论文集
APl000核电设备分级及其质量要求
凌世情1
(1.中核集1夏I--1'3核电有限公司,浙江--1'3317112)
摘要:核电设备分级的目的是为设备设计、制造、检查、验收过程中的质量控制提供清晰的指导。概括介绍了APl000设备的安全和抗震分级,以及基于安全和抗震分级的质量要求。另外,还针对APl000设备的一些其他分类及相应的质量要求进行了系统地总结和概述。
关键词:APl000,设备分级,抗震等级,质量要求
ClassificationandQualityRequirementofNuclearPowerEquipmentof
APl000
LINGShiqin91
(1.CNNCSanmenNuclearPowerCompany,Sanmen217112,Zhejiang,China)
Abstract:Thepurposeofclassificationofnuclearpowerequipmentistoprovideclearguidanceofqualitycon・・trolduringdesign,manufacturing,inspectionandacceptance.ThisthesisintroducedbrieflythesafetyandseismicclassificationofAPI000equipment,andthequalityrequirementsbasedonthesafetyandseismicclassification.Inaddition,thisthesissummarizedsystematicallytheOtherclassificationandthecorrespondingqualityrequirements.
Keywords:API000,EquipmentClassification,SeismicClassification,QualityRequirement.
1.前言
核电厂安全的基本目标是在正常工况和事故工况下限制公众和厂区工作人员所受到的辐射照量。为实现该目标,核电设备及其组成的系统需要执行诸如安全停堆、正常余热排出、限制放射性物质释放等安全功能。若执行安全功能的设备失效,则可能造成不同程度的后果,由于设备失效的后果和概率不同,因此需要对设备进行安全分级。除安全分级外,还需对设备进行抗震分级。设备的安全等级、抗震等级不同,在其设计、制造、检查、验收过程中的质量要求也各不相同,因此,设备的安全等级、抗震等级可以用于规定设备质量要求。这些质量要求则反映在各个国家或国际组织的法规或标准中,例如HAD003、HADl02系列、10CFR50附录B、ANS/ANSI一51.1、RGl.29等[1】。
本文概括介绍了APl000安全和抗震分级,重点描述了APl000设备安全和抗震分级所对应的质量要求。除此之外,本文还介绍了APl000针对一些具有特殊的功能或对安全、电力生产等有特殊影响的设备所进行的分类,以及依据这些分类的附加质量要求。67
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2.APl000核电设备分级
2.1核电设备分级的方法
目前国际上对核电设备进行分级时,一般都混合采用确定论法和概率论法。其中确定论法通常用于在安全上有至关重要作用、其失效会导致重大放射性释放事故的设备;概率论法适用于可以用失效概率与失效后果共同来评价其安全重要性的设备。
具体分级时,通过对各种堆型作大量假想事故分析,评估假象事故下设备失效的概率及其后果,确定设备安全重要性的相对顺序,并将安全重要性相等或相近的设备归为同一安全等级,从而将核电设备划为若干安全等级,目前国际上基本都将设备安全等级划分为四级[2】,但是在具体执行时根据国情或侧重点不同,提出了多种不同的设备分级规范或标准,并相应地规定了质量要求,例如ASME规范、法标RCC—M、美标ANSI、中国标准GB/T、国际原子能机构标准等。
2.2APl000核电设备分级
尽管现有的设备分级标准已经十分完善,并在实践中得到广泛应用。但由于APl000的安全系统采用了“非能动”技术并在建造过程中采用模块化建造,与传统成熟的压水堆核电站有着显著的不同,因此现有的设备分级标准已不能完全适用于APl000,这些分级标准所对应的质保要求也无法对APl000的设计、建造、检查和验收提供清晰的指导:例如:在GB/T17569中,柴油发电机组为lE级设备,其抗震等级为I类[3];而在APl000中由于采用J,非能动安全系统,其柴油发电机组所在的厂内备用电源系统(zos)为非安全相关系统,抗震等级也为非抗震类[4】。
