)每個(gè)ITAAC 族中的至少一項(xiàng)ITAAC 進(jìn)行監(jiān)督檢查。

        可以看出,兩種方法各有其優(yōu)點(diǎn),但目的均是在一定的資源配置下盡可能地對(duì)更重要的ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查。

        3 總結(jié)

        本文介紹了美國(guó)核管會(huì)所采用的ITAAC項(xiàng)目抽樣檢查方法,該方法以專(zhuān)家判斷為基礎(chǔ),結(jié)合層次分析法等手段,確定了ITAAC 項(xiàng)目的分類(lèi)、屬性及其價(jià)值分級(jí)和屬性權(quán)重,繼而對(duì)所有ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)分,根據(jù)評(píng)分抽樣選取最重要的ITAAC 項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查。

        由此可以看出,這種抽樣方法并不局限于某一特定堆型,其過(guò)程充分體現(xiàn)了NRC 對(duì)ITAAC 的關(guān)注重點(diǎn)以及如何平衡風(fēng)險(xiǎn)和資源的監(jiān)管理念,抽樣選取ITAAC 項(xiàng)目的監(jiān)督檢查結(jié)果能夠最大程度地代表申請(qǐng)者所有ITAAC 的完成情況,從而確保對(duì)核動(dòng)力廠的建造活動(dòng)進(jìn)行充分監(jiān)管。希望可以借鑒這種方法以及方法背后的監(jiān)管理念,為我國(guó)建造核動(dòng)力廠監(jiān)督檢查項(xiàng)目的選取提供參考,實(shí)現(xiàn)監(jiān)管資源的高效分配,確保核動(dòng)力廠的建造質(zhì)量。

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