中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心□邱春輝

江蘇核電有限公司□滕建剛 韓 偉

中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心□王 欣 馬靜嫻

1 背景

隨著我國核電建設(shè)的快速發(fā)展，確保核電建設(shè)和運(yùn)行的安全成為核電發(fā)展的首要目標(biāo)。在電廠設(shè)計(jì)過程中主要采用確定論和概率論的方法來保障電廠運(yùn)行的安全性，針對(duì)核電可靠性，特別是設(shè)備可靠性，在我國核安全法規(guī)、二代及二代加電站的設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有明確的要求。美國核管會(huì)于2007年3月修訂NUREG-0800《標(biāo)準(zhǔn)審查大綱》時(shí)新增17.4章節(jié)提出了針對(duì)核電廠設(shè)計(jì)階段和運(yùn)行階段可靠性保證大綱的審查要求，目的是確保：1）電廠的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行方式與用于識(shí)別和量化風(fēng)險(xiǎn)的概率論、確定論和其他分析方法中的風(fēng)險(xiǎn)見解和主要假設(shè) （如SSC設(shè)計(jì)、可靠性和可用性）相一致；2）電廠運(yùn)行期間這些RAP SSC的可靠性、可用性或狀態(tài)不會(huì)降低到不可接受的程度；3）對(duì)這些SSC有挑戰(zhàn)性的瞬態(tài)頻率降至最低；4）當(dāng)受到挑戰(zhàn)時(shí)，這些SSC將可靠地執(zhí)行其功能。美國先進(jìn)輕水堆核電廠根據(jù)其監(jiān)管要求開展了可靠性保證大綱的具體實(shí)施，專注于對(duì)電廠安全風(fēng)險(xiǎn)有重要影響的SSCs的可靠性。同時(shí)，我國核安全監(jiān)管部門也對(duì)其可靠性保證大綱相關(guān)的技術(shù)和評(píng)審方法進(jìn)行了高度的關(guān)注。隨著AP1000等第三代核電技術(shù)的引進(jìn)，我國核電領(lǐng)域也更加關(guān)注安全重要設(shè)備的可靠性，開展了多項(xiàng)設(shè)備可靠性方面的研究，但在實(shí)際的研究過程中缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有效支撐。因此，本論文開展核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)研究，目的是探索出我國自主化核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的有效路徑，為我國核電設(shè)備可靠性工作提供上層的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和指導(dǎo)。

2 分析方法

論文的研究方法是以行業(yè)需求為導(dǎo)向，充分借鑒國內(nèi)外先進(jìn)成熟的可靠性標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)，即通過標(biāo)準(zhǔn)庫、書籍和網(wǎng)絡(luò)等調(diào)研途徑，篩選出可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)按照分布情況、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、標(biāo)齡以及參照轉(zhuǎn)化情況等方面做出具體的分析，結(jié)合中國核電領(lǐng)域設(shè)備可靠性工作的實(shí)際需求，建立我國核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系框架。

具體的分析步驟為：

1）調(diào)研我國核電領(lǐng)域設(shè)備可靠性工作的實(shí)際需求；

2）調(diào)研我國核電領(lǐng)域設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題；

3） 調(diào)研 ANSI、 IEEE、ISO、IEC、GOST等國外標(biāo)準(zhǔn)，研究其中核電設(shè)備相關(guān)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容及體系框架；

4）調(diào)研我國和國外非核電領(lǐng)域現(xiàn)有可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系框架；

5）基于以上調(diào)研，為我國核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)提供建議。

3 中國核電領(lǐng)域設(shè)備可靠性工作需求調(diào)研

隨著美國AP1000三代核電技術(shù)的引進(jìn)，西屋公司在其設(shè)計(jì)的AP1000型核電廠的安全分析報(bào)告中提交了核電廠可靠性保證大綱供我國核安全局審查。2012年10月19日，國家能源局發(fā)布能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20183—2012《核電廠可靠性保證大綱編寫指南》。我國CAP1400的初步安全分析報(bào)告也提交了設(shè)計(jì)階段的可靠性保證大綱供國家核安全局審查。國內(nèi)核電領(lǐng)域科研單位依據(jù)三代電站安全分析報(bào)告中可靠性保障大綱的相關(guān)要求，在電廠重要設(shè)備設(shè)計(jì)階段開展了承壓熱沖擊下反應(yīng)堆壓力容器的概率評(píng)定，在示范快堆工程中也開展了鈉閥等設(shè)備的可靠性研究。在進(jìn)行核電設(shè)備設(shè)計(jì)階段可靠性研究過程中，存在的一個(gè)重要問題是缺乏配套的核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)來提供支持指導(dǎo)。

