非能动压水堆核电站安全初始动能源风险的管控

陈磊，杨洁，房钊，关心

（陕西应用物理化学研究所，西安710061）

非能动压水堆核电站安全初始动能源风险的管控

陈磊，杨洁，房钊，关心

（陕西应用物理化学研究所，西安710061）

目前，我国在建的国产化非能动压水堆核电站（CAP1000项目）中，采用了火工技术（药筒驱动装置）作为反应堆安全处置的初始动能源。此技术尚属研制阶段，其设计、研制、运行过程中的风险管控没有成熟稳定运行的核电站用以参照。从方案设计、采购、体系等方面对药筒驱动装置展开了质量风险分析，提出了相应的过程管控对策。

核电站;火工装置;风险分析;风险管控

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.048

1 引言

我国CAP1000核电项目是一种新型的压水堆核电机组，它在分析、理解和掌握中美合作的非能动第三代核电先进技术（即AP1000技术）的基础上，进行国产化创新研发，实现了具有更大功率、自主产权的大型非能动先进压水堆机组。

该项目与目前国内其他正在运行的核电机组不同，采用了爆破阀药筒驱动装置，首次将火炸药技术应用于核电安全设备。在满足核电站正常运行稳定无泄漏的同时，保证在出现事故的情况下，药筒驱动装置可靠开启，作用产生的能量实现活塞剪切盖成功切断，打开阀门确保反应堆安全[1]。

近年来出现的核安全事故提醒我们，核安全事关重大，安全第一。药筒驱动装置作为CAP1000核电机组非能动安全系统的关键设备，一旦出现问题将无法保证核反应堆的安全处置。

2 CAP1000用药筒驱动装置项目主要风险分析

风险是一个不确定的事件或者条件，当其未来发生时会对项目的目标带来正面或者负面的影响[2]，药筒驱动装置作为CAP 1000核电项目采用的火工安全设备，在设计、技术、功能实现、采购等方面存在风险。

2.1 项目设计风险

CAP1000核电项目在美方三代核电技术基础上国产化改进而来，药筒驱动装置作为一种新设计因其设计理念不同，且设计过程需同时执行国内和美国核电设计制造标准，设计管理比其他成熟火工品工作量大得多。同时，该技术脱胎于美国西屋公司，因美方在火工药剂等技术方面对我国实施出口管制，许多设计资料无法获得，只能采取重新设计、逆向推演等方式实现自主研发，可能在研发过程中出现边设计、边修改、边验证的情况，使得技术文件和工艺图纸存在质量和进度风险。

2.2 项目技术风险

一项新的核电技术从研发到成熟需经历一系列包括研发设计、首堆试运行、后续市场验证等过程来。CAP1000核电项目在世界上没有成熟稳定运行的相关参考电站，药筒驱动装置为炸药技术首次应用于核电领域，也缺乏成熟运行的经验参考。从产品可靠性的角度来看，药筒驱动装置的部分技术仍存在原型及未经证实的相关特征，如该装置在核电机组长期运行过程中其作用性未经实践验证确认等。所以需要对药筒驱动装置进行若干环境及功能试验检测加以验证，以考验CAP1000安全非动能技术的可行性。

2.3 项目采购风险

CAP1000核电项目用药筒驱动装置中许多原材料和零部件需按照美标进行采购和验证，而目前国内材料及零部件厂商存在缺乏美标产品、技术不成熟、过程管理水平低、缺少设备材料等问题，导致部分采购和验证活动需在国外进行，制约整个采购过程的质量和进度。同时，现今核电项目建造资源紧张，产能比较有限，市场已转向卖方，各项核电工程FCD时间较为集中，不同项目间交货期容易出现冲突，造成保质保量供货存在风险。药筒驱动装置的采购资料源自于CAP1000项目技术规格书，受实现过程中验证和改进带来的变化影响，其技术方案和设计参数面临不确定、调整及滞后性，容易造成采购过程不及时，从而影响项目进度。

2.4 项目质保体系控制风险

火工品实现过程的质量管理体系依照GJB9001《质量管理体系要求》标准建立，而CAP1000核电项目在实现过程中要求与国内核电标准HAF003《电厂质量保证安全规定》及其HAD相关导则和美国机械工程师协会ASME NQA-1标准保持一致，不同标准之间存在较大差异，所以在药筒驱动装置整个实现过程中须建立一套独立的核电质量保证体系。双体系独立运行在实际执行过程中可能出现混淆的风险，如只取得火工品操作岗位资格，而未取得核电项目岗位资格授权就开展项目工作，对见证W点未通知相关方或出席率偏低，不符合项或不合格品出现分级错误，核电项目用压力表未在实验前进行校准或超出2周校准有效期等情况。

2.5 项目功能实现风险

药筒驱动装置由点火装置、封接组件和药筒本体等部分组成，各部分完成指定的功能，进而实现活塞切断剪切盖。产品在某一时刻，某一零部件或功能单元发生了故障，若产品没有完成相应功能，它的任何失效都将造成功能任务的失败或效能降低，所以产品的所有失误性动作均为故障。依据其技术规格书要求中规定的性能参数和极限情况，确定出现如表1所示情况时可判断其发生故障。具体如表1所示。

