ASME在役檢查規(guī)范在CPR1000核電機組應用之探討

Discussion about the application of ASME lnservice lnspection rules on CPR1000 Units

劉金宏，李明，陶于春，陳懷東，李一清

(中廣核檢測技術有限公司，廣東深圳518031)

      摘  要：參考國外非ASME規(guī)范設計和建造的核電機組運用ASME規(guī)范進行在役檢查的經(jīng)驗，對比了ASME第XI卷與CPR1000核電機組采用的RSEM在役檢查規(guī)范的差別，探討了在CPRl000核電機組應用ASME在役檢查規(guī)范的可行性，從而促進我國自主化在役檢查標準的建立。

      關鍵詞：ASME規(guī)范；在役檢查：CPRl000；應用：探討

      Abstract: Based on the overseas experiences that apply ASME Codes on in-service inspection in nuclear power units which are not designed and constructed with ASME odes,this paper compares the differences between ASME volume XI and rsem in-service inspection rules applied in CPR1000 Units,This.that can be helpful in establishing national indigenous in-service inspecion standards.

      Key words:ASME code; In-service inspection; CPR1000; Application; Discussion

      國務院于2006午3門審議并原則通過的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005～2020)》綱要中，已經(jīng)明確提出到2020年我國將建成4000萬kW核電機組、在建l 800萬kW機組的發(fā)展目標。其中，秦山二期擴建和嶺澳二期核電工程等一批二代加機組建設項日已陸續(xù)開上；APl000的引進、消化和吸收以及對大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電廠有關研究工作也正在緊張進行。

      在嶺澳二期核電工程等一批二代加機組建設項日中，大部分將會采用本文中述及的CPRl000(中國改進型壓水堆)核電機組，少量采用類似秦山二期擴建項目的核電機組。其中，CPRl000核電機組是以中國廣東核電集團從法國引進的百萬千瓦核電機組為基礎，結合多項重大技術改進措施形成的具有自主品牌的中國大型尚用壓水堆機組。這兩類核電機組在材料、設備的設計制造、安裝、檢驗等方面，主要采用法國RCC系列標準。而且，核電廠運行壽期內的在役檢查就直接：采用法國壓水堆核電廠核島機械設備在役檢查規(guī)范(RSEM規(guī)范)。

      隨著我國三代核電引進技術的確定，我國核電發(fā)展的技術路線已經(jīng)明朗。今后我國核電標準在統(tǒng)一到參照的路線上的同時，要提高標準的通用性，盡可能涵蓋各種壓水堆機組建設的需要。

      基于上述情況，探討CPRl000核電機組使用美國核電標準ASME XI在役檢查規(guī)范的可行性是很有必要的。如果可行，這將作為建立我國自主化建立在役檢查標準的重要依據(jù)之一。

2  目前我國核電廠執(zhí)行核電標準的情況

      我國目前已經(jīng)投入商業(yè)運行的6個核電廠共擁有11臺機組，投入商業(yè)運行的時間最長也只有十多年。這些核電廠分別執(zhí)行著不同的核電在役檢查規(guī)范，使用的核電標準比較復雜。日前幾個在建或待建的核電廠，也已經(jīng)基本確定建造和檢查規(guī)范，具體情況如友l所示。

      由于我國核電起步較晚，未形成規(guī)模發(fā)展，核電技術薄弱，經(jīng)驗欠缺，現(xiàn)有的核電標準尚未形成完整、統(tǒng)一的體系，不能滿足我國核電發(fā)展的需要。同時，在很大程度上也受到多個國家技術的影響，例如大亞灣核電站、嶺澳核電站和田灣核電站都直接采用引進國的核電標準。

      日前我國核電技術發(fā)展正處于由二代加技術向三代技術轉型的過渡階段，2015年前，二代加機組會有一定批量的規(guī)模發(fā)展，2015年后，我國核電技術路線將可能以三代機組為主。

3  目前國際上非ASME規(guī)范建造的核電廠執(zhí)行ASME在役檢查規(guī)范的情況

      據(jù)不完全統(tǒng)計，國際上按非ASME規(guī)范建造的核電廠執(zhí)行ASME在役檢查規(guī)范的國家主要有韓國、比利時、芬蘭、西班牙、南非等，如表2所示。

4  法國日SEM規(guī)則與美國ASME規(guī)范第Ⅺ卷的主要差異

      核電站運行壽期內的在役檢查是確保核電站安全運行的重要措施之一。在統(tǒng)一核電在役檢查標準時，必須充分討論“法國壓水堆核電站核島機械設備在役檢查規(guī)則”(RSEM規(guī)則)與美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅺ卷“核電站設備在役檢查規(guī)則”的差異。

      在檢驗方法上，兩種規(guī)范對核一級部件的檢查差別較大，例如，表3給出的反應堆壓力容器簡體檢查的區(qū)別，特別是表中的“管嘴與安全端的異種金屬焊縫”的檢驗方法和“管嘴內側半徑截面”的檢驗要求，而對安全2、3級管道及其支承的在役檢查抽檢率和檢驗方法基本相似。

      在相關檢驗中的缺陷評定方法上，主要是在記錄閾值、驗收標準、缺陷定性和定量分析評定方法等方面存在差異。

5  焊縫缺陷檢驗中超聲檢驗與射線檢驗之間的區(qū)別

      根據(jù)對法國RSEM規(guī)則與美國ASME規(guī)范的比較，結合現(xiàn)場實踐反饋，可以知道這兩種規(guī)范對現(xiàn)場在役檢查的檢驗時間和檢驗技術影響最大的方面是“反應堆壓力容器簡體中的管嘴與安全端的異種金屬焊縫”的檢驗。法國RSEM規(guī)則要求從內部采取100％壁厚的超聲檢驗，加100％的射線檢驗，而美國ASME規(guī)范則僅要求從內部采取對1／3壁厚進行體積檢查，通常用超聲檢驗。

