AP1000核电厂部件质量等级的划分及其与我国法规_标准的相

1、AP1000核电厂部件质量等级的划分及其与我国法规、标准的相容性王继东(核工业标准化研究所引述了美国法规、导则中的关于划分质量组要求,介绍了划分质量组的具体规则,指出了不同的质量组应满足的工业标准,并讨论了质量组的划分与我国相关法规、标准的相容性。关键词 物项分级 安全重要物项 质量组1 引言我国2代改进型压水堆核电厂的物项分级体系已经基本确立,并大致实现了标准化,该体系包括安全分级、抗震分类、规范分级和质量保证分级等,这已为相关人员所熟悉。对于非能动3代压水堆核电厂,其依托项目AP1000的物项分级与我国2代改进型机组的分级在形式上有些差别,其中的一个主要差别是:AP1000使用了划分质量等

2、级这一分级方法,即质量A级、B级、C级、D级。比如反应堆冷却剂压力边界主要部件为质量A级(简称A级,蒸汽发生器二次侧为质量B级(简称B级。质量等级(qua lity class又称为质量组(quality group,前者在AP1000的设计和安全分析文件中使用,后者是联邦法规和相关管理导则中的称谓。笔者在引用联邦法规和管理导则的内容时使用质量组,如果是针对AP1000,则使用质量等级。我国在消化AP1000技术基础上将发展大型非能动3代机组,届时将有更多的新人参与相关的工作,本文的意图在于结合有关背景资料,阐述质量等级(组的划分依据和规则,分析其与我国法规、标准的相容性,以期有助于新接触非能

3、动3代机组的人员熟悉AP1000物项分级方法。2 质量组的划分依据、规则和应满足的标准2 1 质量组的划分依据在联邦法规10CFR50 55a 规范和标准一节中,以及10CFR50附录A 核电厂总设计准则的准则1 质量标准和记录中都有这样的规定: 安全上重要的构筑物、系统和部件的设计、制造、安装、试验必须符合与其所承担安全功能重要程度相适应的质量标准1。要执行联邦法规的这一规定,必须在至少三个方面加以实施:!识别出哪些构筑物、系统和部件在安全上是重要的,即界定安全重要物项的范围;区分所承担安全功能的重要程度,即对安全重要物项进行等级划分,比如确定所属的质量组;#针对不同的质量组,明确采用什么样

4、的设计、制造、安装、试验标准,以保证达到相应的质量水平。10CFR50 55a提出了质量组这一概念,并规定了质量A组覆盖的物项范围以及需要执行的AS M E BPVC-&的相关部分。为了贯彻上述联邦法规的规定,管理导则RG1 26进一步明确了质量B、C、D组的界定规则,并提出了需要执行的工业标准2。由此可见,质量组(以及AP1000的质量等级的划分是以美国联邦法规和相关管理导则为依据的。2 2 质量组的划分规则为了给出划分质量组的完整规则,以下将10CFR50 55a和RG1 26中适用于压水堆核电厂的规则汇总在一起一并介绍,从中可以识别核电厂具体物项应属于哪个质量组。1质量A组质量A

5、组适用于构成反应堆冷却剂压力边界的部件。但并非所有构成反应堆冷却剂压力边界的部件都必须划入质量A组。根据10CFR50 55a的规定,满足以下条件的反应堆冷却剂压力边界部件可以从质量A组排除:(a该部件在反应堆正常运行*期间发生假设故障时,反应堆能够有秩序地停堆、冷却(假设补水由反应堆冷却剂补水系统提供。(b该部件是与反应堆冷却剂系统相隔离的,或者能够与反应堆冷却剂系统相隔离。隔离是指两个串联阀门都关闭。两个串联阀门可能是两个常关阀、两个常开阀或者一个常关阀加一个常开阀。每一个常开阀门必须能够自动动作,且(假设另一阀门处于打开状态关闭时间适当,能保证所说的部件在反应堆正常运行期间发生假设故障时

6、每个阀门都依然是可操作的,且反应堆能够有秩序地停堆、冷却(假设补水仅由反应堆冷却剂补水系统提供。2质量B组质量B组适用用于包容水和蒸汽的压力容器、热交换器(不包括气轮机、冷凝器、储罐、管道、泵和阀门,它们属于以下第一种情况或第二种情况:第一种情况是反应堆冷却剂压力边界组成部分但未划入质量A组的部件见2 2中的1(a和1(b。第二种情况不属于反应堆冷却剂压力边界,而是下述系统或系统组成部分的部件:(a安全重要系统或其组成部分,它们设计用于(i应急堆芯冷却,(ii事故后安全壳排热,或(iii事故后排出裂变产物。(b安全重要系统或其组成部分,它们设计用于(i反应堆停堆,或(ii排出余热。(c蒸汽、给