表1 CAP1000项目药筒驱动装置功能实现故障类型

2.6 其他风险

除上述主要风险外，CAP1000核电项目用药筒驱动装置还将面临诸多风险，如火工品用于核电设施，存在安装、拆换施工技术和经验不足、政治经济类风险、合同类风险、装置运行风险等。

3 CAP1000 用药筒驱动装置质量风险管控

3.1 强化设计接口管控

重点管控从设计院到示范公司再到制造单位及分包商之间设计接口交换数据的匹配性，及时掌握技术方案和设计参数的调整变动；定期组织对项目技术文件、图纸等进行集中学习，开展设计交流，提前发现问题，及时将反馈问题和意见，并协同设计方、用户、业主、供应商和相关方进行解决；对因美方限制出口转而采取自主研发的设计，应广泛采用验证、模拟、仿真、对比等方式，发挥现有成熟火工技术的经验优势，确保设计结果充分满足技术规格书的要求。

3.2 实施全过程可视化管理

CAP1000项目用药筒驱动装置从设计、生产到检验、试验全面实施专人专管，项目人员定期对核电相关标准和核质保体系文件程序进行学习培训，熟悉、理解和掌握项目过程控制的各项要求，并严格执行；对项目全过程实行可视化管理，从原料加工到产品装配实施过程QCP控制，采用客户、业主和设计方认可、选点方式实施全过程质量管控；客户、业主和设计方通过对QCP的选点（W、H点）实施见证、检验及验收，进而对药筒驱动装置的整个生产和验收过程实施监督审查，确保实物质量稳定、可靠。

3.3 针对功能故障强化设计和生产过程管控

药筒驱动装置其作用主要依靠装药来完成，药剂作用产生的能量实现活塞切断剪切盖，成功打开阀门。如果出现装药错误或药剂量不足，则可能存在点火药输出能量不足未引燃输出装药，或输出药能量不足未完成切断功能等风险。所以，对于装药采用裕度设计进行风险管控。

裕度一般指留有一定余地的程度，装药的设计裕度控制就是在装药结构的设计过程中根据设计参数和范围，考虑各种客观和人为影响因素，允许装药存在一定误差的情况下仍能实现功能目标[3]。

通过计算密闭容器燃烧压力，得出装药质量估算值。考虑到活塞剪切盖实际剪切破坏载荷，在估算值的基础上对药筒驱动装置装药量进行适当调整，满足其在药量一定的偏差下实现工作功能。

3.4 实施质量保证（QA）数据包管控

QA记录数据包可以有效地证明产品实现过程质量管控的有效性，内容包括从原料采购到产品加工、装配、试验等相关施工的原始记录和验收测试报告。在产品交付顾客使用前，整合QA记录数据包，提交顾客及业主确认，保证交付产品质量的可靠性，便于顾客及业主了解产品施工过程，对产品质量进行追溯。QA数据包的具体内容如表2所示。

表2 CAP1000项目药筒驱动装置QA数据包

4 结语

药筒驱动装置作为CAP1000非能动先进压水堆机组安全设备的初始动能源，其可靠性对三代核电站技术安全性有直接影响，一旦失效会在事故状态下造成灾难性后果。对药筒驱动装置进行质量风险分析，在其设计和实现过程中采取正确、合理的管控措施，可以有效地降低项目实施风险，提高核安全质量。因此，对CAP1000核电用药筒驱动装置质量风险问题开展的研究，可以为相关工作的开展提供指导。

【1】张迎春.火工技术在核电爆破阀中的重要作用[A].第六届中国核电前沿高峰论坛[C].上海：国际核电运维大会，2014(3):91-94.

【2】张欣莉，汪贤裕.项目风险管理[M].北京：机械工业出版社，2008.

【3】蔡瑞娇，翟志强，董海平，等.火工品可靠性评估试验信息熵等值方法[J].含能材料，2007(1):68-72.

Management and Control to the Risk of Safety Initial Dynamic Energy in Non-active Pressurized-water Reactor Nuclear-power Plants

CHEN Lei,YANG Jie,FANG Zhao,GUAN Xin
(Shaanxi Applied Physics&Chemistry Research Institute,Xi'an710061,China)

At present the pyrotechnic technique(cartridge drive device)is used as the initial dynamic energy in the safety disposal of the reactor in the current localized non-active pressurized-water reactor nuclear-power plants(CAP1000 project).The technology is still in the development stage,and as for the risk management and control in its design,development and performance there is no mature and stable nuclear-power plant for reference.This paper analysed the quality risk of cartridge drive device from the aspects of design,procurement and system,putting forward the corresponding control counter measures.

nuclear-power plants;pyrotechnic device;risk analysis;risk management and control

TM 623

B

1007-9467（2016）08-0089-02

2016-08-01

陈磊（1984～），男，陕西西安人，工程师，从事火工及核电技术质量管控与研究。