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AP1000核电厂设备鉴定概述

更新时间:2009-03-28

设备鉴定是验证和确认安全级设备满足或超过其技术规格书要求的重要手段之一。设备鉴定的基本目标是减少潜在的因环境效应引起的共模失效,证明安全相关设备能够执行其设计安全功能[1,2]。HAF102中规定必须采用设备鉴定的程序来确认安全重要物项能够在其整个设计运行寿期内满足处于需要起作用时的环境条件下执行其安全功能的要求[3]。IEEE 323将其定义为“证据的产生和保持,以确保设备在正常和异常工作条件及假设设计基准事件期间将按需求运行,满足系统性能要求”[4]

AP1000核电厂在设计中采用了非能动的严重事故预防和缓解措施,简化了安全系统配置,减少了安全支持系统,使安全级设备数量大幅减少,与传统的压水堆核电厂相比,AP1000安全系统的设计具有创新性的变化[5]。随着国内AP1000核电技术的消化吸收以及后续核电项目的建设,大批安全级设备需要实现国产化,鉴于AP1000设计要求的提高,设备鉴定的任务将十分艰巨。本文将简要介绍AP1000设备鉴定的标准体系,鉴定方法及要求,为核电国产化设备鉴定提出建议。

1 AP1000设备鉴定执行标准及文件体系

1.1 设备鉴定执行标准

AP1000设备鉴定准则根据《IEEE 323-1974核电厂1E级设备鉴定标准》建立,鉴定方法、鉴定要求及鉴定程序均以IEEE 323-1974为基础,安全相关的机械设备按《ASME规范第III卷核电厂部件建造规则》[6]和《ASME QME-1-2007核电厂能动机械设备的鉴定》[7]的要求进行鉴定,抗震鉴定按照《IEEE 344-1987核电厂1E级设备抗震鉴定方法》[8]的要求进行。电气和仪控设备的环境鉴定和抗震鉴定按照IEEE 323 和IEEE344的要求进行。

从长远来看,提高自主创新能力,是保证企业在知识产权问题上取得主动地位的根本途径。因此,企业应当通过增加资金、先进设备和智力资源的投入提高研发强度,通过建立有效的创新激励机制激发员工的创造力,争取实现技术突破,生产拥有自主知识产权的产品。但是,鉴于目前中国企业的技术水平普遍不高,在近期内应当将合法仿制作为促进产业发展的重要途径之一。积极引进国外的先进技术和新产品,并在适当的条件下开展仿制活动,在仿制的过程中可以提高自身的研发能力和技术水平。

1.2 设备鉴定文件体系

AP1000设备鉴定的文件体系比较清晰,可分为三个层次。第一个层次为设备鉴定方法文件,该文件是总的指导方针性的文件,主要规定了AP1000设备鉴定所执行的标准和规范、鉴定采用的方法、核电厂的具体环境参数、核电厂地震水平、电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,简称EMC)要求和工程鉴定要求等。第二个层次为分类设备鉴定规格书,包括:核级阀门及其附件鉴定规格书、除阀门外的核级机械设备鉴定规格书、核级仪控设备鉴定规格书、核级就地传感器设备鉴定规格书、核级电缆鉴定规格书、其他核级电气和机电设备鉴定规格书等,以上规格书提供了各类设备的总体鉴定信息。第三个层次为针对特定设备编制的专用鉴定要求文件或设备设计规格书,该层次文件包含了特定设备的具体鉴定实施要求。

2 鉴定方法

AP1000核安全相关设备鉴定方法可分为试验法、分析法、试验和分析组合法、已有鉴定大纲法、运行鉴定五类。采用的具体方法主要根据待鉴定设备的安全功能和鉴定参数确定。能动机械设备通常采用试验法来验证其功能可运行性。安全相关机械设备大多采用分析和补充试验的鉴定方法。试验或试验与补充分析相结合的方法是仪控系统和1E级电气设备优选的环境和抗震鉴定方法。经验法不适用于AP1000安全相关设备鉴定。

