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这两天在整理资料的时候,想起了当年一个梗,当年听核电用钢的资深业内人士(不点名了呵),谈起核一级材料,核二级材料,核三级材料的时候,感觉他说得不对劲,但也无法质疑,私底下也查了好久,也一直没有十分明确的答案,后来,别的事情一忙,这件事情也就慢慢淡忘了,今日突然想起,不禁又勾起了我的求知欲。
究竟核1级材料,核2级材料,核3级材料指的是什么?
其实,关于所谓核1级材料,核2级材料,核3级材料的说法并不准确。因为这种分类,其实是针对承压机械设备的安全等级分类。
核电站设计中采用了纵深防御的原则。从安全角度讲,对一个核电站应考虑以下两个主要问题:(1)它构成了一个辐射源;(2)它通常产生是可控的放射性释放;在特殊情况下,如在偶发事件或事故下,会造成不可控释放。
核电站的设计原则牵涉的内容较多,篇幅所限,这里不便展开。简单讲,核电站的安全主要取决于那些保证执行下列安全功能的设备的可靠性。这些安全功能是:(1) 反应堆紧急停堆和维持反应堆在安全停堆状态;(2)堆芯和安全壳厂房的冷却(包括中期和长期冷却);(3)放射性物质的封存和限制向环境的排放并控制在规定的限值之内。
所谓设备的安全分级,就是从核电厂或核设施的设备中找出履行上述安全功能的设备,即所谓“与安全有关”或“对安全是重要”的设备,并按其执行安全功能的重要性,分为不同的等级,这就是“设备分级”。
在订出设备的安全等级的基础上,人们就可以规定它的设计和制造要求,抗地震要求以及质量保证要求,即制定出设备的设计制造等级(即规范等级)、抗震等级和质量保证等级。这就是“设备分级”的全过程。
以承压机械设备为例,一般将核电厂各承压设备物项按照其所履行的安全功能分为安全1级,安全2级,安全3级及非安全级。
安全1级
就是构成反应堆冷却剂压力边界的那些设备,其失效会引起失水事故的物项,例如:
(1)反应堆压力容器;
( 2)反应堆冷却剂管道;
(3)与反应堆冷却剂管道相连接的内径大于10.4mm的管线(延伸至并包括第二个隔离阀);
(4)反应堆冷却剂泵属于反应堆冷却剂压力边界的部分(如泵壳);
(5)控制棒驱动机构耐压壳;
(6)稳压器及波动管;
(7)稳压器安全阀、卸压阀及其与稳压器相连的管道;
(8)蒸汽发生器一次侧;
(9)上述各部件的主支承件。
安全2级
是属于反应堆冷却剂压力边界但不属于安全1级的那些小设备,小管道(具体定义是:其失效引起的反应堆冷却剂流失不超过正常补水系统提供的补水量)以及用于防止预计运行事件导致事件工况,或发生事故可减轻事故工况后果的物项,如专设工程安全设施。例如:
(1)属于反应堆冷却剂压力边界的小直径(DN<10.4mm)的高能管道和阀门,如仪表管线和取样管线部分;
(2)安全壳隔离系统的各种机械设备(如阀门);
(3)余热排出系统的主要部件;
(4)化容系统中冷却剂上充部分(若用于堆芯应急冷却);
(5)安全壳喷淋系统的主要部件;
(6)安全注射系统的主要部件;
(7)辅助给水系统处于安全壳内的部分及其安全壳贯穿件;
(8)安全壳内的蒸汽系统以及给水系统,直至并包括安全壳外的第一个隔离阀;
(9)安全壳厂房,包括安全壳贯穿件;
(10)安全壳氢气控制和监测系统;
(11)堆芯仪表系统,直到并包括手动隔离阀。
安全3级
是冷却安全2级设备,或对安全级设备运行起支持保证作用的物项(冷却、润滑、密封等)。如设备冷却水系统,重要厂用水系统等。例如:
(1)化容系统中为控制反应性提供硼酸的部件;
(2)辅助给水系统处于安全壳外的部分;
(3)为冷却、润滑安全1、2、3级设备所需部件;
(4)乏燃料贮存池冷却水系统中的重要部件;
(5)应急电源、水源,以及柴油机的润滑油、燃油和冷却水系统;
(6)压缩空气系统向安全级物项供气部分(贯穿安全壳部分属于安全2级);
(7)放射性废物处理系统中其故障会导致放射性气体释放超过允许限值的部件,如废气衰变箱;
(8)重要厂用水系统和设备冷却水系统的管道、阀门、泵等;
(9)为控制室可居留性服务的冷冻水系统。
非安全级
适用于安全1、2、3级以外的所有承压机械设备。在非安全级中可以识别出的特殊安全类物项,也是安全重要物项,但其失效不会使厂区人员或公众所受照射超过规定限值。例如:
(1)放射性废物处理系统中不属于安全3级但属放射性物质包容功能的部件,如废液输送管廊一直延伸到废液固化厂房的管廊段;
(2)防火系统中用于核岛消防的水罐,水泵和输水管道;
(3)为已辐照的中子吸收材料(如硼化合物)的再利用、所需的贮存、输运和工艺处理部件;
(4)其失效会影响安全级物项执行功能的部件;
(5)设备规格书所确定的其他有特殊要求的部件;
(6)稳压器卸压箱和下泄管道、安全壳外第一隔离阀以后的蒸汽和水管道。
关于非承压机械设备,燃料组件和相关组件,电气设备,构筑物的安全等级不做详细说明,有兴趣的可查阅GB/T 17569-2013的相关规定。
安全等级越高,其设计要求也要求高;安全等级越低,设计的要求也较低。
核电厂物项除有其安全等级以外,还有另外3类分类级别,即抗震分类、规范等级和质量保证分级。
(1)抗震分类
应根据物项所执行的安全功能和发生地震时对物项的特殊要求,按照HAF0215(1)确定物项的抗震类别。如抗震Ⅰ类要求承受OBE、SSE载荷,抗震Ⅱ 类仅要求承受OBE载荷。
(2)规范等级
所谓规范等级,是指为满足不同安全等级的要求,采用何种设计建造规范(标准)。如ASME-NB、NC、ND等。在确定规范等级及相应的设计建造要求时,首先要考虑安全等级,其次还要考虑物项的载荷条件(压力、温度、载荷循环情况等),根据GB/T16702和GB/T17569确定。
(3)质量保证分级
物项的质量保证等级的划分可以有两种办法。第一种办法以物项定位,即一个物项唯一地赋予一个等级。第二种办法以物项和活动领域(设计、采购、制造、建造、运行和管理)两者定位,这种办法可能使同一物项在不同的活动阶段有不同的质量保证等级。质量保证等级的高低首先要依据安全等级,其次还要考虑物项的设计建造经验,工艺成熟性、运动部件多寡、供货史、标准化程度等多种因素。
所谓的核1、2、3级只针对承压设备或部件,并非是针对材料或其他物件。
承压设备按照核安全等级分类,主要考虑事故状态下执行的功能及损坏情况下导致的核泄漏的危险程度,具体分级是按照核安全法规制定的,设计时要得到各国政府核安全主管部门的审核批准。
美国是按照联邦法规(10 CFR 50系列)对核电的强制要求,对核电承压设备进行定级的,定级后,核1级按照ASME PART III SEC. NB分卷制造、安装,核2级按照ASMR PART III SECT NC分卷要求制造安装,核3级按照ASME PATR III SEC. ND分卷要求制造、安装。
至于材料本身,则是按照设备的设计要求进行选取,同样的材料,既可能用于核1级设备上,也可能用于核2级设备上,所以核1级材料,核2级材料,核3级材料的指向是不明确的。