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ASME在役检查规范在CPR1000核电机组应用之探讨

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

刘金宏,李明,陶于春,陈怀东,李一清

(中广核检测技术有限公司,广东深圳518031)

      摘  要:参考国外非ASME规范设计和建造的核电机组运用ASME规范进行在役检查的经验,对比了ASME第XI卷与CPR1000核电机组采用的RSEM在役检查规范的差别,探讨了在CPRl000核电机组应用ASME在役检查规范的可行性,从而促进我国自主化在役检查标准的建立。

      关键词:ASME规范;在役检查:CPRl000;应用:探讨

      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

      国务院于2006午3门审议并原则通过的《核电中长期发展规划(2005~2020)》纲要中,已经明确提出到2020年我国将建成4000万kW核电机组、在建l 800万kW机组的发展目标。其中,秦山二期扩建和岭澳二期核电工程等一批二代加机组建设项日已陆续开上;APl000的引进、消化和吸收以及对大型先进压水堆及高温气冷堆核电厂有关研究工作也正在紧张进行。

      在岭澳二期核电工程等一批二代加机组建设项日中,大部分将会采用本文中述及的CPRl000(中国改进型压水堆)核电机组,少量采用类似秦山二期扩建项目的核电机组。其中,CPRl000核电机组是以中国广东核电集团从法国引进的百万千瓦核电机组为基础,结合多项重大技术改进措施形成的具有自主品牌的中国大型尚用压水堆机组。这两类核电机组在材料、设备的设计制造、安装、检验等方面,主要采用法国RCC系列标准。而且,核电厂运行寿期内的在役检查就直接:采用法国压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规范(RSEM规范)。

      随着我国三代核电引进技术的确定,我国核电发展的技术路线已经明朗。今后我国核电标准在统一到参照的路线上的同时,要提高标准的通用性,尽可能涵盖各种压水堆机组建设的需要。

      基于上述情况,探讨CPRl000核电机组使用美国核电标准ASME XI在役检查规范的可行性是很有必要的。如果可行,这将作为建立我国自主化建立在役检查标准的重要依据之一。

2  目前我国核电厂执行核电标准的情况

      我国目前已经投入商业运行的6个核电厂共拥有11台机组,投入商业运行的时间最长也只有十多年。这些核电厂分别执行着不同的核电在役检查规范,使用的核电标准比较复杂。日前几个在建或待建的核电厂,也已经基本确定建造和检查规范,具体情况如友l所示。

      由于我国核电起步较晚,未形成规模发展,核电技术薄弱,经验欠缺,现有的核电标准尚未形成完整、统一的体系,不能满足我国核电发展的需要。同时,在很大程度上也受到多个国家技术的影响,例如大亚湾核电站、岭澳核电站和田湾核电站都直接采用引进国的核电标准。

      日前我国核电技术发展正处于由二代加技术向三代技术转型的过渡阶段,2015年前,二代加机组会有一定批量的规模发展,2015年后,我国核电技术路线将可能以三代机组为主。

3  目前国际上非ASME规范建造的核电厂执行ASME在役检查规范的情况

      据不完全统计,国际上按非ASME规范建造的核电厂执行ASME在役检查规范的国家主要有韩国、比利时、芬兰、西班牙、南非等,如表2所示。

4  法国日SEM规则与美国ASME规范第Ⅺ卷的主要差异

      核电站运行寿期内的在役检查是确保核电站安全运行的重要措施之一。在统一核电在役检查标准时,必须充分讨论“法国压水堆核电站核岛机械设备在役检查规则”(RSEM规则)与美国ASME锅炉及压力容器规范第Ⅺ卷“核电站设备在役检查规则”的差异。

      在检验方法上,两种规范对核一级部件的检查差别较大,例如,表3给出的反应堆压力容器简体检查的区别,特别是表中的“管嘴与安全端的异种金属焊缝”的检验方法和“管嘴内侧半径截面”的检验要求,而对安全2、3级管道及其支承的在役检查抽检率和检验方法基本相似。

      在相关检验中的缺陷评定方法上,主要是在记录阈值、验收标准、缺陷定性和定量分析评定方法等方面存在差异。

5  焊缝缺陷检验中超声检验与射线检验之间的区别

      根据对法国RSEM规则与美国ASME规范的比较,结合现场实践反馈,可以知道这两种规范对现场在役检查的检验时间和检验技术影响最大的方面是“反应堆压力容器简体中的管嘴与安全端的异种金属焊缝”的检验。法国RSEM规则要求从内部采取100%壁厚的超声检验,加100%的射线检验,而美国ASME规范则仅要求从内部采取对1/3壁厚进行体积检查,通常用超声检验。