2.1 试验法

试验法是AP1000核安全相关设备鉴定的主要和首选方法。试验法是在对设备进行老化评价并确定了设备的潜在明显老化机理的基础上,采用加速老化试验的方法,等效模拟设备在特定环境条件下和预期鉴定合格寿期末的技术状态和运行工况,并通过设计基准事件环境模拟试验,来验证设备在所要求的时间内执行规定的安全功能的能力[9]。试验顺序的设计应保证对使用条件下的设备劣化做最保守的模拟。AP1000设备在和缓环境下和严酷环境下的典型的试验顺序分别如图1和图2所示。

  

图1 设备在和缓环境下的典型试验顺序流程图Fig.1 Test sequence for mild environment equipment

  

图2 设备在严酷环境下的典型试验顺序流程图Fig.2 Test sequence for harsh environment equipment

2.2 分析法

分析法是在试验数据、运行经验、物理定律的基础上,充分考虑并计及明显老化机理对设备的影响,运用数学模型,或通过严谨的逻辑推导,来证明设备能在特定的运行环境中和所要求的时间内,保持其安全功能的完整性[9]。通过分析法进行的鉴定应证明,在正常、异常、地震和设计基准事故(Design Basis Accident,简称DBA)条件下,鉴定设备的安全功能满足甚至超出要求的安全功能要求。分析应基于已确定的原理,部分试验数据或这些的组合,所有的假设,包括外推,应通过理论分析和可验证的试验数据来证明其合理性。分析法采用的数学模型应基于已确定的原则、可验证的试验数据或运行数据。数学模型应使设备的性能是时间和相关环境参数的函数。

该文阐述了在ASP.NET MVC的基础上设计开发校园闲置商品交易平台的开发思路以及大概的实现过程。该系统通过ASP.NET MVC、数据库的设计以及整体架构的设计,运用C#语言、ORM技术(EF实体框架)以及Spring.NET的IOC思想,结合ElementUI和Vue.Js使得商品发布、商品分类浏览、商品搜索、商品详情页浏览以及商品的交易等预期功能都几乎完整地实现了。最后该系统还需要在实际的使用中反复进行测试,并且不断地调整优化。

外推法是分析法的一种,通过外推经验数据进行设备鉴定,对一个特定设备部件已成功进行的鉴定进行相似性外推的准则如下:

(1)材料应相同或等效。任何确定的差异不应影响安全功能的执行。

(2)基本设置相同且尺寸成已知的比例。

(3)形状应相同或相似,任何差异应不影响安全功能的执行。

(4)新设备的运行载荷和环境载荷应等于或小于已鉴定设备。

——坚持党对工会的领导。“坚持党对一切工作的领导。党政军民学,东西南北中,党是领导一切的”是习近平总书记在党的十九大报告中提出的要求,也是中国工会的根本遵循。他强调,坚持正确政治方向,就是要坚持中国共产党领导和社会主义制度。在坚持党的领导这个根本问题上,工会干部必须头脑十分清醒、立场十分坚定、行动十分坚决,始终保持工会工作的正确政治方向。

(5)参考设备的老化机制包络待鉴定设备的老化机制。

(3)设备的鉴定参数能够被包络。

血压水平属于计量资料,借助T检验,治疗总依从概率属于计数资料,借助卡方检验,以SPSS20.00软件分析,两者对比差异较大的必要条件为P<0.05。

(7)参考设备的验收准则包络待鉴定设备的验收准则。

2.3 组合法

当型式试验不能作为鉴定的唯一依据时,可采用试验和分析相结合的方法进行设备鉴定。以下情况下可采用试验与分析的组合方法:

2014年11月至2016年8月我科收治青光眼72例87支眼,其中急性闭角性青光眼48眼,慢性闭角性青光眼21眼,开角性青光眼17眼,均为初次手术。将其分为羊膜移植联合小梁切除术组(移植组)46眼,单纯小梁切除术组(对照组)41眼。两组在年龄、性别、青光眼类性、视力、术前眼压等方面无统计学意义。1.2羊膜:采用江西瑞济生物工程技术有限公司生产的瑞济生物羊膜,其主要结构为人类胎盘的基底膜胶原组织。规格:面积15mm×15mm,厚度0.1~0.3mm,钴60辐照灭菌,阴凉干处保存。术前拆来后,用无菌生理盐水浸泡(浸泡温度25℃30℃),复水后待用。

