全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺建設(shè)分析

孫海濤，吳彩霞，呂云鶴，張晏瑋，初起寶，車樹偉，侯春林，馬若群,*

（1.生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 100082；2.蘇州熱工研究所有限公司，蘇州 215004）

對構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件老化的有效管理是核電廠安全可靠運行的一個重要因素。核電廠壽期內(nèi)的設(shè)計、建造、運行（包括延壽運行和長期停堆）和退役各階段都應(yīng)主動進行老化管理，其中對老化數(shù)據(jù)的收集、整理和利用是重要環(huán)節(jié)。核安全導(dǎo)則《核動力廠老化管理》（HAD 103∕12）［1］中要求營運單位應(yīng)根據(jù)老化管理大綱建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)收集和記錄保存系統(tǒng)，以促進老化管理大綱的實施和優(yōu)化。但受限于國內(nèi)核電廠老化管理起步晚和老化數(shù)據(jù)分享機制的缺乏，一直沒有構(gòu)建和運維全國性核電廠物項材料老化數(shù)據(jù)平臺，對老化數(shù)據(jù)的科學(xué)利用、老化管理水平和相應(yīng)核安全監(jiān)管能力的提升等均存在不利影響。因此，構(gòu)建和運維全國性核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺勢在必行。

1 國內(nèi)外實踐和現(xiàn)狀

對于核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺的運維，國內(nèi)外核電廠營運單位、監(jiān)管部門和國際組織均有相應(yīng)的實踐經(jīng)驗，但平臺的運維狀態(tài)、利用水平存在一定的差異。

1.1 國外

國際核能組織和核電技術(shù)先進國家和組織，如國際經(jīng)合組織核能署（NEA）、IAEA［2］和美國［3］等均建立了跨國級或國家級的核電廠關(guān)鍵設(shè)備材料老化數(shù)據(jù)庫，見表1。

這些數(shù)據(jù)庫為上述組織和國家核電廠長壽期運行∕許可證延續(xù)政策的制訂、老化管理和核安全監(jiān)管工作提供了堅實的基礎(chǔ)。

1.2 國內(nèi)

國內(nèi)少數(shù)核電廠建立了材料老化相關(guān)數(shù)據(jù)庫［4,5］，如秦山核電廠老化管理系統(tǒng)和大亞灣核電廠老化管理數(shù)據(jù)庫，但這些材料老化數(shù)據(jù)庫適用范圍較窄［6］，一般僅限于某個核電機組、某個核電基地或某個單位、某個集團，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的單位間、集團間和行業(yè)內(nèi)的共享；另一方面，這些數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量偏小，應(yīng)用偏少，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效利用，形成了“信息孤島”。國內(nèi)核電主管部門和核安全監(jiān)管部門，包括技術(shù)支持單位尚未搭建核電廠物項材料老化綜合數(shù)據(jù)庫∕平臺，也缺少類似NRC的EDB和RVID等專項數(shù)據(jù)庫。

表1 國外核電廠關(guān)鍵設(shè)備材料老化數(shù)據(jù)庫Table 1 Material aging database of NPP abroad

國內(nèi)核電行業(yè)和監(jiān)管部門均未建立全國性的核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺，也暫未加入國際組織的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫項目，對于已有老化數(shù)據(jù)的開發(fā)和利用、核電老化管理水平和競爭力的提升以及核安全監(jiān)管能力的加強均存在負面影響。

2 必要性分析

隨著我國核電廠運行堆年的增加，老化管理、定期安全審查和許可證延續(xù)等工作任務(wù)逐漸加重，全國核電廠物項材料老化數(shù)據(jù)平臺對于以上工作的開展、新技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定等均有積極的促進作用，其構(gòu)建需求也愈加迫切。

2.1 提高數(shù)據(jù)利用價值

機械設(shè)備材料老化數(shù)據(jù)（見表2）、電氣設(shè)備材料老化數(shù)據(jù)（見表3）和構(gòu)筑物材料老化數(shù)據(jù)（見表4）等核電廠物項服役和科研老化數(shù)據(jù)十分寶貴，具有明顯的潛在價值和可開發(fā)價值，對于核電設(shè)計、建造、運行、延壽和退役均具有重要的價值和指導(dǎo)意義。

表2 機械設(shè)備材料老化數(shù)據(jù)分類及來源Table 2 Classification and source of mechanical equipment material aging data

表3 電氣設(shè)備材料老化數(shù)據(jù)分類及來源Table 3 Classification and source of electrical equipment material aging data