      美国ASME规范确定这一检验要求的理论依据足:核电站在役检查的目的足发现在役运行所产生的缺陷以及制造遗留缺陷的扩展情况,而根据核电站一回路运行工况和管道焊缝的状况可知该异种金属焊缝的在役缺陷以应力腐蚀裂纹为主要可能出现的缺陷,而且这种缺陷只能从内表面开始萌生,因此,选择“从内部对1/3壁厚进行超声检验”足发现缺陷最经济有效的方法。

    法国RSEM规则确定其检验要求的理论依据足:异种金属焊缝足一回路容易出现缺陷的关键部位,需要重点检查,而由于该焊缝技术的粗晶结构使超声检验结果的可靠性值得怀疑。因此,除了使用超声检验外,还需要进行射线检验。

    根据国内外无损检验专业人员的对比分析,超声检验和射线检验对焊缝检查的结果是互相补充的。由于这两种方法的固有特性,超声检验主要对焊缝中的面状缺陷比较敏感,如未焊透、未熔合、裂纹等;射线检验主要对在射线透照方向上有一定高度的体积性缺陷敏感,如气孔、夹渣、与射线方向平行或小夹角的裂纹等,如果裂纹方向与射线方向夹角在45度以上,则就很难发现。因此,在压力容器的制造过程中,一般制造规范均要求同时进行超声和射线检验。

      当然,由于异种金属焊缝的粗晶结构,人们对超声检验结果的可靠性有怀疑,因此,法国RSEM规则与美国ASME规范都对超声检验方法提出了验证的要求,以确保检验技术的可靠性和适用性。

6  统一我国的核电在役检查路线的益处及其存在的困难

      从以上情况可以看出,目前,我国核电站执行的核电标准与技术路线不统一。我国实际上使用的核电规范主要是法国压水堆体系(RCC系列标准)和美国标准压水堆体系(ASME规范),在役检查规范也对应地使用RSEM和ASME规范。其结果是造成技术分散,大大增加在役检查的成本。

      根据实际情况分析,法国是在本国工业(主要在材料、无损检测技术等方面)的基础上,参照美国标准,形成了主要以工程型号为主线的压水堆体系(RCC系列标准)。因此,法国核电标准体系结构简洁、应用面窄,集中围绕工程设计和建造,其他方面较少涉及。

      与此相反,美国核电标准能够全面满足核电选址、工程设计建造、运行和维护的需要,布美国、北美地区及亚洲、欧洲部分国家得到广泛应用。

      随着我国三代引进技术的确定,我国核电发展的技术路线已经明朗。今后我国核电标准在统一考虑在运、在建和拟建核电站技术路线的同时,要提高标准的通用性,尽可能涵盖各种压水堆机组建设的需要,尽量在参照美国核电标准的基础上统一我国的核电标准路线。就在役检查而言,町参考韩国、比利时、芬兰、西班牙、南非等国的做法,用ASME在役检查规范来检查按非ASME规范建造的核电站。当然,应结合我国的国情,建立自主化的在役检查标准,这样做具有如下优点:

      (1)有利于国家在役检查验证平台的建设和技术管理;

      (2)有利于缩短大修工期,提高核电站的经济效益;

      (3)有利于在役检查技术进步和国内外检验队伍间的技术交流。存在的困难主要在对检验结果的评定和验收方面。由于两种规范确定的检验方法的不一致,对检验结果的评定方法和验收标准也不相同,特别是在对检验发现的缺陷进行评定和验收时,需要引用制造标准,可能会因制造标准的不一致造成对缺陷评定和验收的困难。

      另外,由于我国尚未建立在役检查技术的验证平台,这也对在役检查技术的自主建立和标准的自主化造成了困难。

7、结束语

      综上所述,“法国压水堆核电站核岛机械设备在役检查规则”(RSEM规则)与美国ASME锅炉及压力容器规范第Ⅺ卷“核电站设备在役检查规则”存在一些差异,需要开展进一步的检验技术与缺陷评定方法的研究和比较以及开展有针对性的验证工作,CPRl000核电机组(包括使用非ASME核电规范建造的其他核电机组)使用美国核电标准ASMEⅪ在役检查规范将会是可行的,可以促进核电站在役检查技术的进步,有利于核电站的安全经济运行。

      核电标准体系建设涉及面广、技术性强,是一项需要投入大量人力、物力、财力的综合性系统性工作。核电标准体系建设涉及多部门和各相关单位,需要广泛的互动和协作。

 
 
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