(1)在组件的抗震试验中通过分析计算得到设备内部的抗震要求。

植物诱抗剂-IR-18对向日葵列当的抑制效果及应用…………… 云晓鹏,杜 磊,白全江,孙 涛,田晓燕,苏雅杰,张 光(77)

(2)分析判断试验配置的差异和微小改装。

(3)分析判断设备安装和边界条件的微小变化。

(4)鉴定寿命满足要求。

(1)在正常运行环境下,老化机制会引起与DBE或异常环境下相同的失效模式;

在旅游服务类,洪江古商城的实景表演、导游讲解及古装拍照增加旅游体验的趣味性与知识性。黔阳古城的风味小吃,如春卷、绿豆粉是其显著特色。高椅古村傩堂戏、黑米等特色民俗和物产为旅游者带来新鲜体验。荆坪古村的农家乐、棋牌娱乐活动丰富了旅游者旅游体验。

2.4 已有鉴定大纲法

AP1000安全相关设备的鉴定还可以用已有的鉴定大纲和报告。在这种情况下,可能还需要进行补充分析以充分说明已有鉴定大纲和报告的可接受性。已有的鉴定可能是由西屋或其设备供应商开展的,同时要满足以下要求:

“外师造化,中得心源”就是画家应以大自然为灵感来源,并结合内心的感悟,最后才能创作出好的作品,是基于坚持艺术与现实关系的唯物论基础上的,带有朴素唯物主义的色彩。艺术作品是客观现实的形神与画家主观的情思有机统一的东西。

AP1000的鉴定环境条件分为11个区域,编号01到11,其中1个区域为安全壳内设备环境条件,9个区域为辅助厂房安全相关设备环境条件,1个区域为汽轮机厂房安全相关设备环境条件。每个区域的环境条件参数分为正常环境条件、异常环境条件和事故环境条件三种情况分别列出。设备环境鉴定参数包括辐照、温度、振动、压力、湿度和蒸汽、热效应和化学效应、化学注射和浸没等,还要考虑各参数之间的协同效应。

对临床中针对急诊胸腹部创伤患者诊断所提出的研究内容进行分析,发现螺旋CT以及DR均能够对该类患者病情做出判断,但两者之间的诊断准确性具有一定差异[1]。为进一步获得更加高效的检查诊断技术,我院于2017年1月—2018年1月,积极研究DR以及螺旋CT的诊断价值,现如下报告。

(6)安全功能相同。

(4)通过分析建立相似性。

2.5 运行鉴定

在有专门的维护和监督措施时,AP1000设备鉴定可采用运行鉴定。但是这种方法不能用于经历设计基准事件(Design Basis Event,简称DBE)工况的设备,只能用于和缓环境区域的核安全设备鉴定,采用该方法时还需要对设计基准地震时和地震后设备的可操作性和运行性进行补充试验或分析。

(2)鉴定根据IEEE 323和IEEE 344进行。

3 鉴定要求

3.1 环境鉴定要求

(1)供应商是西屋的合格供应商。

进行环境鉴定时要评估设备的老化效应以确定该老化效应是否影响设备在DBE期间正确执行安全功能。老化类型包括辐照老化、热老化、振动老化和磨损老化等。满足以下任一准则的老化机制都是重要的,都需要评估老化效应:

(5)通过分析将部件的试验数据扩展到组件。

(2)在正常运行环境下,该老化机制在设备设计寿命期间引起的降级与由DBE环境引起的降级相当;

(3)该老化机制引起的降级不易通过在役检查或监督活动来评价;

(4)该老化机制影响设备按技术规格书要求执行其安全功能。

环境鉴定型式试验方法按照IEEE 323-1974第6.3节执行。对和缓、辐照严酷和严酷环境的型式试验见表1[10]。环境鉴定型式试验应提供充分的鉴定裕量,推荐的裕量参考IEEE 323-1974的要求,见表2[3]。鉴定裕量可通过增加试验水平、增加试验持续时间、增加循环数、增加分析中的应力循环数、增加或减少操作电压,或以上的组合。

 

表1 和缓辐照严酷和严酷环境的型式试验

 

Table 1 Type tests for different environments

  

型式试验和缓辐照严酷严酷辐照老化(正常)√√热老化√热循环√正常和异常极限√√磨损老化√√√振动老化√√√地震√√√辐照老化(事故)√DBA√DBA后√

 