7、水系统的这一部分:始于并包括蒸汽发生器(SG二次侧,直至并包括最外的安全壳隔离阀;以及与该部分相连接的支管,直至并包括在反应堆所有正常运行模式下常关的或能够关闭的第一个阀门(安全阀或释放阀。(d与反应堆冷却剂压力边界相连接的系统或其组成部分,它们并非在反应堆所有正常运行模式下都能以关闭两个阀门的方式与反应堆冷却剂压力边界隔离,这两个阀门的每一个或者是常关的,或者是能自动关闭的。*此处的 正常运行一术语应按照10CFR50中给出的含义理解,它相当于HAF102中的 运行状态,即覆盖 正常运行和 预计运行事件。3质量C组质量C组适用于包容水、蒸气和放射性物质的压力容器、热交换器(不包括气轮机、冷凝

8、器、储罐、管道、泵和阀门,它们不属于反应堆冷却剂压力边界,而是下述系统或系统组成部分中未纳入质量B组的部件:(a安全重要的冷却水和辅助给水系统或其组成部分,它们设计用于(i应急堆芯冷却,(ii事故后安全壳排热,(iii事故后安全壳大气的净化,或(i v从反应堆和乏燃料储存池排出余热(包括一次和二次冷却系统。需要注意的是,这些系统的某些部分已划入质量B组,划入质量B组的是需要执行安全功能且(i在反应堆正常运行模式下不运行和(ii不能进行充分试验的部件。(b安全重要的冷却水和密封水系统或其组成部分,它们服务于诸如反应堆冷却剂泵、柴油发电机以及控制室等安全重要部件和系统。(c与反应堆冷却剂压力边界相

9、连的系统或其组成部分,它们在反应堆所有正常运行模式下都能够以关闭两个阀门的方式与压力边界隔离,两个阀门的每一个或者是常关的,或者能够自动关闭。(d上述(a(c未包括的系统,它们不是放射性废物管理系统,但用于包容或可能包容放射性物质,其假设的故障会导致潜在厂外剂量(保守计算,利用RG1 43推荐的气象条件超过全身0 5re m(或与之相当的身体任何部分的当量值。计算中对处于抗震(类结构中的系统假设单一部件故障,且不依赖系统与其他部件之间的自动隔离或对被释放物质的处理,除非按照抗震和质量组标准设计了隔离或处理能力,且能够承受厂外电源丧失和单一能动部件故障。4质量D组质量D组适用于包容水和蒸汽、不属

10、于反应堆冷却剂压力边界、已从质量B组和C 组中排除的部件,但它们是包容或可能包容放射性物质的系统的构成部分。2 3 不同的质量组应满足的标准在10CFR50 55a和RG1 26中规定了不同质量组部件需要满足的标准:质量A组必须满足AS ME锅炉与压力容器规范第&卷4规范1级部件的要求见10CFR50 55a(c;质量B组必须满足AS M E锅炉与压力容器规范第&卷规范2级部件的要求见10CFR50 55a(d和RG1 26表1;质量C组必须满足AS M E锅炉与压力容器规范第&卷规范3级部件的要求见10CFR50 55a(e和RG1 26表1。质量D组中不同种类部件应

11、满足的标准如下(见RG1 26表1:1压力容器:AS ME锅炉与压力容器规范第卷第1册5;2管道:AS ME B31 16;3泵:制造商的标准;4阀门:AS ME B31 1;5通大气储罐:API-6507,AWWA D -1008,或AS ME B96 19;6015psi g储罐:API-62010。3 质量组的划分与我国相关法规、标准的相容性3 1 质量组与规范级的关系在美国,涉及核电厂物项分级(分类的文件除了本文已指出的10CFR 50 55a 和RG1 26外,还有另外的管理导则、ANS 标准、I EEE 标准等。比如:管理导则RG1 2911规定了核电厂物项的抗震分类;RG1 14

