AP1000机组在役试验大纲开发

刘夏城

【摘 要】AP1000机组核岛系统由美国西屋电气公司设计，在设备设计、制造、调试、运行等方面都引入了美国标准。根据美国联邦法规10CFR50.55a（f）的要求，ASME核1、2、3级泵和阀门需根据ASME OM规范及其相关附录的要求实施在役试验予以验证设备的泄漏率和能动功能。AP1000技术规格书也要求业主开发在役试验大纲以满足规范要求。本文介绍了AP1000机组开发在役试验大纲的要求以及目前最新ASME OM规范2015版的要求，以期为国内其他机组在役试验大纲的开发提供参考与指导。

【关键词】AP1000；ASME OM；在役试验

0 引言

根据美国联邦法规10CFR50.55a（f），核电厂需编制在役试验大纲以验证ASME规范1，2，3级泵和阀的安全相关功能。在役试验的目的是验证泵和阀的能动安全功能以及泄漏率。目前国内正在建造的AP1000机组核岛系统由美方设计制造，因此设计方也将联邦法规的相关要求纳入到了这些机组的运行和维修措施中，业主需开发在役试验大纲，制定泵和阀门的试验项目和计划。目前国内已运行的核电厂由于并未参考和使用ASME OM规范，因此在役试验大纲的开发在国内没有任何参考案例，也尚无研究报告见诸报端。三门和海阳在建AP1000机组的在役试验大纲的开发在国内尚属首例。

1 在役试验范围的确定

在役试验范围的确定过程也是在役试验基准开发的过程，需要分析每一台设备所执行的安全功能，并且针对其安全功能开发相应的试验项目。根据ASME OM，在役试验设备针对的是以下三类：在停堆时为安全停堆、保持安全停堆或为减少事故后果需执行其规定功能的泵和阀；执行上述三个功能中一个或多个功能用于保护系统或部分系统的泄压装置；系统中用于执行上述三个功能中一个或多个功能，或为确保反应堆压力边界完整性的动力约束件（阻尼器）。由于阻尼器的检查和试验项目较为简单和统一，核电厂一般单独开发阻尼器专项大纲用于实施阻尼器的检查和试验，因此通常在役试验大纲仅包含泵和阀。

1.1 泵

ASME OM ISTB对在役试验泵的范围定义为具有应急电源的离心泵和正排量泵，在AP1000设计中，所有的离心泵和正排量泵都不执行安全功能，因此AP1000核电厂在役试验范围不包含泵。因此AP1000电厂的在役试验大纲范围不包含泵。

1.2 阀门

试验的范围包括执行安全相关功能的那些特定阀门和压力释放装置，但不包括以下3类：仅用于为运行提供方便的阀门（如疏水、排气和试验接口阀等）、用于系统控制的阀门（如调节阀）、用于系统或部件维修的阀门[1]。最新的2015版ASME OM发布了强制性附录Ⅲ“轻水堆核电厂电动阀役前和在役试验要求”，此外ASME OM委员会也正在编制强制性附录Ⅳ“轻水堆核电厂气动阀役前和在役试验要求”；随着这些附录要求的发布，增加了对动力操作阀可运行性试验的要求。

2 试验项目的开发

在役试验项目的开发须针对设备所实施的安全任务进行，这样才能实现试验的目的能验证设备的安全任务设计要求，阀门作为控制流体的管道部件主要有以下5类安全相关任务：保持关闭、保持开启、转换关闭（能动功能）、转换开启（能动功能）、调节流量（能动功能）。需要特别指出的是虽然调节功能也是一项安全相关任务，但调节试验（压力调节）在ASME OM中并不要求。如果动力操作阀门在失去驱动源时要求其执行阀位处于安全相关功能有关的位置，则规定为“失效-安全”功能，对于“失效-安全”试验没有特别规定，该功能是作为动作试验的一部分。通过对ASME OM ISTC章节以及相关强制性附录的研究，阀门的在役试验项目主要可以归纳为以下7类：远程阀位指示试验、泄漏试验、动作试验、止回阀试验、压力释放装置试验、爆破阀试验、动力操作阀的可运行性试验。

