非能动核电厂构筑物、系统和部件的质保分级(讲座)

AP1000核电厂构筑物、系统和部件〔SSC〕的分级〔讲座稿〕主讲：姚伟达上海核工程研究设计院2009年9月1AP1000核电厂构筑物、系统和部件〔SSC〕分级目的与特点2AP1000核电厂SSC’s抗震分类3AP1000核电厂SSC’s平安分级4AP1000核电厂SSC’s检查要求5各法规、标准和标准之间比较6NRC审查结论附录AAP1000抗震设计中相互作用的防护设计要点附录BAP1000核电厂SSC’s平安分级举例目录2/7/20242分级目的△核电厂SSC’s分级的目的是为了提供识别SSC与平安有 关和抗震等不同要求的鉴别方法△SSC’s分级便于提供识别与ANS核平安分级、NRC质量分 组、抗震分类、ASME标准第III卷等级以及其它适用 的工业标准等方面有关的详细信息△ 主要讲述AP1000核电厂SSC’s的抗震分类和平安分级的 分类方法，以及它们对应的标准、标准1AP1000核电厂SSC分级目的与特点〔1/2〕2/7/20243特点△AP1000核电厂SSC’s抗震设计主要特点—取消OBE地 震，只将SSE作为单一的设计基准地震，因此SSC’s抗 震分类与过去有一定差异△AP1000核电SSC’s平安分级比过去划分更为细致，其 主要目的是：1AP1000核电厂SSC分级目的与特点〔2/2〕对于非平安相关的SSC划分为多种级别是为了与不同的工业标准相对应对同一种SSC或不同局部可以执行不同功能可被划分为不同级别加以区别2/7/202442.1遵循法规、标准和标准10CFR50，附录A《设计总那么〔GDC〕》准那么2《防自然现象的设计基准》10CFR100.23《地质和地震的场地准那么》〔AP1000不用10CFR100附录A《地震和地质的场地准那么》〕R.G1.29《抗震设计分类》AP1000核电厂DCD—3.2《构筑物、系统和部件分级》APP-GW-G1-003，SeismicDesignCriteria，WEC，20022AP1000核电厂SSC’s抗震分类〔1/7〕2/7/202452.2抗震分类AP1000核电厂SSC划分为：抗震I类〔C-I〕抗震II类〔C-II〕抗震III类〔C-III〕非抗震类〔NS〕2AP1000核电厂SSC’s抗震分类〔2/7〕2/7/20246〔1〕抗震I〔C-I〕与R.G1.29中所阐述的定义是相一致的抗震I类适用于是与平安相关的SSC，也适用于要求用来支承或防护平安相关的SSC的那些SSC与平安相关的物项必须提供以下功能：△反响堆冷却剂压力边界的完整性；△具有关闭反响堆并保持平安停堆的能力；△阻碍或减轻事故的后果，能引起可能的厂外辐射 不超过10CFR100规定的限值。2AP1000核电厂SSC’s抗震分类〔3/7〕2/7/202472.3定义〔1〕抗震I类〔C-I〕抗震I类SSC被设计成能承受SSE地震载荷期间或之后—保持结构完整性外，还应保持其应有的平安功能。抗震I类构筑物要防止与邻近的非抗震类构筑物的相互作用。抗震I类SSC满足10CFR附录B的质量保证要求。2AP1000核电厂SSC’s抗震分类〔4/7〕2/7/202482.3定义〔2〕抗震II类〔C-II〕抗震II类适用于执行非平安相关有关功能，以及不要求持续该功能的SSC。位于平安相关SSC附近时，当在SSE期间失效或相互作用可能导致平安相关SSC的功能失效，那么指定为抗震II类抗震II类适用于—设计成在SSE地震下防止SSC’s倒塌、跌落或摇动在SSE期间抗震II类构筑物失效防止与抗震I类物项的相互作用—减轻某个平安相关的SSC’s功能形成不可接受的水平，或者可能造成主控室人员不能承受的伤害2AP1000核电厂SSC’s抗震分类〔5/7〕2/7/202492.3定义〔2〕抗震II类〔C-II〕抗震II类SSC保证在SSE地震不会引起不可接受的构筑物失效或者与抗震I类SSC’s相互作用。