ASME在役檢查規(guī)范在CPR1000核電機(jī)組應(yīng)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(shù)有限公司，廣東深圳518031)

      摘  要：參考國外非ASME規(guī)范設(shè)計(jì)和建造的核電機(jī)組運(yùn)用ASME規(guī)范進(jìn)行在役檢查的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比了ASME第XI卷與CPR1000核電機(jī)組采用的RSEM在役檢查規(guī)范的差別，探討了在CPRl000核電機(jī)組應(yīng)用ASME在役檢查規(guī)范的可行性，從而促進(jìn)我國自主化在役檢查標(biāo)準(zhǔn)的建立。

      關(guān)鍵詞：ASME規(guī)范；在役檢查：CPRl000；應(yīng)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(wù)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(jī)組、在建l 800萬kW機(jī)組的發(fā)展目標(biāo)。其中，秦山二期擴(kuò)建和嶺澳二期核電工程等一批二代加機(jī)組建設(shè)項(xiàng)日已陸續(xù)開上；APl000的引進(jìn)、消化和吸收以及對(duì)大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電廠有關(guān)研究工作也正在緊張進(jìn)行。

      在嶺澳二期核電工程等一批二代加機(jī)組建設(shè)項(xiàng)日中，大部分將會(huì)采用本文中述及的CPRl000(中國改進(jìn)型壓水堆)核電機(jī)組，少量采用類似秦山二期擴(kuò)建項(xiàng)目的核電機(jī)組。其中，CPRl000核電機(jī)組是以中國廣東核電集團(tuán)從法國引進(jìn)的百萬千瓦核電機(jī)組為基礎(chǔ)，結(jié)合多項(xiàng)重大技術(shù)改進(jìn)措施形成的具有自主品牌的中國大型尚用壓水堆機(jī)組。這兩類核電機(jī)組在材料、設(shè)備的設(shè)計(jì)制造、安裝、檢驗(yàn)等方面，主要采用法國RCC系列標(biāo)準(zhǔn)。而且，核電廠運(yùn)行壽期內(nèi)的在役檢查就直接：采用法國壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)范(RSEM規(guī)范)。

      隨著我國三代核電引進(jìn)技術(shù)的確定，我國核電發(fā)展的技術(shù)路線已經(jīng)明朗。今后我國核電標(biāo)準(zhǔn)在統(tǒng)一到參照的路線上的同時(shí)，要提高標(biāo)準(zhǔn)的通用性，盡可能涵蓋各種壓水堆機(jī)組建設(shè)的需要。

      基于上述情況，探討CPRl000核電機(jī)組使用美國核電標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)之一。

2  目前我國核電廠執(zhí)行核電標(biāo)準(zhǔn)的情況

      我國目前已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行的6個(gè)核電廠共擁有11臺(tái)機(jī)組，投入商業(yè)運(yùn)行的時(shí)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(biāo)準(zhǔn)比較復(fù)雜。日前幾個(gè)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(shù)薄弱，經(jīng)驗(yàn)欠缺，現(xiàn)有的核電標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，在很大程度上也受到多個(gè)國家技術(shù)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(jìn)國的核電標(biāo)準(zhǔn)。

      日前我國核電技術(shù)發(fā)展正處于由二代加技術(shù)向三代技術(shù)轉(zhuǎn)型的過渡階段，2015年前，二代加機(jī)組會(huì)有一定批量的規(guī)模發(fā)展，2015年后，我國核電技術(shù)路線將可能以三代機(jī)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(jì)，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(shí)、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(yùn)行壽期內(nèi)的在役檢查是確保核電站安全運(yùn)行的重要措施之一。在統(tǒng)一核電在役檢查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須充分討論“法國壓水堆核電站核島機(jī)械設(shè)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(shè)備在役檢查規(guī)則”的差異。

      在檢驗(yàn)方法上，兩種規(guī)范對(duì)核一級(jí)部件的檢查差別較大，例如，表3給出的反應(yīng)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(yàn)方法和“管嘴內(nèi)側(cè)半徑截面”的檢驗(yàn)要求，而對(duì)安全2、3級(jí)管道及其支承的在役檢查抽檢率和檢驗(yàn)方法基本相似。

      在相關(guān)檢驗(yàn)中的缺陷評(píng)定方法上，主要是在記錄閾值、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、缺陷定性和定量分析評(píng)定方法等方面存在差異。

5  焊縫缺陷檢驗(yàn)中超聲檢驗(yàn)與射線檢驗(yàn)之間的區(qū)別

      根據(jù)對(duì)法國RSEM規(guī)則與美國ASME規(guī)范的比較，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐反饋，可以知道這兩種規(guī)范對(duì)現(xiàn)場在役檢查的檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)技術(shù)影響最大的方面是“反應(yīng)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(yàn)。法國RSEM規(guī)則要求從內(nèi)部采取100％壁厚的超聲檢驗(yàn)，加100％的射線檢驗(yàn)，而美國ASME規(guī)范則僅要求從內(nèi)部采取對(duì)1／3壁厚進(jìn)行體積檢查，通常用超聲檢驗(yàn)。