鉴于此,APl000在综合参考IOCFR50.55a、ANSIN18.2、ANS51.1、RGl.26、RGl.97、IOCFR21等标准、法规的基础上,对设备的安全和抗震进行了重新分级。
2.2.1安全分级
APl000首先将设备分为两大类,即安全相关(Safety—related)和非安全相关(Nonsafety—related)设备。在此基础上,APl0002更将安全相关设备分为A级、B级和C级,分别等同于ANS/ANSI中安全1级、安全2级和安全3级设备[5];将非安全相关设备分为D级和其它级设备,而其它级设备依据相关工业标准进一步细分为E、F、G、L、P、R和w级,例如F级和G级用于消防系统,遵守美国消防协会、美国水工协会等机构的相关法规,又如P级用于给排水设备,依照美国给排水法规。
2.2.2抗震分级
APl000设备抗震分级主要根据RGl.29,将设备的抗震等级分为三级:抗震I类(CategoryI,C—I);抗震II类(CategoryII,C—II);非抗震类(Non-seismic,NS)。
3.APl000设备质量要求
对设备进行分级的目的是根据相应的质量要求对设备进行设计、制造、检查和验收,这些质量要求一般以标准、法规、导则或规范的形式体现,APl000设备的质量要求以美国国家标准或一些国际通用标准为主,另外还需要参考WEC(西屋电气公司)的内部程序。不同安全级设备对应的质量要求如表1所示:6R
表1不同安全级设备对应的质量要求
设备分级通用标准WEC文件
10CFRS0附录B
ASMENQA-l-1994《wEc二级大纲和程序》“WEC3.5.8”节{WEC--
IOCFR21级大纲和程序》“WEC7.5”节
A、B、C级设备
NRCRGl.28“SQAR”
ASME((锅炉及压力容器规范》第1II卷“QAR”
中的相关规定
相应工业标准(如IS09001)(WEC一-级大纲和程序》“WEC3.5.8”节(WEC二
级大纲和程序》“WEC7.5”节
D级设备10CFR50附录B(仅针对抗震I类和II类)
“SQAR”
10CFR21(仅针对抗震I类)
“Non—safetyQAR’’
(WEC二级大纲和程序》“WEC3.5.8”节《wEc二
其他级设备相应工业标准级大纲和程序》“WEC7.5”节
“Non—safetyQAR”
表1中所列WEC文件其主要内容概括如下:
(1)《wEC二级大纲和程序》“WEC3.5.8”节规定了“设计规范书”的编制、审查和控制相关要求;
(2)《wEC二级大纲和程序》“WEC7.5”节规定了物项和服务的采购相关要求;
(3)“SQAR”是WEC针对APl000中国三门和海阳项目的补充质保要求;
(4)“QAR”是WEC对安全相关设备和服务质保要求的规定;
(5)“Non—safetyQAR”是WEC对非安全相关设备质保要求的规定。
4.APl000设备其他分类及质量要求
除上述基于安全分级和抗震分级的质量要求外,一些设备具有特殊的功能或对安全、电力生产等有特殊影响,APl000对这些设备制定了一系列附加的质保要求。
4.1“D—RAP”物项
4.1.1“D—RAP”物项分类
APl000的“D—RAP(设计可靠性保证大纲)”用于在设计过程中为电厂的可靠性提供保证。“D—RAP”通过引入风险增加因子、风险降低因子等参数,将一些物项归为重大风险(Risk—Identification)物项,并列入“D—RAP”中,称为“D—RAP”物项。具体分类方法及“D—RAP”物项清单在WEC文件(APl000设计可靠性保证大纲》有详细描述。“D—RAP”物项仅包含A、B、C、D级设备,不包含其他级设备。
4.1.2质量要求
“D—RAP”物项的质量要求分为4类,分类和具体要求见表2:69
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表2“D—RAP”物项分类及质量要求
设备
“D—RAP”物项中的A、
B、C级设备
“D—RAP”物项中的D质量要求设计要求质保要求设计要求