      美國ASME規(guī)范確定這一檢驗要求的理論依據(jù)足：核電站在役檢查的目的足發(fā)現(xiàn)在役運行所產(chǎn)生的缺陷以及制造遺留缺陷的擴展情況，而根據(jù)核電站一回路運行工況和管道焊縫的狀況可知該異種金屬焊縫的在役缺陷以應力腐蝕裂紋為主要可能出現(xiàn)的缺陷，而且這種缺陷只能從內表面開始萌生，因此，選擇“從內部對1／3壁厚進行超聲檢驗”足發(fā)現(xiàn)缺陷最經(jīng)濟有效的方法。

    法國RSEM規(guī)則確定其檢驗要求的理論依據(jù)足：異種金屬焊縫足一回路容易出現(xiàn)缺陷的關鍵部位，需要重點檢查，而由于該焊縫技術的粗晶結構使超聲檢驗結果的可靠性值得懷疑。因此，除了使用超聲檢驗外，還需要進行射線檢驗。

    根據(jù)國內外無損檢驗專業(yè)人員的對比分析，超聲檢驗和射線檢驗對焊縫檢查的結果是互相補充的。由于這兩種方法的固有特性，超聲檢驗主要對焊縫中的面狀缺陷比較敏感，如未焊透、未熔合、裂紋等；射線檢驗主要對在射線透照方向上有一定高度的體積性缺陷敏感，如氣孔、夾渣、與射線方向平行或小夾角的裂紋等，如果裂紋方向與射線方向夾角在45度以上，則就很難發(fā)現(xiàn)。因此，在壓力容器的制造過程中，一般制造規(guī)范均要求同時進行超聲和射線檢驗。

      當然，由于異種金屬焊縫的粗晶結構，人們對超聲檢驗結果的可靠性有懷疑，因此，法國RSEM規(guī)則與美國ASME規(guī)范都對超聲檢驗方法提出了驗證的要求，以確保檢驗技術的可靠性和適用性。

6  統(tǒng)一我國的核電在役檢查路線的益處及其存在的困難

      從以上情況可以看出，目前，我國核電站執(zhí)行的核電標準與技術路線不統(tǒng)一。我國實際上使用的核電規(guī)范主要是法國壓水堆體系(RCC系列標準)和美國標準壓水堆體系(ASME規(guī)范)，在役檢查規(guī)范也對應地使用RSEM和ASME規(guī)范。其結果是造成技術分散，大大增加在役檢查的成本。

      根據(jù)實際情況分析，法國是在本國工業(yè)(主要在材料、無損檢測技術等方面)的基礎上，參照美國標準，形成了主要以工程型號為主線的壓水堆體系(RCC系列標準)。因此，法國核電標準體系結構簡潔、應用面窄，集中圍繞工程設計和建造，其他方面較少涉及。

      與此相反，美國核電標準能夠全面滿足核電選址、工程設計建造、運行和維護的需要，布美國、北美地區(qū)及亞洲、歐洲部分國家得到廣泛應用。

      隨著我國三代引進技術的確定，我國核電發(fā)展的技術路線已經(jīng)明朗。今后我國核電標準在統(tǒng)一考慮在運、在建和擬建核電站技術路線的同時，要提高標準的通用性，盡可能涵蓋各種壓水堆機組建設的需要，盡量在參照美國核電標準的基礎上統(tǒng)一我國的核電標準路線。就在役檢查而言，町參考韓國、比利時、芬蘭、西班牙、南非等國的做法，用ASME在役檢查規(guī)范來檢查按非ASME規(guī)范建造的核電站。當然，應結合我國的國情，建立自主化的在役檢查標準，這樣做具有如下優(yōu)點：

      (1)有利于國家在役檢查驗證平臺的建設和技術管理；

      (2)有利于縮短大修工期，提高核電站的經(jīng)濟效益；

      (3)有利于在役檢查技術進步和國內外檢驗隊伍間的技術交流。存在的困難主要在對檢驗結果的評定和驗收方面。由于兩種規(guī)范確定的檢驗方法的不一致，對檢驗結果的評定方法和驗收標準也不相同，特別是在對檢驗發(fā)現(xiàn)的缺陷進行評定和驗收時，需要引用制造標準，可能會因制造標準的不一致造成對缺陷評定和驗收的困難。

      另外，由于我國尚未建立在役檢查技術的驗證平臺，這也對在役檢查技術的自主建立和標準的自主化造成了困難。

7、結束語

      綜上所述，“法國壓水堆核電站核島機械設備在役檢查規(guī)則”(RSEM規(guī)則)與美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅺ卷“核電站設備在役檢查規(guī)則”存在一些差異，需要開展進一步的檢驗技術與缺陷評定方法的研究和比較以及開展有針對性的驗證工作，CPRl000核電機組(包括使用非ASME核電規(guī)范建造的其他核電機組)使用美國核電標準ASMEⅪ在役檢查規(guī)范將會是可行的，可以促進核電站在役檢查技術的進步，有利于核電站的安全經(jīng)濟運行。

      核電標準體系建設涉及面廣、技術性強，是一項需要投入大量人力、物力、財力的綜合性系統(tǒng)性工作。核電標準體系建設涉及多部門和各相關單位，需要廣泛的互動和協(xié)作。