運(yùn)行階段的可靠性保證大綱要求運(yùn)行電廠注重對(duì)設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)信息的收集，通過數(shù)據(jù)收集及分析、根本原因分析、性能檢測(cè)來確定核電廠改進(jìn)建議，確保電廠的實(shí)際檢測(cè)性能與目標(biāo)性能之間的差距不超出允許限值。目前，國內(nèi)運(yùn)行電廠開展的設(shè)備可靠性工作包括：

1）國內(nèi)各運(yùn)行核電廠都開發(fā)設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫，收集電廠特定數(shù)據(jù)為概率安全評(píng)價(jià)提供設(shè)備可靠性參數(shù)。在國家層面，國家核安全局于2014年2月發(fā)布 《關(guān)于開展核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集工作的通知》，要求各核電廠營運(yùn)單位參照 《核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集》 （試行）開展核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集工作，并按要求定期報(bào)送數(shù)據(jù)。國家核安全局自2015年起，在每個(gè)年度發(fā)布中國核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)報(bào)告。

2）針對(duì)核電設(shè)備可靠性管理，國內(nèi)核電營運(yùn)單位組建相應(yīng)的設(shè)備管理處室，主要依據(jù)美國核電運(yùn)營研究所發(fā)布的 《設(shè)備可靠性管理程序》（AP-913）開展設(shè)備可靠性管理工作，并制定相關(guān)工作流程，將設(shè)備可靠性管理工作劃分為設(shè)備分級(jí)識(shí)別、設(shè)備性能監(jiān)測(cè)與評(píng)估、設(shè)備糾正行動(dòng)、設(shè)備可靠性持續(xù)改進(jìn)、設(shè)備預(yù)防性維修和設(shè)備長期策略六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠性的全程管理。國家能源局參考AP-913的經(jīng)驗(yàn)于2014年6月29日發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20281—2014《核電廠設(shè)備可靠性管理導(dǎo)則》。

3）國內(nèi)運(yùn)行電廠正在開展以可靠性為中心的維修 （RCM）、風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查以及維修有效性監(jiān)測(cè) （MR）等設(shè)備可靠性應(yīng)用工作。

目前，以上大部分可靠性研究應(yīng)用工作在國內(nèi)核電領(lǐng)域還沒有固化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)運(yùn)行電廠開展相關(guān)工作。

4 中國核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

隨著我國核工業(yè)的發(fā)展，我國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （EJ）和能源行業(yè)核電標(biāo)準(zhǔn)（NB）陸續(xù)編制了可靠性相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)庫、發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)清單以及網(wǎng)站的調(diào)研，共收集到36項(xiàng)核電領(lǐng)域現(xiàn)行的可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)在GB、EJ和NB中的數(shù)量分布情況如圖1所示。

圖1 我國核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)分布情況占比圖

這些標(biāo)準(zhǔn)按標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容可劃分：可靠性要求、可靠性管理、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性分析評(píng)價(jià)、使用階段可靠性、軟件可靠性和質(zhì)量管理八個(gè)類別，具體的分布數(shù)量和占比情況詳見表1。

對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)按照標(biāo)齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：標(biāo)齡五年以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng)；標(biāo)齡6-10年的標(biāo)準(zhǔn)四項(xiàng)；標(biāo)齡10年以上的標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng)，標(biāo)齡占比情況見圖2。

按照采用國際國外標(biāo)準(zhǔn)情況進(jìn)行調(diào)研，這些標(biāo)準(zhǔn)中有七項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在制修訂過程中參照國際國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的成熟經(jīng)驗(yàn)。