质保要求OPEX(运行经验)报告IOCFR50附录BOPEX(运行经验)报告WEC文件(APl000RTNSS系统、构筑物和设备的质保要求》级设备
“OPEX报告”是指供货方或设计方需以文件形式提交设备的“OPEX报告”,内容应包括:同一类设备存在的被工业界f包括核工业界和非核工业界)所公认的问题、供货方或设计方所提供的具体型号的运行和测试报告、供货方或设计方改进其设计的步骤等。
WEC文件(APl000RTNSS系统、构筑物和设备的质保要求》规定了RTNSS(见本文4.3节)系统、构筑物和设备的质保要求,内容包括组织机构;质保大纲;设计控制;采购文件控制;说明书、程序和图纸要求;文件控制;物项和服务采购控制;检查和试验控制;装卸、储存和运输要求;不符合项控制;纠正措施控制;记录管理;监查管理等。这些质保要求除部分内容APl000提出更严格的要求外,大部分与IS09001:2008中的要求相一致。
4.2R一设备
4.2.1R一设备分类
APl000根据设备失效对于电力生产的影响,将设备进行经济可靠性分类,称为R一设备分类,分类原则大致如下,具体分类方法及分类结果在WEC文件((APl000电力生产可靠性分级方法》中有详细描述:
R一1类:该类设备失效会立即导致停止发电;
R一2类:该类设备失效7天内会导致停止发电;
R一3类:该类设备失效7天后会导致停止发电;
NR类:该类设备失效不会影响发电。
4.2.2质量要求
R一设备分类对应的质量要求见表3:
—\\
质量要求表3R一设备分类及质量要求分类R—lR一2R一3NR
~~—、、~~\
适用
适用
适用适用适用不适用适用不适用不适用不适用不适用工业标准质保要求OPEX报告“FMEA”或“设计评审“不适用
“工业标准质保要求”指经过wEc批准在APlooO中使用的工业标准,例如Is09001。供应商如采用其他标准需经WEC审查两种标准的等效性。
“FMEA
70f部件故障模式和效应分析)”:供货方或设计方需要提供会导致设备失效的所有设备零部件的
FMEA报告。其中,会导致设备失效的故障模式应备有文件证明其满足质量要求。
“设计评审”:供货方或设计方须参加采购方开展的设计评审,设计评审应包括对FMEA的评审或对影响发电的部件故障模式的充分评审。
4.3RTNSS设备
RTNSS设备分类4.3.1
在APl000中,能动(依赖外部动力支持)的非安全相关系统用于提供纵深防御功能或作为非能动安全系统的补充,对于这些系统及其物项,需要对其重要性进行评估,这一过程被称为非安全系统管理分析(RTNSS)。’
APl000通过确定论法和概率论法对RTNSS设备进行划分,具体划分方法和划分结果在WEC文件《非安全系统管理分析在APl000中的应用》中有详细描述。
4.3.2质量要求
RTNSS设备为D级设备的子集,因此其质量要求首先要满足本文第3章中所列对D级设备的质量要求,除此以外,还应满足WEC文件{APl000RTNSS系统、构筑物和设备的质保要求》中规定的要求。
5.全文总结
三代核电因其更高的安全性成为核电发展的趋势,APl000作为先进的三代核电技术,其所采用的非能动安全系统设计理念大幅度减少了安全系统的设备和部件[4],特别是在二代堆型中依赖交流电源的安全系统在APl000中或取消或降为非安全系统,因此APl000设备的安全和抗震分级与现有分级有一定的差别。本文系统地介绍了APl000设备的安全和抗震分级以及对应的质量要求,对于一些具有特殊意义的设备的附加要求也进行了介绍。
目前,我国的核电事业处在蓬勃发展阶段,过去的几十年中我国已经制定了一套完整的核安全法规体系,包括核安全法规、核安全导则、国家标准等,涵盖了核电设备安全分级、抗震分级、质保分组等内容,但仍缺少完整的核设备设计和制造规范或仅限于二代或二代改进型压水堆核电厂。本文希望通过介绍APl000设备分级及其质量要求,能为建立和完善我国三代核电标准和法规体系提供参考。
6.参考文献
[1]孙林,许川.核电设备设计和制造过程中的质量控制,核动力工程,2008,(S1):87—89.
【2】国家核安全局.HADl02/03,用于沸水堆、压水堆和压力管式反应堆的安全功能和部件分级,1986.[3]国家质量技术监督局.GB/T17569,压水堆核电厂物项分级,1998.
【4】顾军等.APl000核电厂系统与设备,北京:原子能出版社,2010:1—8.
