美國核電廠執照更新體系及方法研究

劉文靜　謝峰　李朋　韓勇　劉飛洋

【摘 要】我國第一批核電廠運行至今，已超過20年。世界上其他國家普遍會對運行執照將要到期的核電廠進行安全評估，進而延壽。美國作為發展核電最早的國家之一，其核電技術、法規體系被廣泛借鑒。本文主要研究美國核電廠執照更體系，為我國未來核電廠老化管理及延壽提供參考。

【關鍵詞】核電廠；執照更新；整體評價；老化管理

0 引言

核電站的設計壽命一般為40年（秦山一期為30年），我國第一批建設的秦山一期、大亞灣核電站等，至今已運行20余年，超過了設計壽命的一半。世界上已有為數不少的核電站運行壽命達到或者超過了40年，其運行經驗表明，在到達40年的設計壽命之后，部分核電站技術上仍可安全運行。為了獲得更好的經濟效益，經過延壽評估，在保證核安全的前提下，實現核電廠延壽成為普遍的選擇。目前，國際上主要有兩種延壽評價體系，分別是美國執照更新體系和IAEA長期運行體系，其中后者也在逐漸向著前者靠近。我國尚在研究建立延壽評估體系，美國的執照更新體系具有重要的參考價值。核電廠許可證持有者一般在設計壽命到期前5年以上，向本國核安全監管部門遞交延壽申請。其中，申請的主要依據之一便是電廠整體評估（IPA，Integrated Plant

Assessment）。本文主要介紹美國執照更新體系中的電廠整體評估方法。

1 美國執照更新文件體系

1.1 執照更新文件體系（圖1）

除美國《原子能法》外，美國的執照更新文件體系從上到下分為3個層次：

1）聯邦法規（CFR），包括10CFR51-環境保護法規，和10CFR54-核電廠運行執照更新要求。法規邏輯嚴謹，指導性強，但可操作性比較差，需要導則和美國核管會技術文件支撐。

2）管理導則文件（RG），包括RG1.188-申請核電廠運行執照更新的標準格式和內容，RG4.2補遺1-申請核電廠運行執照更新的環境報告補遺1，NEI95-10-執行10CFR54執照更新要求的工業導則。導則文件與其它工業標準有良好的接口，構成完整的標準體系。

3）美國核管會技術文件（NUREG），包括NUREG1800-核電廠運行執照更新標準審查大綱，NUREG1801-核電廠老化管理通用經驗（GALL）報告，NUREG1555補遺1-核電廠環境評估標準審查大綱補遺1等。技術文件具有表格化結構，可操作性強。

1.2 執照更新申請的內容

按照10CFR54的要求，核電廠運行執照持有者應當在執照到期前5-20年，向核管會遞交執照更新申請。執照更新申請的內容如圖2所示，其中電站整體評價是技術資料的一部分。

2 電廠整體評估的含義

2.1 定義

電廠整體評估是指為了證明核電廠延壽期間仍能達到可接受的安全水平，申請人進行的評估活動。證明申請人對CFR54.21所要求進行老化管理審查的核電廠設施的系統、構筑物和部件（SSCs）進行了識別，并且影響它們功能的老化效應得到了有效管理，滿足當前執照基礎。

2.2 評估對象

電廠整體評估包含的系統、設備和部件在CFR54.4中規定，即執照更新范圍內的SSCs，包括：

1）安全級系統、設備和部件，即在設計基準事故中和事故后維持下述功能的系統、設備和部件。

（1）反應堆冷卻劑回路完整性；

（2）停堆及保持安全停堆狀態；

（3）阻止事故導致潛在廠外輻射的或緩解其導致的后果（參照CFR50.34（a）（1），CFR50.67（b）（2）或CFR100.11）。

2）失效時會阻礙上述功能的非安全級設備。

3）在安全分析、電廠評估中涉及的，執行10CFR50.48《消防》、10CFR50.49《環境鑒定》、10CFR50.61《承壓熱沖擊》、10CFR50.62《未緊急停堆的預期瞬態》、10CFR50.63《全廠交流電源喪失》要求的相關功能的所有系統、構筑物和部件。

2.3 評估內容

電廠整體評估包括：

1）對于評估對象中的系統、構筑物和部件，識別并列出納入老化管理審查的構筑物和部件。

（1）評估對象中執行特定功能，而不移動部件或改變結構或性能，即定義為非能動。這些構筑物和部件包括但不限于：壓力容器、反應堆冷卻劑系統壓力邊界、蒸汽發生器、穩壓器、管道、泵體、閥體、堆芯圍筒、組件支撐、承壓邊界、熱交換器、通風管道、安全殼、安全殼襯里、電氣和機械貫穿件、設備外殼、抗震I類構筑物、電纜和連接件、電纜橋架。不包括（但不限于）泵（除泵體）、閥（除閥體）、電動機、柴油發電機、空氣壓縮機、減震器、控制棒驅動機構、通風管消音器、壓力變送器、壓力指示計、水位指示計、開關柜、冷卻風扇、晶體管、電池、斷路器、繼電器、開關、逆變器、電路板、充電器、電源。

（2）不根據鑒定壽命或規定的周期更換，即通常說的長壽命，需要注意的是長壽命并不是指設備壽命的長。

2）對于1）中所用的方法進行描述和論證。

3）對于1）中識別出的每個構筑物和部件，證明其老化效應得到了充分的管理，在延壽期間，能夠按照當前的執照標準執行其功能。

2.4 評估步驟

根據上述規定，電廠整體評估的步驟可簡述（如圖3）：

3 實施電廠整體評估

3.1 確定評估范圍

根據10CFR54可知，電廠整體評估包括識別篩選和老化分析及管理。核電廠內具有數百個系統，數十萬構筑物和部件，一一進行電廠整體評估，既不現實也無必要。因此，需要按照10CFR54.21的要求，篩選出需要進一步老化分析和管理的目標。為了實施電廠整體評估，需參照NEI95-10等導則文件和NUREG等技術文件，在電廠整體評估之前，進行執照更新范圍內的SSCs篩選。

