摘要:介紹了核電廠設(shè)備安全分級(jí)的目的以及安全分級(jí)的定義。比較了幾種安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的差異,確定了安全分級(jí)的對(duì)象。根據(jù)安全分級(jí)的法規(guī)依據(jù),闡述了安全功能的定義和種類,探討了安全分級(jí)的方法、具體步驟和安全等級(jí)的分界,以及對(duì)確定為安全級(jí)機(jī)械設(shè)備的要求,最后提出了機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)與電氣設(shè)備安全分級(jí)的關(guān)系,以及機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)與系統(tǒng)安全分級(jí)的關(guān)系。
在核安全日常審評(píng)工作中,許多環(huán)節(jié)都與核電廠設(shè)備安全分級(jí)息息相關(guān),例如:初步安全分析報(bào)告審評(píng)、最終安全分析報(bào)告審評(píng)和在役檢查大綱審評(píng)等。核電廠設(shè)備安全分級(jí)的清晰、明確與否,對(duì)上述工作的順利進(jìn)行具有十分重要的意義。
1、安全分級(jí)的目的和定義
確定設(shè)備的安全等級(jí),對(duì)核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。降低等級(jí)會(huì)影響核電廠的安全性,不適當(dāng)?shù)靥岣叩燃?jí)會(huì)增加核電廠的造價(jià)。在一座壓水堆核電廠的設(shè)備中,安全級(jí)設(shè)備的臺(tái)件數(shù)約占設(shè)備總臺(tái)件數(shù)的40%,而將一件設(shè)備由非安全級(jí)改為安全級(jí),造價(jià)上可能提高數(shù)倍,由此可看出恰當(dāng)分級(jí)的重要意義。
所謂安全分級(jí)就是按照核電廠的設(shè)備和部件是否執(zhí)行安全功能,及根據(jù)此種功能的重要性而劃分的等級(jí)。在安全分級(jí)中,將核電廠設(shè)備分為核安全機(jī)械設(shè)備和核安全電氣設(shè)備。本文主要介紹核安全機(jī)械設(shè)備的安全分級(jí)。
2、安全分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)
到目前為止,國(guó)際上并沒(méi)有統(tǒng)一通用的安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而實(shí)際上也不可能做到完全統(tǒng)一。因?yàn)槭紫炔煌盗械暮穗姀S,對(duì)安全分級(jí)的要求不同;其次,不同國(guó)家對(duì)核電廠安全的要求也不盡相同?，F(xiàn)將國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)、美國(guó)、法國(guó)以及我國(guó)對(duì)于壓水堆核電廠有關(guān)機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,如表1所示。
表 1 核電廠機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)比較
3、核安全機(jī)械設(shè)備的分級(jí)流程
3、1分級(jí)對(duì)象的確立
在給核電廠機(jī)械設(shè)備分級(jí)時(shí),必須使其具體化。一件設(shè)備可能是由不同安全等級(jí)的若干部分所組成。在實(shí)施分級(jí)時(shí),必須確定出能夠賦予單一等級(jí)的最小單元,以該最小單元作為分級(jí)的具體對(duì)象,最小單元可能是:
(1)一個(gè)組件,如燃料組件;
(2)一件設(shè)備,如柴油發(fā)電機(jī)、連接穩(wěn)壓器與反應(yīng)堆冷卻劑環(huán)路的波動(dòng)管、換料水箱;
(3)一件設(shè)備的某一部分,如反應(yīng)堆冷卻劑泵的泵殼;
(4)一件設(shè)備的某一個(gè)或某一類零件,如反應(yīng)堆冷卻劑泵的飛輪、反應(yīng)堆冷卻劑泵的支撐件。
3、2安全分級(jí)的依據(jù)
《核電廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》(HAF102)為核電廠的設(shè)計(jì)提供了三項(xiàng)總的要求,這三項(xiàng)要求所確保的三項(xiàng)基本安全功能(反應(yīng)性控制、余熱排出和放射性物質(zhì)包容)是安全分級(jí)的基本依據(jù)。