[5]ANSI.ANS/ANSI51.1,NuclearSafetyCriteriafortheDesignofStationaryPressurizedWater,1983.71
论文集
APl000核电设备分级及其质量要求
凌世情1
(1.中核集1夏I--1'3核电有限公司,浙江--1'3317112)
摘要:核电设备分级的目的是为设备设计、制造、检查、验收过程中的质量控制提供清晰的指导。概括介绍了APl000设备的安全和抗震分级,以及基于安全和抗震分级的质量要求。另外,还针对APl000设备的一些其他分类及相应的质量要求进行了系统地总结和概述。
关键词:APl000,设备分级,抗震等级,质量要求
ClassificationandQualityRequirementofNuclearPowerEquipmentof
APl000
LINGShiqin91
(1.CNNCSanmenNuclearPowerCompany,Sanmen217112,Zhejiang,China)
Abstract:Thepurposeofclassificationofnuclearpowerequipmentistoprovideclearguidanceofqualitycon・・trolduringdesign,manufacturing,inspectionandacceptance.ThisthesisintroducedbrieflythesafetyandseismicclassificationofAPI000equipment,andthequalityrequirementsbasedonthesafetyandseismicclassification.Inaddition,thisthesissummarizedsystematicallytheOtherclassificationandthecorrespondingqualityrequirements.
Keywords:API000,EquipmentClassification,SeismicClassification,QualityRequirement.
1.前言
核电厂安全的基本目标是在正常工况和事故工况下限制公众和厂区工作人员所受到的辐射照量。为实现该目标,核电设备及其组成的系统需要执行诸如安全停堆、正常余热排出、限制放射性物质释放等安全功能。若执行安全功能的设备失效,则可能造成不同程度的后果,由于设备失效的后果和概率不同,因此需要对设备进行安全分级。除安全分级外,还需对设备进行抗震分级。设备的安全等级、抗震等级不同,在其设计、制造、检查、验收过程中的质量要求也各不相同,因此,设备的安全等级、抗震等级可以用于规定设备质量要求。这些质量要求则反映在各个国家或国际组织的法规或标准中,例如HAD003、HADl02系列、10CFR50附录B、ANS/ANSI一51.1、RGl.29等[1】。
本文概括介绍了APl000安全和抗震分级,重点描述了APl000设备安全和抗震分级所对应的质量要求。除此之外,本文还介绍了APl000针对一些具有特殊的功能或对安全、电力生产等有特殊影响的设备所进行的分类,以及依据这些分类的附加质量要求。67
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2.APl000核电设备分级
2.1核电设备分级的方法
目前国际上对核电设备进行分级时,一般都混合采用确定论法和概率论法。其中确定论法通常用于在安全上有至关重要作用、其失效会导致重大放射性释放事故的设备;概率论法适用于可以用失效概率与失效后果共同来评价其安全重要性的设备。
具体分级时,通过对各种堆型作大量假想事故分析,评估假象事故下设备失效的概率及其后果,确定设备安全重要性的相对顺序,并将安全重要性相等或相近的设备归为同一安全等级,从而将核电设备划为若干安全等级,目前国际上基本都将设备安全等级划分为四级[2】,但是在具体执行时根据国情或侧重点不同,提出了多种不同的设备分级规范或标准,并相应地规定了质量要求,例如ASME规范、法标RCC—M、美标ANSI、中国标准GB/T、国际原子能机构标准等。
2.2APl000核电设备分级