如果抗震II类流体系统位于敏感设备附近，那么要求其适当程度的压力边界完整性抗震II类仅适用于SSC’s的一局部，对设备具体要求仅是它的支承能承受SSE地震如环吊、装卸料机，以及主控室天花板上的SSC等2AP1000核电厂SSC’s抗震分类〔6/7〕2/7/2024102.3定义〔3〕抗震III类〔C-III〕适用于非平安相关建筑构筑物的周围防护。遵照常规建筑标准段规定的抗震设计要求如核电厂放射性废料贮存SSC，汽轮机厂房等〔4〕非抗震类〔NS〕指不属于抗震I、II、III类之外，并且是非平安相关的SSCSSC’s锚固的设计应与常规标准的抗震要求相一致2AP1000核电厂SSC’s抗震分类〔7/7〕2/7/2024113.1遵循标准、标准和标准10CFR50.55a《用于核电厂的标准和标准》10CFR50附录B《核电厂与燃料后处理厂的质量保证准那么》10CFR21《缺陷与不符合项的报告》R.G1.26《质量分组与标准》ANSIN18.2《标准型压水反响堆电厂设计的核平安准那么》，1975ANS51.1《固定式压水反响堆电站设计的核平安准那么》，1983R.G1.97《用于轻水冷却核电厂在事故期间和事故后对电厂和环境状态的仪表评估》APP-GW-G1-010(R1),AP1000NuclearSafetyClassificationandSeismicRequirementMethodology,WEC,2008注：R.G1.26、ANSI18.2和ANS51.1不适用AP1000的非能动平安系统3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔1/27〕2/7/2024123.2术语定义平安相关〔Safety-Related〕是一种适用于在设计基准事件期间或在其后提供与平安有关功能的物项，同时适用于影响平安相关物项的文件和使用平安相关的功能〔Safety-RelatedFunction〕为在设计基准事件期间或其后能提供以下功能：△保持反响堆冷却剂压力边界完整性△具有关闭反响堆并保持平安停堆的能力△防止能造成相当于10CFR100规定可能到达的向厂外 泄漏事故或减轻后果的能力3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔2/27〕2/7/2024133.2术语定义设计基准事件〔DesignBasisEvent〕 是指完成平安相关功能的电厂设计必须考虑的正常运行工况〔包括预期运行事件〕，设计基准事故、外部事件或自然现象等的事件设计基准事故和瞬态〔DesignBasisAccidentsandTransients〕 是指平安分析中假设的设计基准事件〔事故和瞬态)。设计基准事故和瞬态在电厂设计中用来确定构筑物、系统和部件可接受的性能要求3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔3/27〕2/7/2024143.2术语定义设计基准管道破裂DesignBasisPipeBreaks(DBPB) 除失水事故和主蒸汽/主给水管道破裂以外的那些假想的管道破裂。包括核平安1级支路管线上的，会造成反响堆冷却剂流失率小于或等于反响堆冷却剂补水系统的补水能力的假想管道破裂冷却剂丧生事故LossofCoolantAccidents(LOCA) 能引起反响堆冷却剂以超过冷却剂补水系统能力的速度从反响堆压力边界的各破口，直到并包括大小与反响堆冷却剂系统中最大管道双端断裂相等的破口流失的那些假想事故3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔4/27〕2/7/2024153.2术语定义主蒸汽管道/给水管道破裂MainSteamandFeedwaterPipeBreaks(MS/FWPB)