圖2 我國核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)齡占比圖

經(jīng)調(diào)研，我國核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了一定的成績，對(duì)核電廠系統(tǒng)和設(shè)備的安全可靠發(fā)揮了積極作用，但也存在明顯的問題和不足，主要表現(xiàn)在：

表1 我國核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)分類情況表

1）沒有建立核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系，標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作顯得零散，缺乏統(tǒng)籌考慮，不利于設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用各環(huán)節(jié)可靠性工作的開展。

2）現(xiàn)有可靠性標(biāo)準(zhǔn)不完整，缺失嚴(yán)重。核電領(lǐng)域可靠性標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量和涵蓋的范圍與國內(nèi)可靠性建設(shè)比較完善的其他領(lǐng)域存在較大的差距。

3）部分標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)齡很長，標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平不能反映核電技術(shù)發(fā)展的最新成熟經(jīng)驗(yàn)。

4）目前我國核電領(lǐng)域沒有建立統(tǒng)一的核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)歸口單位，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)推進(jìn)機(jī)制不完善。

5 國際國外核電相關(guān)可靠性標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研

通過查詢標(biāo)準(zhǔn)庫、書籍和網(wǎng)絡(luò)等途徑，對(duì)美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) （ANSI）、美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì) （IEEE）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 （ISO）、全蘇國家標(biāo)準(zhǔn) （GOST）、國際電工委員會(huì) （IEC）、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （JIS）和美軍標(biāo) （MIL）等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)研，按照核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)的占比情況、標(biāo)準(zhǔn)分布和標(biāo)準(zhǔn)類別等方面進(jìn)行具體的分析。

經(jīng)調(diào)研，共收集到325項(xiàng)國際國外可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中特指核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)23項(xiàng)，非核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)302項(xiàng)，核電相關(guān)可靠性標(biāo)準(zhǔn)占總數(shù)的7%。

這些國際國外核電領(lǐng)域現(xiàn)行的可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要來自于ANSI、IEEE、ISO、GOST和IEC，具體分布情況數(shù)據(jù)見表2。

這些標(biāo)準(zhǔn)按標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容可劃分為：可靠性分析與評(píng)價(jià)、可靠性管理、使用階段可靠性、可靠性要求、質(zhì)量管理、可靠性設(shè)計(jì)六個(gè)類別，具體的分布數(shù)量和占比情況詳見表3。

通過以上分析可知，國際國外可靠性標(biāo)準(zhǔn)中核電領(lǐng)域可靠性標(biāo)準(zhǔn)僅占7%，在標(biāo)準(zhǔn)類別的覆蓋范圍上也不夠全面，針對(duì)核電領(lǐng)域都沒有建立相關(guān)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系。因此，我國核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系的建立只借鑒國外核電領(lǐng)域可靠性標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)是不夠的，還需要調(diào)研國內(nèi)外其他領(lǐng)域可靠性經(jīng)驗(yàn)。

表2 國際國外核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)分布情況數(shù)據(jù)表

表3 國際國外核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)分類情況數(shù)據(jù)表

6 非核電領(lǐng)域可靠性標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研

（1）IEC可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系調(diào)研

IEC TC56是國際電工技術(shù)委員會(huì)編制可信性標(biāo)準(zhǔn)文件的技術(shù)委員會(huì)。該技術(shù)委員會(huì)從1956年成立以來，至今已發(fā)布了大量關(guān)于可信性方面基礎(chǔ)性或共性的標(biāo)準(zhǔn)。TC56在1987年提出了可靠性標(biāo)準(zhǔn)的 “工具箱”結(jié)構(gòu)概念，并以此作為可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)。 “工具箱”結(jié)構(gòu)將可靠性工程的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分為四個(gè)層次：第一層次IEC 60300-1《可信性管理體系》，它對(duì)可靠性工程的管理問題做了原則性的說明；第二層次IEC 60300-2《可信性大綱要素和任務(wù)》，它對(duì)可信性大綱的要求和具體任務(wù)做了具體說明；第三層次IEC 60300-3-X是一系列 “應(yīng)用指南”標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)可靠性工程的某一方面或可信性大綱的某一要求做出詳細(xì)的說明和要求；第四層次則是由眾多直接提供應(yīng)用的試驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)技術(shù)活分析程序等，所謂 “工具”標(biāo)準(zhǔn)組成。由于把最低層次的標(biāo)準(zhǔn)看作 “工具”，這就好像給某一方面的可靠性工程準(zhǔn)備了一個(gè)裝有若干 “工具”的箱子。這樣就形成了可靠性標(biāo)準(zhǔn)的 “工具箱”結(jié)構(gòu)概念。