尽管现有的设备分级标准已经十分完善,并在实践中得到广泛应用。但由于APl000的安全系统采用了“非能动”技术并在建造过程中采用模块化建造,与传统成熟的压水堆核电站有着显著的不同,因此现有的设备分级标准已不能完全适用于APl000,这些分级标准所对应的质保要求也无法对APl000的设计、建造、检查和验收提供清晰的指导:例如:在GB/T17569中,柴油发电机组为lE级设备,其抗震等级为I类[3];而在APl000中由于采用J,非能动安全系统,其柴油发电机组所在的厂内备用电源系统(zos)为非安全相关系统,抗震等级也为非抗震类[4】。
鉴于此,APl000在综合参考IOCFR50.55a、ANSIN18.2、ANS51.1、RGl.26、RGl.97、IOCFR21等标准、法规的基础上,对设备的安全和抗震进行了重新分级。
2.2.1安全分级
APl000首先将设备分为两大类,即安全相关(Safety—related)和非安全相关(Nonsafety—related)设备。在此基础上,APl0002更将安全相关设备分为A级、B级和C级,分别等同于ANS/ANSI中安全1级、安全2级和安全3级设备[5];将非安全相关设备分为D级和其它级设备,而其它级设备依据相关工业标准进一步细分为E、F、G、L、P、R和w级,例如F级和G级用于消防系统,遵守美国消防协会、美国水工协会等机构的相关法规,又如P级用于给排水设备,依照美国给排水法规。
2.2.2抗震分级
APl000设备抗震分级主要根据RGl.29,将设备的抗震等级分为三级:抗震I类(CategoryI,C—I);抗震II类(CategoryII,C—II);非抗震类(Non-seismic,NS)。
3.APl000设备质量要求
对设备进行分级的目的是根据相应的质量要求对设备进行设计、制造、检查和验收,这些质量要求一般以标准、法规、导则或规范的形式体现,APl000设备的质量要求以美国国家标准或一些国际通用标准为主,另外还需要参考WEC(西屋电气公司)的内部程序。不同安全级设备对应的质量要求如表1所示:6R
表1不同安全级设备对应的质量要求
设备分级通用标准WEC文件
10CFRS0附录B
ASMENQA-l-1994《wEc二级大纲和程序》“WEC3.5.8”节{WEC--
IOCFR21级大纲和程序》“WEC7.5”节
A、B、C级设备
NRCRGl.28“SQAR”
ASME((锅炉及压力容器规范》第1II卷“QAR”
中的相关规定
相应工业标准(如IS09001)(WEC一-级大纲和程序》“WEC3.5.8”节(WEC二
级大纲和程序》“WEC7.5”节
D级设备10CFR50附录B(仅针对抗震I类和II类)
“SQAR”
10CFR21(仅针对抗震I类)
“Non—safetyQAR’’
(WEC二级大纲和程序》“WEC3.5.8”节《wEc二
其他级设备相应工业标准级大纲和程序》“WEC7.5”节
“Non—safetyQAR”
表1中所列WEC文件其主要内容概括如下:
(1)《wEC二级大纲和程序》“WEC3.5.8”节规定了“设计规范书”的编制、审查和控制相关要求;
(2)《wEC二级大纲和程序》“WEC7.5”节规定了物项和服务的采购相关要求;
(3)“SQAR”是WEC针对APl000中国三门和海阳项目的补充质保要求;
(4)“QAR”是WEC对安全相关设备和服务质保要求的规定;
(5)“Non—safetyQAR”是WEC对非安全相关设备质保要求的规定。
4.APl000设备其他分类及质量要求
除上述基于安全分级和抗震分级的质量要求外,一些设备具有特殊的功能或对安全、电力生产等有特殊影响,APl000对这些设备制定了一系列附加的质保要求。
4.1“D—RAP”物项
4.1.1“D—RAP”物项分类
APl000的“D—RAP(设计可靠性保证大纲)”用于在设计过程中为电厂的可靠性提供保证。“D—RAP”通过引入风险增加因子、风险降低因子等参数,将一些物项归为重大风险(Risk—Identification)物项,并列入“D—RAP”中,称为“D—RAP”物项。具体分类方法及“D—RAP”物项清单在WEC文件(APl000设计可靠性保证大纲》有详细描述。“D—RAP”物项仅包含A、B、C、D级设备,不包含其他级设备。
4.1.2质量要求
“D—RAP”物项的质量要求分为4类,分类和具体要求见表2:69
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表2“D—RAP”物项分类及质量要求
设备
“D—RAP”物项中的A、
B、C级设备
“D—RAP”物项中的D质量要求设计要求质保要求设计要求