主蒸汽管道和给水管道上的假想破裂，此工况包括假想管道破裂本身造成的荷载，也包括此假想管道破裂造成的各有关系统的瞬变效应和动态效应的载荷系统运行瞬态SystemOperatingTransients(SOT)

由电厂运行或系统运行造成的动态偶发事件引起的瞬变及它们产生的机械响应3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔5/27〕2/7/2024163.2术语定义假想事件PostulatedEvents那些假想的自然现象〔即运行基准地震、平安停堆地震等〕、假想厂址危害〔即厂址附件的爆炸等〕或假想的电厂事件〔即设计基准破裂、冷却剂流失事故、破口流失的那些假想事故等〕电厂必须设计成在这种情况下保持完好，不会对公众的健康和平安造成过度的风险，这些假想事件也称为设计基准事件结构完整性StructureIntegrity对于非承压部件而言，其结构完整性是指部件几何尺寸的稳定性；而对于承压部件而言，是指对承压部件的压力边界在不同载荷作用下其变形特征的限制，例如，发生弹性变形、部件结构不连续的区域中大的塑性变形或部件结构的整体塑性变形，但不允许出现部件压力边界的破裂3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔6/27〕2/7/2024173.2术语定义使用载荷ServiceLoads 在设计技术规格书中所给出的压力、温度、机械及事故下的各种载荷使用限制ServiceLimits 如在ASME标准第III卷有关章节中所提出的对应不同使用载荷所对应的限值3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔7/27〕2/7/2024183.3分级原那么构筑物、系统和部件被分为：△A、B、C、D、E、F、G、L、P、R和W级。〔11级〕△机械设备—A、B、C级等同于ANS中平安1、2和3级△电气设备—C级等同于1E级△D级—非平安有关的级，但与平安级SSC在一起的SSC△E、F、G、L、P、R和W级—与不同工业标准和标准相 关的非平安有关级3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔8/27〕2/7/2024193.3分级原那么部件分级可细化到零件单个物项或它的一局部规定了不同的分级的两个或多个功能时，应按最严格功能分级如果构筑物、系统和部件包含了合理的交接面边界，那么相同SSC的不同局部可以执行不同的功能，同时可以划分为不同的设备分级3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔9/27〕2/7/2024203.4分级说明〔1〕A级A级是平安相关级，等同于ANS平安1级属于反响堆冷却剂系统压力边界，包括要求的隔离阀和支承件。具有最高的完整性和最低的泄漏率的要求A级SSC是抗震I类NRC质保为A组10CFR50附录B和ASME标准第III卷中1级部件相一致的标准和标准3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔10/27〕2/7/2024213.4分级说明〔2〕B级B级是平安相关级，等同于ANS平安2级在某设计基准事件后限制从平安壳释放的放射性物质泄漏设计适用完成如下功能：△提供裂变产物屏障或者对一回路所包容的放射性物质 的容纳和隔离△提供平安壳边界，包括贯穿件和隔离阀。还包括作为 平安壳边界功能的管道。例如平安壳内的主蒸汽 与主给水系统、SG的二次侧筒体3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔11/27〕2/7/2024223.4分级说明〔2〕B级△ 循环的非平安壳/非反响堆冷却剂流体，以提供事故后流 进/出平安壳的平安有关功能，平安壳内侧的管线为B级。 如果有适用的平安壳隔离阀，那么在循环回路的平安壳外 侧管线为C级或非平安相关级 △ 引入应急负反响性使反响堆到达次临界状态〔例：控制 棒〕 △ 其泄漏会导致堆芯冷却剂丧失