2.1 远程阀位指示试验

带有远程位置指示的阀门在阀门动作时应就地观察以验证位置指示的正确动作（主控显示与就地一致）。该位置指示试验的频度为每2年1次。

2.2 泄漏率试验

具有安全相关阀座泄漏限制的阀门应做试验来验证其阀座泄漏。这些阀门包括：安全壳隔离和一回路隔离阀。安全壳隔离阀按10CFR 50附录J进行试验；其频度和验收准则均由电厂安全壳泄漏率试验大纲规定。对于一回路隔离阀，ASME规范规定了非安全壳隔离阀的试验频度至少为每2年1次，电厂的技术规格书规定了具体的泄漏率要求。

2.3 动作试验

无论是手动还是动力操作（电动、气动、液动、电磁驱动）应定期进行动作。ASME规范规定了每年4次的试验频度。在某些情况下，允许阀门的试验频度要比规定低，因为在功率运行期间无法对这些阀门进行动作。如果季度试验无法实施，那么应在冷停堆时进行全行程动作试验，如果冷停堆的试验窗口也不行，那么全行程动作试验可在换料时进行。行程时间作为一项验收准则进行单独规定，此项验收准则需同时满足3项要求：技术规格书对行程时间的要求、IST大纲对行程时间的要求以及行程时间满足参照值的范围要求。此外，对于具有失效安全功能的动力操作阀，在进行动作试验时同时验证阀门的失效安全位置。试验验证阀门在失去驱动源后能恢复到安全相关位置。

2.4 止回阀试验

止回阀需要按ASME OM ISTC做開启和关闭位置的动作试验。通过动作试验证明阀内件随流量而开启和当停止流动时关闭。用流量试验不能使阀门全开的情况可以使用其它方式来动作到阀门的开启和关闭位置，例如，抽样解体。ASME规定了止回阀动作试验频度为每年4次，但在无法实施的情况下可安排在冷停堆或换料停堆进行。此外对于某些特定的AP1000止回阀还需进行低压差试验：在低压差条件下执行安全相关任务来转换开启的安全相关止回阀定期进行在役试验以验证开始流动的阀门能力。该试验不是ASME OM的要求，但作为AP1000在役试验大纲的增强和补充；规定频度为每个换料周期1次。

2.5 压力释放装置试验

ASME OM强制性附录Ⅰ提供了安全阀和爆破盘的试验要求、频度和验收准则。规范对核1级、核2/3级、热释放安全阀、真空释放阀的试验频度做了区分。需要特别指出的是，主蒸汽安全阀按核1级安全阀的频度和要求进行试验。

2.6 爆破阀试验

在每次换料大修阶段爆破阀包含3项试验：内外部目视检查、电气回路检查以及抽样点火试验。对爆炸驱动装置至少抽取20%的火药做点火试验并更换。如果火药点火失败，则所有同批号的火药均拆卸，报废并用不同批号的火药进行更换。爆炸火药的点火试验可在阀门上进行或在阀门外试验装置上进行。

2.7 动力操作阀可运行性试验

针对ASME OM强制性附录Ⅲ和Ⅳ，要求电动阀和气动阀进行的可运行性试验要求，即阀门诊断试验。诊断试验的频度是一个动态值，它以阀门的风险分级和功能裕度作为基准。首次裕度应由ASME QME-1和带补充分析覆盖不确定度和风险分级的基准试验确定。

3 结束语

在役试验大纲是一项规范指导性很强的专项大纲，同时作为ASME OM规范在国内的首次应用以及AP1000电站设备的特殊性和复杂性，AP1000电站在役试验大纲的开发涉及到大量的规范研究和设计审查工作。本文初步探讨了大纲开发的内容和经验，以期抛砖引玉为同行研究开发该大纲提供参考。