质保要求OPEX(运行经验)报告IOCFR50附录BOPEX(运行经验)报告WEC文件(APl000RTNSS系统、构筑物和设备的质保要求》级设备
“OPEX报告”是指供货方或设计方需以文件形式提交设备的“OPEX报告”,内容应包括:同一类设备存在的被工业界f包括核工业界和非核工业界)所公认的问题、供货方或设计方所提供的具体型号的运行和测试报告、供货方或设计方改进其设计的步骤等。
WEC文件(APl000RTNSS系统、构筑物和设备的质保要求》规定了RTNSS(见本文4.3节)系统、构筑物和设备的质保要求,内容包括组织机构;质保大纲;设计控制;采购文件控制;说明书、程序和图纸要求;文件控制;物项和服务采购控制;检查和试验控制;装卸、储存和运输要求;不符合项控制;纠正措施控制;记录管理;监查管理等。这些质保要求除部分内容APl000提出更严格的要求外,大部分与IS09001:2008中的要求相一致。
4.2R一设备
4.2.1R一设备分类
APl000根据设备失效对于电力生产的影响,将设备进行经济可靠性分类,称为R一设备分类,分类原则大致如下,具体分类方法及分类结果在WEC文件((APl000电力生产可靠性分级方法》中有详细描述:
R一1类:该类设备失效会立即导致停止发电;
R一2类:该类设备失效7天内会导致停止发电;
R一3类:该类设备失效7天后会导致停止发电;
NR类:该类设备失效不会影响发电。
4.2.2质量要求
R一设备分类对应的质量要求见表3:
—\\
质量要求表3R一设备分类及质量要求分类R—lR一2R一3NR
~~—、、~~\
适用
适用
适用适用适用不适用适用不适用不适用不适用不适用工业标准质保要求OPEX报告“FMEA”或“设计评审“不适用
“工业标准质保要求”指经过wEc批准在APlooO中使用的工业标准,例如Is09001。供应商如采用其他标准需经WEC审查两种标准的等效性。
“FMEA
70f部件故障模式和效应分析)”:供货方或设计方需要提供会导致设备失效的所有设备零部件的
FMEA报告。其中,会导致设备失效的故障模式应备有文件证明其满足质量要求。
“设计评审”:供货方或设计方须参加采购方开展的设计评审,设计评审应包括对FMEA的评审或对影响发电的部件故障模式的充分评审。
4.3RTNSS设备
RTNSS设备分类4.3.1
在APl000中,能动(依赖外部动力支持)的非安全相关系统用于提供纵深防御功能或作为非能动安全系统的补充,对于这些系统及其物项,需要对其重要性进行评估,这一过程被称为非安全系统管理分析(RTNSS)。’
APl000通过确定论法和概率论法对RTNSS设备进行划分,具体划分方法和划分结果在WEC文件《非安全系统管理分析在APl000中的应用》中有详细描述。
4.3.2质量要求
RTNSS设备为D级设备的子集,因此其质量要求首先要满足本文第3章中所列对D级设备的质量要求,除此以外,还应满足WEC文件{APl000RTNSS系统、构筑物和设备的质保要求》中规定的要求。
5.全文总结
三代核电因其更高的安全性成为核电发展的趋势,APl000作为先进的三代核电技术,其所采用的非能动安全系统设计理念大幅度减少了安全系统的设备和部件[4],特别是在二代堆型中依赖交流电源的安全系统在APl000中或取消或降为非安全系统,因此APl000设备的安全和抗震分级与现有分级有一定的差别。本文系统地介绍了APl000设备的安全和抗震分级以及对应的质量要求,对于一些具有特殊意义的设备的附加要求也进行了介绍。
目前,我国的核电事业处在蓬勃发展阶段,过去的几十年中我国已经制定了一套完整的核安全法规体系,包括核安全法规、核安全导则、国家标准等,涵盖了核电设备安全分级、抗震分级、质保分组等内容,但仍缺少完整的核设备设计和制造规范或仅限于二代或二代改进型压水堆核电厂。本文希望通过介绍APl000设备分级及其质量要求,能为建立和完善我国三代核电标准和法规体系提供参考。
6.参考文献
[1]孙林,许川.核电设备设计和制造过程中的质量控制,核动力工程,2008,(S1):87—89.
【2】国家核安全局.HADl02/03,用于沸水堆、压水堆和压力管式反应堆的安全功能和部件分级,1986.[3]国家质量技术监督局.GB/T17569,压水堆核电厂物项分级,1998.
【4】顾军等.APl000核电厂系统与设备,北京:原子能出版社,2010:1—8.
[5]ANSI.ANS/ANSI51.1,NuclearSafetyCriteriafortheDesignofStationaryPressurizedWater,1983.71