3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔12/27〕2/7/2024233.4分级说明〔2〕B级B级SSC是抗震I类NRC质量为B组10CFR附录B和ASME标准第III卷中2级或MC级部件相一致的标准和标准ASME标准第III卷NE分卷适用于平安壳和防护管道3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔13/27〕2/7/2024243.4分级说明〔3〕C级C级是平安相关级，等同于ANS平安3级适用于要求用来减轻设计基准事故和其它设计基准事件的平安相关的功能。其较小的泄漏不会阻碍C级SSC以满足平安相关的功能〔包括辐照剂量和系统功能〕适用于由于设备的破裂，可能造成非限制区域的剂量超出10CFR20的限值，或造成堆芯丧失冷却C级SSC为抗震I类NRC质量为C组10CFR50附录B和ASME标准第III卷中3级部件相一致3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔14/27〕2/7/2024253.4分级说明〔3〕C级没有用焊缝制作的C级空气与气体“贮存箱〞—ASME-VIII附录22可替代ASME-III-NC，10CFR50附录B和10CFR21均适用于平安相关的制作堆芯支承结构—ASME-III-NG电气系统—IEEE标准〔包括IEEE323,IEEE-344〕3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔15/27〕2/7/2024263.4分级说明〔3〕C级该级设计应完成的〔1个或多个〕平安相关功能列在平安分析报告第3.2节中△如乏燃料的装卸—新、乏燃料格架、桥架和吊车△保持乏燃料的亚临界状态提供给急堆芯冷却功能—△安注箱→RPV安注管上的隔离阀之间的管道3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔16/27〕2/7/2024273.4分级说明〔4〕D级为非平安相关级—对采购、检查和监测均有附加的要求对包容放射性物质的D级SSC—需经保守论证因设计基准事件引起的失效可能不会导致超过10CFR20规定的正常厂外剂量直接动作防止非能动系统产生不必要的动作提供了重要的第一层次的防御有助于减少PSA的堆芯融化频度支持电厂冷却和卸压，以及在维修和换料期间保持停堆状态3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔17/27〕2/7/2024283.4分级说明〔4〕D级化容控制系统的一局部压力边界—抗震分析假想在恶劣的平安壳内环境中仍保持其预期功能的执行需要论证10CFR50附录B和10CFR21不用时，但工业标准中的质量保证应该用于D级SSC—以提供其完整性和功能使用10CFR50附录B和10CFR21时适用于抗震I类的D级SSC。保证工业质量保证标准与NRC质量D组相一致3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔18/27〕2/7/2024293.4分级说明〔4〕D级典型的工业标准——是广泛使用的工业标准部件（或设备）工业标准压力容器ASME-BPVC-VIII管道ASME/ANSIB31.1泵API6103AP1000核电厂SSC’s平安分级〔19/27〕2/7/202430部件（或设备）工业标准阀ASME/ANSIB16.34贮气箱API650、AWWAD100、ASME/ANSIB96.10~15psig（0~103pag）贮存箱API620AC电动机、发电机NEMAMGI断路器、开关、电器、变电器保险器IEEEC373AP1000核电厂SSC’s平安分级〔20/27〕2/7/2024313.4分级说明〔4〕D级包含D级SSC的建筑物，SSC与建筑物之间的联接—设计满足统一建筑标准〔UBC〕中的抗震要求，系统和部件不需计算地震载荷D级SSC位于A、B、C级SSC附近，可定为抗震II类D级SSC按照10CFR50.65维护有效性的监控要求应用例如D级适用以下功能〔不在A、B、C级SSC内〕△ 提供堆芯或平安壳冷却—防止对非能动堆芯冷却和非 能动平安壳冷却系统的影响3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔21/27〕2/7/2024323.4分级说明〔4〕D级△处理、提取、包装、贮存或再使用的放射性液体或 废物△事故后接近A、B、C级SSC的提供一个永久屏障△燃料装卸料机，乏燃料装卸工具，新、乏燃料格架△在火灾后需要到达或维持平安停堆以保护B或C级SSC△防止可能造成阻碍A、B、C级SSC执行平安有关功能 的相互作用3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔22/27〕2/7/2024333.4分级说明〔5〕其它级别通常要求△E、F、G、L、P、R和W级—没有覆盖A、B、C、D级中的SSC△非平安级、不执行平安相关的功能△包含的放射性物质释放缺乏以超出适用限值的放射性物质△无特殊的质保要求△除有特殊规定，一般不采用10CFR21和50附录B△SSC的抗震设计通常不要求〔特殊要求除外〕△随设计师要求按工业标准设计3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔23/27〕2/7/2024343.4分级说明〔5〕其它级别E级—不具有专门的工业标准的非平安相关SSCF和G级—消防系统，国家消防协会标准△ANSIB31.1、AWWA〔美国给水设备协会〕、API〔美 国石油研究所〕△ 局部平安相关消防系统的SSC指定为F级—满足B31.1 和抗震设计3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔24/27〕2/7/2024353.4分级说明〔5〕其它级别L级—加热、通风和空调系统△SMACNA—HVAC风管建造标准P级—建筑厂房的给排水系统△遵照国家建筑厂房给排水标准〔NPC〕R级—盛装、清洁或排除放射性污染空气的空气净化装置和部件△遵照ASME509〔ASME/ANSI-AG-1〕△当使用10CFR50附录B质保时应等同于C级W级—适用于美国给水协会导那么，无特殊质保要求3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔25/27〕2/7/2024363.4分级说明〔6〕仪表和电气分级C级仪表—平安相关设备级别的压力边界上△包括传感器管路、阀门和仪表传感器△压力边界上连接的系统或部件具有相同的平安等级△提供适当流量限制器，连接到RCS压力边界的传感器管级 为B级△压力边界外的传感器局部要求提供平安功能，应指定为C 级〔1E级〕△仪表支持D级功能—为D级，否那么为E级3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔26/27〕2/7/2024373.4分级说明〔6〕仪表和电气分级C级电气—平安相关设备△ 平安相关的电气设备，按1E级的IEEE标准执行△ 非平安相关的电气设备和仪表按非1E级IEEE标准和NEMA 标准执行3AP1000核电厂SSC’s平安分级〔27/27〕2/7/202438按ASME标准第III卷建造的SSC按照10CFR50.55a要求的在役检查—应遵照ASME标准第XI卷A级—ASME标准第XI卷IWB分卷B级—ASME标准第XI卷IWC分卷C级—ASME标准第XI卷IWD分卷金属平安壳和容器—ASME标准第XI卷IWE分卷支承—ASME标准第XI卷IWF分卷泵—ASME-标准第XI卷IWB、IWC、IWD分卷阀—ASME-标准第XI卷IWB、IWC、IWD分卷D级SSC’s的检查要求由设计师确定—不降低其SSC’s可靠性4AP1000核电厂SSC’s检查要求〔1/1〕2/7/202439AP1000（1）ANS安全分级（2）RG1.29抗震分类（3）ASME-III规范分级（4）IEEE要求ASC-1I1NABSC-2I2NACSC-3I31EDNNS（2）NA（9）NA（10）（10）其它NNS（2）NA（13）NANA〔DCD-表3.2-1〕〔1/1〕5各法规、标准和标准之间的平安