執照更新范圍內的SSCs篩選：

根據10CFR54.4可知，執照更新范圍內的SSCs歸納起來包括3類：安全級、非安全級但會影響安全功能的、有特殊要求的。前兩類篩選可以同時進行，有特殊要求的篩選另行考慮。篩選可以是系統級的，也可以時構筑物或部件級的。采用多種方法進行篩選可以使工作更加高效、快捷。例如，機械系統更適合采用以系統為基礎的篩選方法，而電氣系統更適合采用部件級的篩選方法。NIE95-10給出了范圍篩選的一般流程（如圖4）：

相關的設備、安全分級信息可以從表1中列出的文件中獲得：

在篩選過程中，應當記錄如下信息：

1）符合10CFR54.4（a）的SSCs的名稱；

2）執行10CFR54.4（b）中規定的功能；

3）所采用的信息源，以及使用這些信息源時需要澄清的內容。

以電氣系統為例，可以根據核島的電氣系統配置接線圖篩選出安全級的電氣設備。例如，LHA、LHB、LLA、LLB、LLC、LLD、LLE、LLG、LLI、LLJ、LLN、LLO、LLW等系統相關的變壓器、配電柜、電纜、貫穿件等設備，均為安全級電氣設備。據此，可以篩選出一份安全及電氣設備的清單，并記錄上述信息，作為范圍篩選的成果。

3.2 對象篩選

對象篩選是在范圍篩選的基礎上，進一步識別需要進行老化管理審查的SSCs，以及其預期功能。按照10CFR54.21a（1）（i）和a（1）（ii）要求的內容進行篩選。也即篩選出非能動、長壽命的SSCs，并描述篩選的方法。之所以選取非能動、長壽命的SSCs為篩選對象，是因為核電廠的設計通常有較大的安全裕量，在初始運行階段的運行方式偏保守，且當時難以對SSCs的狀況進行評估。對于鑒定過的設備，可以通過時限老化分析來完成評估。其他易損的、周期性更換的耗材、設備等，則是靠日常的維修體系來保證其有效，不需要再進行老化評估。篩選可以使用電廠的設備管理數據庫、管道圖、儀表圖、電氣接線圖等進行審查。篩選出的結果將列入老化管理審查（AMR）（圖5）。

典型的非能動電氣設備包括電纜、電纜連接件、母線、電氣貫穿件等，可參考本文2.31）給出的清單及進行篩選。例如，將上述LH*、LL*系統的所有這類設備列為對象篩選的結果。

3.3 識別需要管理的老化效應

將對象篩選結果分別加以分析，根據其執行的功能、工作環境、材料、結構、運行經驗、試驗等。識別并分析其老化效應。（下轉第27頁）（上接第18頁）論證分3步：第1步，明確SSCs如何執行其預定的功能；第2步，識別需要進行管理的老化效應；第3步，識別適用的電廠大綱并對其管理老化效應的有效性進行審查。如果現有大綱滿足要求，則滿足當前安全基準的要求，否則需要對老化管理大綱進行補充。

3.4 證明老化效應得到有效管理

一般而言，老化管理大綱包括4種類型：預防性大綱、緩解性大綱、狀態監測大綱以及性能監測大綱。NUREG-1801的第10章和第11章對老化管理大綱的10要素分別進行了描述，在AMR過程中，須對AMP進行審查，以確認AMP與大綱10要素的一致性。

3.5 運行經驗審查

審查行業或電廠特定的運行經驗來確定工業導則（如EPRI）尚未識別但需要管理的老化效應，以及證明老化管理大綱的有效性。

3.6 記錄電廠總體評估結果

3.6.1 記錄已確定的需進行老化管理審查SSCs

需記錄和保留的信息包括：

1）確定和列出需進行老化管理審查的SSCs及其預期功能；

2）對需進行老化管理審查的SSCs的篩選方法進行說明，并證明其合理性；

3）提供并列出上述工作所依據的信息來源、以及證明其有效使用的相關信息。

3.6.2 記錄老化管理審查結果

申請人記錄的信息應包括：

1）確定需管理老化效應的相關信息；

2）針對每個SSCs，確定管理老化效應的具體大綱或活動的相關信息；

3）大綱或活動如何管理老化效應的描述信息；

4）做出老化管理審查決定的討論過程信息；

5）可依據的參考文件和源文件列表；

6）用來應用和解釋源文件假設條件的討論信息；

7）執照更新中在役檢查大綱的描述信息。

4 總結

1）電站整體評價是執照更新的主要組成部分之一；

2）電站整體評價是以“非能動、長壽命”為標準對執照更新范圍內的系統、構筑物和部件進行篩選，并證明或補充其老化管理的過程，而并不關注那些已經納入日常運行維修的設備；

3）電站整體評價主要包含非能動長壽命篩選、識別老化效應、證明老化效應得到有效管理，運行經驗審查、記錄評估結果等步驟。

【參考文獻】

[1]10CFR54，核電廠執照更新要求[S].

[2]NEI95-10，執行10CFR54執照更新要求的工業導則[S].

[3]NUREGE1800，核電廠運行執照更新標準審查大綱[S].

[責任編輯：王楠]