表2 鉴定参数的最小裕量

 

Table 2 Minimal margins for qualification parameters

  

环境参数裕量备注正常老化(若适用)+10%+10%适用于时间裕量、辐照、循环次数异常辐照+10%包括老化剂量(若适用)压力无通常为大气压化学效应+10%pH调向碱性电压/频率+/-10%在温度/湿度试验中模拟事故DBA瞬态温度压力温度:+8℃压力:+10%裕量加到瞬态曲线化学效应+10%pH调向碱性辐照+10%在计算的总累积剂量上增加地震/振动+10%设备安装点SSE加速度或线性安装设备的振动加速度DBA后热老化+10%由Arrhenius时间/温度关系式计算的时间

3.2 鉴定寿命要求

AP1000电厂设计寿命60年。对处于严酷环境的安全相关系统和部件,随着暴露在由DBE引起的如温度、压力、湿度、辐照、振动、化学注射或浸没等极端环境中引起的降级可能会导致共模失效。因此,有必要为具有重大老化机制的设备建立鉴定寿命。

处于严酷环境中的设备鉴定寿命目标是60年。该鉴定寿命通过试验和/或分析以及适当的老化效应来证明。对老化敏感的关键部件,鉴定寿命的建立应包括在设备相应的位置的辐照和温度效应,同时适当叠加磨损。如不满足60年鉴定寿命,应建立更短的鉴定寿命,同时执行一个更换大纲。同时还要明确建立设备存储寿命的存储环境条件,包括温度、湿度、辐照、尘埃等。

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对位于和缓环境中没有重大老化机制的设备,可用设计寿命代替鉴定寿命。

3.3 抗震鉴定要求

AP1000设备抗震鉴定按照由RG 1.100[11]认可的IEEE 344-1987执行。抗震鉴定应满足与被鉴定设备级别相适应的工业规范和标准要求。AP1000抗震I类设备,要求在安全停堆地震(Safe Shutdown Earthquake,简称SSE)期间和之后能保持结构完整性并满足指定的功能要求。AP1000抗震II类设备为非核安全相关的构筑物、系统和设备,在SSE期间不要求抗震II类设备继续工作,但是抗震II类设备失效可能导致与其相邻的抗震I类设备安全功能受损。抗震鉴定的目的是证明安全相关设备在其鉴定寿期末经受一次SSE后仍能执行其安全功能。另外,考虑到在SSE之前发生的小地震引起的低周疲劳效应,该设备应能在SSE之前承受1/2SSE的低水平地震,即IEEE 344中的运行基准地震(Operating Basis Earthquake,简称OBE)。

AP1000抗震鉴定将地震反应谱的上限扩展到100 HZ,且零周期加速度值(Zero Period Acceleration,简称ZPA)最高达水平方向1.74 g,垂直方向1.63 g[12]。对于管线安装类设备的安全停堆地震要求输入运动(Required Input Motion,简称,RIM)加速度峰值提高到6 g,如图3所示[13]。抗震鉴定具体要求反应谱在设备鉴定规格书中规定。可通过试验、分析或两者相结合的方法进行抗震鉴定。

  

图3 安全停堆地震要求输入运动RIMFig. 3 RIM for safe shutdown earthquake

3.4 电磁兼容性(EMC)鉴定要求

电磁兼容性(EMC)鉴定基于RG 1.180[14]要求的型式试验。该试验可以选择IEC 61000系列的试验方法(见表3)或美军标MIL-STD-461E系列的试验方法(见表4)[15]。不能只使用分析法作为设备电磁兼容性(EMC)鉴定的主要方法。

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表3 IEC61000系列标准中的EMC试验项目

 

Table 3 IEC61000 series EMC test items

  