分级比较〔1/2〕2/7/202440NA－不适用其它－包括E、F、G、L、P、R和W〔〕内注解详见平安分析报告－表3.2－1AP1000（1）RG1.26质量分组（5）10CFR50附录B（6）在役试验要求试验和维修要求AAYESYES（7）（8）BBYESYES（7）（8）CCYESYES（7）（8）DDNO（10）YES（11）（11）其它NANA（12）NANA5各法规、标准和标准之间的平安

分级比较〔2/2〕2/7/202441NRC对AP1000初步平安分析报告〔PSAR〕3.2《分级》审查结论：△ 对平安重要相关的承压和非承压SSC分级是满足R.G 1.26要求，可接受的△ 表3.2-3和有关P＆ID指出了所有主要部件、机械系统 均说明了所有连接之间的分级界限△ 所有SSC’s建造满足对应的ASME标准和工业标准6NRC审查结论〔1/1〕2/7/202442A1目的在核电厂SSE抗震设计中为防护抗震I类〔与平安相关级〕的SSC免受不可接受的结构相互作用影响而产生失效，为此在抗震I类与其它非抗震类的SSC之间采取适当的别离或隔离确定位于抗震I类SSC区域内的“源〞和“目标〞，定出“敏感设备〞以包括“碰撞评价区域〞进行“抗震相互作用分析〞附录AAP1000抗震设计中相互作用的