（2）國軍標(biāo)可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系調(diào)研

國軍標(biāo)GJB 450A—2004《裝備可靠性工作通用要求》是指導(dǎo)軍方開展裝備可靠性工作的綱領(lǐng)性文件，該標(biāo)準(zhǔn)也構(gòu)建了國軍標(biāo)中針對(duì)裝備可靠性的標(biāo)準(zhǔn)體系。

國軍標(biāo)可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系將可靠性工作分為五個(gè)系列，即100系列——可靠性及其工作項(xiàng)目要求的確定，200系列——可靠性管理，300系列——可靠性設(shè)計(jì)與分析，400系列——可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，500系列——使用可靠性評(píng)估與改進(jìn)。每個(gè)系列都包括若干個(gè)可靠性工作內(nèi)容及其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了裝備論證階段、方案階段、工程研制與定型階段、生產(chǎn)與使用階段的可靠性要求。

經(jīng)調(diào)研，國軍標(biāo)現(xiàn)行有效的可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共260余項(xiàng)，針對(duì)裝備可靠性工作建立了完善的可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠全面覆蓋并指導(dǎo)可靠性各階段的工作。因此，核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系研究可以充分借鑒和參考國軍標(biāo)可靠性標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

7 中國核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)建議

通過以上調(diào)研，我國亟待建立核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系，具體的體系框架應(yīng)包括以下內(nèi)容：

該體系框架圖共分為兩個(gè)層次：

1）第一個(gè)層次是將核電可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)劃分為可靠性保證大綱、設(shè)計(jì)階段可靠性標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行階段可靠性標(biāo)準(zhǔn)和支撐性標(biāo)準(zhǔn)四個(gè)類別。其中可靠性保證大綱規(guī)定了核電廠設(shè)計(jì)階段和運(yùn)行階段可靠性方面的具體要求，是指導(dǎo)核電領(lǐng)域開展可靠性工作的綱領(lǐng)性文件。

2）第二個(gè)層次是針對(duì)設(shè)計(jì)階段可靠性標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行階段可靠性標(biāo)準(zhǔn)和支撐性標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)類別標(biāo)準(zhǔn)的具體細(xì)化：設(shè)計(jì)階段可靠性標(biāo)準(zhǔn)按內(nèi)容劃分為重要SSC和可靠性要求的確定，設(shè)計(jì)階段可靠性管理 （例如，可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審、可靠性增長管理等），元器件和供應(yīng)方的選擇與控制，可靠性試驗(yàn) （例如，可靠性增長、鑒定、驗(yàn)收等試驗(yàn)）；運(yùn)行階段可靠性標(biāo)準(zhǔn)按內(nèi)容劃分為可靠性管理（例如，可靠性工作計(jì)劃、設(shè)備可靠性管理導(dǎo)則等），可靠性信息收集、評(píng)估與改進(jìn)，與維修相關(guān)的可靠性應(yīng)用 （例如，RCM等）；支撐性標(biāo)準(zhǔn)按內(nèi)容劃分為名詞術(shù)語，可靠性分析方法 （例如，可靠性建模、預(yù)計(jì)和分配、FMEA、FTA、人因可靠性等），數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。具體的核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系框架見圖3。

圖3 核電設(shè)備可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系框架

8 結(jié)論

本論文通過對(duì)國內(nèi)外核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研，指出目前我國核電領(lǐng)域可靠性標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面的不足，并借鑒國軍標(biāo)可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系和IEC可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系的成熟經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國核電領(lǐng)域設(shè)備可靠性工作的實(shí)際需求，為中國核電可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系的建立提供了建議，為中國核電基于不同的需要開展設(shè)備可靠性工作提供指導(dǎo)路線，同時(shí)也為后續(xù)基于可靠性的維修 （RCM）和核電壽期管理 （LCM）提供技術(shù)支持。