3、3安全功能的定義和種類
安全功能是指核電廠設(shè)計(jì)要求在任何情況下確保反應(yīng)堆安全停堆,從堆芯排出熱量,并限制預(yù)計(jì)運(yùn)行事件和事故工況后果。為達(dá)到這些設(shè)計(jì)要求所必須的功能稱為安全功能。412節(jié)中所述的基本安全功能可分列出多條安全功能,每條安全功能對(duì)核電廠安全的重要性是不同的,我們可以按其對(duì)核電廠安全的重要性程度,采用414節(jié)中所述的方法來(lái)劃分若干組,每組為一級(jí)。
3、4安全分級(jí)的方法
設(shè)計(jì)中可用兩種方法來(lái)確定與安全有關(guān)的機(jī)械設(shè)備分級(jí)要求:確定論法和概率論法。確定論法常對(duì)那些安全上重要的、其損壞能導(dǎo)致重大的放射性釋放事故的系統(tǒng)、部件和構(gòu)筑物提出各種要求。這些要求強(qiáng)行規(guī)定,不需細(xì)致地考慮損壞的幾率或?qū)p輕事故后果的影響。確定論法是迄今為止被廣泛應(yīng)用的一種成熟的評(píng)價(jià)方法,也是深得各國(guó)核安全當(dāng)局批準(zhǔn)的傳統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)方法。這種方法簡(jiǎn)便快速,但是往往以多年實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和一些保守的假設(shè)為基礎(chǔ),而許多假設(shè)又不太符合實(shí)際,因而得出的結(jié)果往往過(guò)于保守。概率論法根據(jù)要求某一安全功能起作用的概率以及該安全功能失效的后果來(lái)評(píng)價(jià)安全重要性,在確定機(jī)械設(shè)備安全重要性的相對(duì)排序方面特別有用。
壓水堆核電廠的機(jī)械設(shè)備分級(jí)較為規(guī)范,用確定論方法即可確定;而對(duì)于新堆和研究堆,其分級(jí)有很大的不確定性,則可采用概率論法最終確定。
3、5安全分級(jí)的步驟
核電廠機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)的主要步驟如下:
(1)把基本安全功能分解為多條安全功能條目;
(2)將這些條目按重要性排序,并組合成若干個(gè)等級(jí);
(3)將安全重要的機(jī)械設(shè)備列在分級(jí)清單中;
(4)根據(jù)機(jī)械設(shè)備完成的安全功能,對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行初步分級(jí);
(5)確定對(duì)機(jī)械設(shè)備的詳細(xì)要求;
(6)核實(shí)每個(gè)子系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備的功能;
(7)將每個(gè)系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備明確分級(jí),根據(jù)需要從第(4)項(xiàng)開(kāi)始重復(fù)若干次;
(8)列出最后的機(jī)械設(shè)備分級(jí)表。
3、6安全等級(jí)的分界
兩個(gè)不同安全級(jí)別的系統(tǒng)或設(shè)備的分界是一道屏障,這些分界件的功能應(yīng)達(dá)到使較低安全等級(jí)的設(shè)備或部件的損壞不會(huì)導(dǎo)致:
(1)阻礙較高安全等級(jí)的機(jī)械設(shè)備或部件執(zhí)行其安全功能;
(2)放射性流體的流失。分界面部件的等級(jí)應(yīng)采用兩者中較高的等級(jí)。
常采用的分界面部件有:
(1)非能動(dòng)屏障(如熱交換器管子);
(2)非能動(dòng)限流裝置(如下泄孔板);
(3)安全閥;
(4)常開(kāi)遙控閥(在2級(jí)或3級(jí)與更低級(jí)之間);
(5)兩個(gè)串聯(lián)常開(kāi)遙控閥(在1級(jí)和2級(jí)之間);
(6)常閉閥(在2級(jí)或3級(jí)與更低級(jí)之間);
(7)兩個(gè)串聯(lián)常閉閥(在1級(jí)與較低等級(jí)之間)。
4、安全級(jí)機(jī)械設(shè)備的要求
對(duì)于確定為安全級(jí)的機(jī)械設(shè)備,主要有以下幾方面的要求:
(1)規(guī)范等級(jí)。應(yīng)遵循核級(jí)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造規(guī)范,如ASME、RCC2M等規(guī)范;
(2)抗震等級(jí)。所有安全級(jí)機(jī)械設(shè)備,如安全1、2、3級(jí)均應(yīng)列為抗震I類?？拐餓類設(shè)備應(yīng)按SL22(或SSE)地震設(shè)計(jì);抗震Ⅱ類適用于抗震I類以外某些非安全級(jí)但屬于安全重要的物項(xiàng),抗震Ⅱ類設(shè)備按SL21(或OBE)地震設(shè)計(jì);抗震I、Ⅱ類以外的設(shè)備屬于其他抗震類,可按合適的常規(guī)設(shè)備抗震規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。
(3)質(zhì)量保證等級(jí)。質(zhì)量保證分級(jí)是根據(jù)設(shè)備的安全等級(jí),并考慮其復(fù)雜性和成熟性,對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和安裝等不同階段提出的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的要求。質(zhì)量保證分為3個(gè)等級(jí),即QA1、QA2、QA3級(jí),以及沒(méi)有要求的QNC級(jí),其質(zhì)量保證要求依次降低。不同的核電廠,安全級(jí)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量保證分級(jí)存在一定的差異,這主要取決于核電廠以及用戶要求等因素。
(4)定期試驗(yàn)。用以證明安全級(jí)機(jī)械設(shè)備能完成要求的所有安全功能,包括證實(shí)所有子系統(tǒng)的功能。一旦探查出故障或缺陷,就必須按管理程序進(jìn)行校正,并應(yīng)保管好校正記錄。試驗(yàn)的間隔時(shí)間必須與估算的故障率相適應(yīng),一般是每月一次到每年一次,這與設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況和自檢能力有關(guān)。
(5)設(shè)備鑒定。設(shè)備鑒定是指在做出安全分級(jí)之后,證實(shí)設(shè)備是否能在整個(gè)壽期及任何工況(主要是事故工況)下能可靠地執(zhí)行其安全功能。設(shè)備鑒定主要包括:抗震鑒定與環(huán)境鑒定,一般采用分析方法和試驗(yàn)方法或這兩者的結(jié)合。其過(guò)程是:
a、確定作鑒定的典型設(shè)備;
b、制定出鑒定的方法、程序和鑒定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn);
c、對(duì)設(shè)備進(jìn)行分析或鑒定試驗(yàn);
d、審查設(shè)備的鑒定評(píng)價(jià)報(bào)告,以判定這些安全重要的設(shè)備是否能夠承受核電廠壽期內(nèi)最苛刻的環(huán)境條件和地震條件。
5、機(jī)械分級(jí)與其他分級(jí)的關(guān)系
5、1機(jī)械分級(jí)與電氣分級(jí)的關(guān)系
機(jī)械分級(jí)與電氣分級(jí)是兩個(gè)不同的概念,兩者間沒(méi)有必然的聯(lián)系,其各自要求也不盡相同。對(duì)于需要供電的設(shè)備,可以同時(shí)存在機(jī)械分級(jí)和電氣分級(jí),但安全級(jí)別未必相同,相互間沒(méi)有太大的關(guān)系。對(duì)于不需供電的設(shè)備,就只有機(jī)械分級(jí),而不存在電氣分級(jí)。
5、2機(jī)械分級(jí)與系統(tǒng)分級(jí)的關(guān)系
(1)組成該系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備的安全級(jí)別與系統(tǒng)的安全級(jí)別相一致;
(2)安全級(jí)別不同的兩個(gè)系統(tǒng)之間的接口機(jī)械部件按較高的級(jí)別確定。
6、結(jié)論
機(jī)械設(shè)備可按安全、抗震、質(zhì)量保證和設(shè)計(jì)制造規(guī)范進(jìn)行分級(jí),而后3者的級(jí)別主要由安全級(jí)別確定。為了保證核電廠的安全性,又使核電廠在經(jīng)濟(jì)利益的激烈競(jìng)爭(zhēng)中得以生存,就需要掌握好機(jī)械設(shè)備安全分級(jí)知識(shí),以達(dá)到核電安全和企業(yè)效益的雙贏。