防护设计要点〔1/6〕2/7/202443A2定义源〔source〕△ 位于抗震I类SSC隔离区内的抗震III类或非抗震类SSC△ 或位于抗震I类SSC隔离区外的抗震III类非抗震类 SSC，由于坍塌、倾倒或摇动抗震I类的SSC目标〔Target〕△ 是一个多个非抗震类SSC由于其地震事件失效会被影 响的抗震I类SSC附录AAP1000抗震设计中相互作用的

防护设计要点〔2/6〕2/7/202444A2定义〔2/4〕敏感设备〔SensitiveEquipment〕△ 分为目标，并在地震事件中由于碰撞可能受损伤的 抗震I类SSC抗震相互作用〔SeismicInteraction〕△指抗震III类或非抗震SSC给抗震I类SSC带来危害， 如坍塌、摇摆、重力飞射等附录AAP1000抗震设计中相互作用的

防护设计要点〔3/6〕2/7/202445A2定义〔3/4〕碰撞评价区域〔ImpactEvaluationZone〕△指在“目标〞周围的包络—“源〞位于“目标〞外允许 “源〞支承失效而自由跌落不会碰撞“目标〞△抗震I类为“目标〞的范围周围水平方向为6ft〔1.83m〕为直径 评价区域 高为35ft〔10.7m〕〔在35ft〔10.7m〕以上，周围的10°辐射角的圆锥内〕附录AAP1000抗震设计中相互作用的

防护设计要点〔4/6〕2/7/202446A2定义碰撞评价区域图2碰撞评价区域和抗震支承的管道图1碰撞评价区域附录AAP1000抗震设计中相互作用的

防护设计要点〔5/6〕2/7/202447A3碰撞评定和分析内容△源之目标的接近程度—轨迹、重量、形状△目标的巩固性—结构完整性和功能△碰撞的能量—低至不会损伤程度措施△加固非抗震类支承升为抗震II类△别离或隔离附录AAP1000抗震设计中相互作用的

防护设计要点〔6/6〕2/7/202448附录BAP1000核电厂SSC’s平安分级举例〔1/8〕B1设备冷却水系统〔CCS〕部件名称安全级抗震分类规范、标准热交换器、设冷水系统和厂用水系统侧DNSASMEVIII泵、箱、阀DNSASMEVIIICCS安全壳隔离阀——安全壳外入口管道BIASMEIII-22/7/202449附录BAP1000核电厂SSC’s平安分级举例〔2/8〕B2平安壳系统〔CNS〕部件名称安全级抗震分类规范、标准钢安全壳容器、设备闸门、人员闸门、贯穿件BIASMEIII-MC部件名称安全级抗震分类规范、标准冷却水储存箱CIACI349辅助水箱DII制造商标准冷却水箱隔离阀CIASMEIII-3再循环泵DNS水力学会标准循环泵入口隔离阀DNS(或II)ANSI16.34B3非能动平安壳冷却系统〔PCS〕2/7/202450附录BAP1000核电厂SSC’s平安分级举例〔3/8〕B4化学和容积控制系统〔CVS〕部件名称安全级抗震分类规范、标准热交换器、CVS和CCS侧DNSASMEVIIITEMA泵DNS水力学会标准RCS净化关断阀(1)(2)AIASMEIII-1RCS净化关断阀(3)CIASMEIII-3安全壳内下泄安全壳隔离阀BIASMEIII-2下泄管道安全壳贯穿件BIASMEIII-MC2/7/202451附录BAP1000核电厂SSC’s平安分级举例〔4/8〕