12、312规定了核电厂废物管理系统的物项安全分级;RG1 20113给出了考虑风险的核电厂物项分类;I EEE 标准规定了电气物项的1E 级和非1E 级。特别值得关注的是ANSI /ANS51 114,ANSI /ANS51 1-1983(该版本1988年再次确认有效,1998年撤消将核电厂各类物项统一划分为安全1、2、3级和非安全级,电厂物项中只有承担包容功能的部件和构筑物才有安全1、2级,其余物项最高为安全3级,比如I EEE 的1E 级是安全3级。ANSI /ANS51 1虽然已被撤消,但其中的安全分级方法在美国的一些文件中仍被引用,比如在URD-第&卷15第1章4 3 1节安全分级

13、+中有这样的叙述: 电厂设计者应采用ANSI /ANS51 1的安全1级、安全2级、安全3级和非安全级作为执行RG1 26质量A 组、质量B 组、质量C 组、质量D 组的替代分级 。鉴于URD 并非法规,而质量分组是联邦法规的要求,AP1000在设计中直接遵守了质量分组要求,在实际实施中将质量组改称为质量级,对非能动安全系统中的个别物项的质量级也作了一些调整。AP1000实际采用的四个质量级与10CFR 50 55a 和RG1 26的质量组、AS ME 规范级的对照关系列在了表1中16。另外还应说明的是,质量组的划分仅适用于有包容功能(包容水、蒸汽、放射性物质的物项,其余物项,比如仪控电部件等

14、,仍需要划分安全级(1E 级和非安全级。3 2 质量组与我国核电厂物项分级标准的相容性GB /T17569-1998压水堆核电厂物项分级+17是在建造2代改进型机组的背景下编制的,其中的安全分级参考了美国ANSI/ANS 51 1-1983、法国RCC -P 以及我国的设计经验。如果把10CFR 50 55a 和RG1 26的各个质量组与GB /T17569中承压机械设备的各个安全等级进行比较,就会发现其间的等效性。比如质量A 组和安全1级都是适用于反应堆冷却剂压力边界部件(其故障不导致LOC A 、不影响安全停堆的部件除外;质量B 组和安全2级的适用范围也相同,都适用于!反应堆冷却剂压力边界

15、中未纳入A 组或安全1级*质量A 、B 、C 组的部件必须分别采用AS M E -&规范1、2、3级的要求,这是联邦法规的规定。在实践中也有提高规范等级的情况,比如蒸汽发生器二次侧虽属于质量B 组,但通常采用AS M E -&规范1级的要求,即执行ASM E -&第1册的NB 分卷。表1 质量等级、质量组与规范级的对照*A P1000的质量等级A 级B 级C 级D 级10CFR 50 55a 和RG 1 26的质量组质量A 组质量B 组质量C 组质量D 组A S M E -&规范级1级2级3级非AS M E -&规范级表2 质量组与G B /T 1756

16、9安全等级的对照*10CFR 50 55a 和RG 1 26的质量组质量A 组质量B 组质量C 组质量D 组GB /T17569-1998安全1级安全2级安全3级非安全级(有特殊要求的物项*质量C 组和安全3级的覆盖范围略有不同:安全3级覆盖放射性废物管理系统中其故障会使放射性物质释放超过允许限数值部件;质量C 组排除了放射性废物管理系统的部件,放射性废管理系统的部件分级执行RG1 143的要求。的部件,防止事故、减轻事故后果所需安全重要系统的主要部件,#蒸汽、给水系统的一部分,与反应堆冷却剂压力边界相连的某些系统的部件;质量C 组与安全3级适用范围基本相同;质量D 组与非安全级(有特殊要求的

17、物项适用范围相同。因而应当认为:10CFR 50 55a 和RG1 26的质量组与GB /T17569的安全等级有表2的对应关系。3 3 质量分组与我国相关法规的相容性在民用核安全设备监督管理条例+18中界定了 核安全机械设备 和 核安全电气设备 的范围。质量A 、B 、C 、D 组的部件属于该条例中的核安全机械设备。HAF102核动力厂设计安全规定+19中将核电厂物项划分为 安全重要物项 和 非安全重要物项 ,质量A 、B 、C 、D 组的部件属于HAF102中安全重要物项。HAD102/0320将流体包容部件划分为安全一、二、三、四级。质量A 、B 、C 、D 组分别与HAD102/03的

18、安全一、二、三、四级相对应。因而可以认为,美国对质量组的规定与我国法规、导则是相容的。4 参考文献1 US NRC ,U.S .C ode of Federal Regu l ati ons ,T itle10,Part50,Do m esti c licens i ng of production and utili zation facilities .2 US NRC,RG1 26-2007Qualit y group cl assifi cati on s andstandards for w ater ,stea m ,and rad i oactive w aste con t a

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