EMC试验试验标准试验水平高频传导抗扰度IEC61000-4-6150kHz-80MHz3级:140dBμV/(10V)低频传导抗扰度IEC61000-4-1316Hz-24kHz2级IEC61000-4-1615Hz-150kHz3级电场辐射抗扰度IEC61000-4-3RS10326MHz-1GHz3级:10v/m1GHz-10GHz10v/m磁场辐射抗扰度IEC61000-4-850Hz-60Hz4级:30A/mIEC61000-4-950Hz-50kHz,4级:300A/mIEC61000-4-10100kHz-1MHz4级:30A/m浪涌(组合波)IEC61000-4-5信号线:3级(2kV)电源线:4级(4kV)浪涌(100kHz振荡波)IEC61000-4-12信号线:3级(2kV)电源线:4级(4kV)EFTIEC61000-4-4信号线:3级(2kV)电源线:4级(4kV)ESDIEC61000-4-24级:8kV接触放电;15kV空气放电

 

表4 MIL-STD-461E标准中的EMC试验项目

 

Table 4 MIL-STD-461E series EMC test items

  

EMC试验试验标准试验水平低频传导抗扰度CS10130Hz-150kHz高频传导抗扰度CS11410kHz-30MHz磁场辐射抗扰度RS10130Hz-100kHz电场辐射抗扰度RS10330MHz-100GHz电缆束注入CS1152A脉冲激励

4 AP1000设备鉴定的特点

AP1000设备鉴定采用美系IEEE和ASME QME系列标准,鉴定要求明确,鉴定体系清晰完整。这是后续国内核电项目设备鉴定值得借鉴和学习的。但是由于AP1000是一个新堆型,有很多新设备没有工程应用经验可参考,有大量新设备需要进行鉴定,所以设备鉴定过程比较漫长,鉴定过程中出现的问题也比较多,部分设备甚至在产品发运时尚未完成鉴定工作。并且,在鉴定的过程中,样机可能会有变更,另外,在项目进展过程中有较多设备上的设计变更。所以必须加强管理,采取有效措施保证样机与产品设备的一致性。

还有部分设备的鉴定合格结论带有限制性条件,例如蓄电池的鉴定报告中要求“电池寿期内的异常环境事件最多3次,寿期内定期试验最多11次等条件”。所以,为了维持已鉴定设备的鉴定有效性,对此必须要建立运行期间的设备鉴定管理大纲,规定需要管理的设备范围和要求,同时发布预防性维修策略,对这些设备的性能进行定期确认,定期维护,定期更换,以确保在60年设计寿期内这些设备性能满足设计要求。

5 总结及建议

本文简要介绍了AP1000设备鉴定的标准体系,鉴定方法及要求,基于AP1000设备鉴定的经验,对后续核电国产化设备鉴定提出以下建议:

(1)吸取AP1000依托项目设备鉴定经验,尽可能采用较成熟的设备设计,避免出现过多的设计变更;

显然,不论哪种扰动波形及液体粘度如何,支配表面波增长率和支配波数总是随着液流韦伯数、雷诺数和气流马赫数的增大而增大,尽管在小马赫数下(Ma ≤ 0.3),增长量非常小。说明在较大的液体喷射速度和较大的环境气体空气动力作用下,液膜更容易碎裂。同时也可以清楚地看到,在任何气流马赫数下,近反对称波形的支配表面波增长率总是比相应的近正对称波形的大,而近反对称波形的支配波数总是比相应的近正对称波形的小。

(2)选用合适的设备鉴定标准,明确鉴定要求,建立完整的鉴定体系;

(3)设备鉴定工作要提前进行。避免出现设备鉴定工作未完成而正式产品已开始生产,甚至正式产品发运时设备鉴定工作仍未完成的现象。

参考文献

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[2]郎爱国. 核电厂和缓环境、显著老化机理与设备鉴定[J].核安全. 2006(03): 11-16.

[3]国家核安全局. HAF102核动力厂设计安全规定(2004)[S]. 北京:法律出版社,2004.

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[5]林诚格.非能动安全先进压水堆核电技术[M].北京:原子能出版社,2010.

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[14]U.S.NRC. Regulatory Guide 1.180 Guidelines for Evaluating Electromagnetic and Radio-Frequency Interference in Safety-Related Instrumentation and Control Systems [S]. Rockville: U.S. NRC, 2003.

[15]U.S.Department of Defense.MIL-STD-461E Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment[S]. Washington DC.: U.S. Department of Defense, 1999.

[16]姚惠钦.核电站仪控设备鉴定技术研究[D].上海:华东理工大学,2013.

 
张晓杰,吕云鹤,路燕
《核安全》 2018年第01期
《核安全》2018年第01期文献

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