      美國ASME規(guī)范確定這一檢驗(yàn)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(yùn)行所產(chǎn)生的缺陷以及制造遺留缺陷的擴(kuò)展情況，而根據(jù)核電站一回路運(yùn)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(yīng)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(nèi)表面開始萌生，因此，選擇“從內(nèi)部對(duì)1／3壁厚進(jìn)行超聲檢驗(yàn)”足發(fā)現(xiàn)缺陷最經(jīng)濟(jì)有效的方法。

    法國RSEM規(guī)則確定其檢驗(yàn)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(guān)鍵部位，需要重點(diǎn)檢查，而由于該焊縫技術(shù)的粗晶結(jié)構(gòu)使超聲檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性值得懷疑。因此，除了使用超聲檢驗(yàn)外，還需要進(jìn)行射線檢驗(yàn)。

    根據(jù)國內(nèi)外無損檢驗(yàn)專業(yè)人員的對(duì)比分析，超聲檢驗(yàn)和射線檢驗(yàn)對(duì)焊縫檢查的結(jié)果是互相補(bǔ)充的。由于這兩種方法的固有特性，超聲檢驗(yàn)主要對(duì)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(yàn)主要對(duì)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(shí)進(jìn)行超聲和射線檢驗(yàn)。

      當(dāng)然，由于異種金屬焊縫的粗晶結(jié)構(gòu)，人們對(duì)超聲檢驗(yàn)結(jié)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(duì)超聲檢驗(yàn)方法提出了驗(yàn)證的要求，以確保檢驗(yàn)技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)路線不統(tǒng)一。我國實(shí)際上使用的核電規(guī)范主要是法國壓水堆體系(RCC系列標(biāo)準(zhǔn))和美國標(biāo)準(zhǔn)壓水堆體系(ASME規(guī)范)，在役檢查規(guī)范也對(duì)應(yīng)地使用RSEM和ASME規(guī)范。其結(jié)果是造成技術(shù)分散，大大增加在役檢查的成本。

      根據(jù)實(shí)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(shù)等方面)的基礎(chǔ)上，參照美國標(biāo)準(zhǔn)，形成了主要以工程型號(hào)為主線的壓水堆體系(RCC系列標(biāo)準(zhǔn))。因此，法國核電標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)簡潔、應(yīng)用面窄，集中圍繞工程設(shè)計(jì)和建造，其他方面較少涉及。

      與此相反，美國核電標(biāo)準(zhǔn)能夠全面滿足核電選址、工程設(shè)計(jì)建造、運(yùn)行和維護(hù)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(yīng)用。

      隨著我國三代引進(jìn)技術(shù)的確定，我國核電發(fā)展的技術(shù)路線已經(jīng)明朗。今后我國核電標(biāo)準(zhǔn)在統(tǒng)一考慮在運(yùn)、在建和擬建核電站技術(shù)路線的同時(shí)，要提高標(biāo)準(zhǔn)的通用性，盡可能涵蓋各種壓水堆機(jī)組建設(shè)的需要，盡量在參照美國核電標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上統(tǒng)一我國的核電標(biāo)準(zhǔn)路線。就在役檢查而言，町參考韓國、比利時(shí)、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(dāng)然，應(yīng)結(jié)合我國的國情，建立自主化的在役檢查標(biāo)準(zhǔn)，這樣做具有如下優(yōu)點(diǎn)：

      (1)有利于國家在役檢查驗(yàn)證平臺(tái)的建設(shè)和技術(shù)管理；

      (2)有利于縮短大修工期，提高核電站的經(jīng)濟(jì)效益；

      (3)有利于在役檢查技術(shù)進(jìn)步和國內(nèi)外檢驗(yàn)隊(duì)伍間的技術(shù)交流。存在的困難主要在對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定和驗(yàn)收方面。由于兩種規(guī)范確定的檢驗(yàn)方法的不一致，對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也不相同，特別是在對(duì)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行評(píng)定和驗(yàn)收時(shí)，需要引用制造標(biāo)準(zhǔn)，可能會(huì)因制造標(biāo)準(zhǔn)的不一致造成對(duì)缺陷評(píng)定和驗(yàn)收的困難。

      另外，由于我國尚未建立在役檢查技術(shù)的驗(yàn)證平臺(tái)，這也對(duì)在役檢查技術(shù)的自主建立和標(biāo)準(zhǔn)的自主化造成了困難。

7、結(jié)束語

      綜上所述，“法國壓水堆核電站核島機(jī)械設(shè)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(shè)備在役檢查規(guī)則”存在一些差異，需要開展進(jìn)一步的檢驗(yàn)技術(shù)與缺陷評(píng)定方法的研究和比較以及開展有針對(duì)性的驗(yàn)證工作，CPRl000核電機(jī)組(包括使用非ASME核電規(guī)范建造的其他核電機(jī)組)使用美國核電標(biāo)準(zhǔn)ASMEⅪ在役檢查規(guī)范將會(huì)是可行的，可以促進(jìn)核電站在役檢查技術(shù)的進(jìn)步，有利于核電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

      核電標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)涉及面廣、技術(shù)性強(qiáng)，是一項(xiàng)需要投入大量人力、物力、財(cái)力的綜合性系統(tǒng)性工作。核電標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)涉及多部門和各相關(guān)單位，需要廣泛的互動(dòng)和協(xié)作。