表4 構(gòu)筑物材料老化數(shù)據(jù)分類及來源Table 4 Classification and source of structures material aging data

以每個機組RPV 輻照監(jiān)督管材料試驗數(shù)據(jù)為例，國內(nèi)單根輻照監(jiān)督管的制造、安裝、提取和熱室試驗全過程，一般需花費人民幣約300萬元，但目前這些數(shù)據(jù)僅用于特定RPV 的壽命監(jiān)督［7,8］，對于國產(chǎn)RPV材料性能驗證和輻照壽命預(yù)測公式開發(fā)［9］的潛在價值沒有被挖掘和利用。此外，國內(nèi)針對關(guān)鍵物項材料開展的老化性能專項研究，也積累了和預(yù)期產(chǎn)出大量試驗數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)分散于各研究單位和研究者個人手中，缺少交流和共享，導(dǎo)致數(shù)據(jù)潛在價值沒有被充分開發(fā)的同時，也存在重復(fù)立項，造成科研資金浪費的風(fēng)險。

運維全國核電廠物項材料老化數(shù)據(jù)平臺，將會延長我國核電材料老化服役和科研數(shù)據(jù)的生命周期和提高其利用率，提高核電項目的產(chǎn)出和效益。

2.2 優(yōu)化核電廠老化管理

有效的日常老化管理可以保障核電廠安全可靠運行［10］，同時老化管理對于國內(nèi)核電廠定期安全審查（PSR）［11］是一個關(guān)鍵要素，HAD 103∕11要求：應(yīng)盡可能識別與老化有關(guān)的可能導(dǎo)致核電廠關(guān)鍵構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件故障且可能限制核動力廠壽期的劣化機理。而老化管理依賴于全面、完整、準(zhǔn)確地對老化數(shù)據(jù)進行收集和利用。

某個核電機組老化數(shù)據(jù)的收集應(yīng)以本機組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并將國內(nèi)外同類型機組老化數(shù)據(jù)作為重要借鑒和依據(jù)。全國性的核電廠物項材料老化數(shù)據(jù)平臺可積極支撐國內(nèi)外同類型機組老化數(shù)據(jù)的收集和消化，實現(xiàn)對老化和壽命數(shù)據(jù)的權(quán)威匯集、長期保存、集成管理和全面共享，并可優(yōu)化核電廠的老化管理和定期安全審查。

2.3 支撐運行許可證延續(xù)論證及審查

在美國NRC 審查批準(zhǔn)89 個機組許可證更新申請，以及國家核安全局審查秦山核電廠運行許可證延續(xù)（OLE）［12］申請過程中，NRC管理文件NUREG-1801“核電廠通用老化經(jīng)驗（簡稱GALL）報告”［13］是核心文件，該文件主要匯總了美國壓水堆和重水堆核電廠許可證更新范圍內(nèi)主要物項的材料、環(huán)境、老化機理∕效應(yīng)和老化管理要求，其背后是NRC 和核電業(yè)界幾十年對核電廠關(guān)鍵物項材料老化科研數(shù)據(jù)和實際服役老化數(shù)據(jù)的收集、整理和利用，包括數(shù)據(jù)平臺的強有力支撐。

中國正逐步開展對核電廠OLE 的核安全審查工作，編制和使用中國自己的“核電廠通用老化經(jīng)驗（CGALL）報告”，一方面可以解決美國GALL報告無法完全覆蓋國內(nèi)核電廠關(guān)鍵物項材料、環(huán)境和老化機理的問題；另一方面也有利于提升國內(nèi)老化管理和核安全監(jiān)管水平。而此項工作必然要求以豐富的科研和服役老化數(shù)據(jù)作為支撐。構(gòu)建和運維全國性核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺則可以保證這些數(shù)據(jù)的科學(xué)利用和中國核電廠OLE 監(jiān)管文件編制工作的高效實施，為OLE安全監(jiān)管活動保駕護航。

2.4 保障風(fēng)險指引型在役檢查技術(shù)可靠性

近幾年來，風(fēng)險指引型在役檢查方法（RIISI）［14］逐漸在國內(nèi)得到重視、研究和試點應(yīng)用。設(shè)備的劣化機理分析是RI-ISI 的一個重要步驟，而目前國內(nèi)RI-ISI 技術(shù)主要采用美國相關(guān)實踐和文件中的失效機理、屬性準(zhǔn)則和后果。如果一直走跟蹤路線，雖然可以保持與RIISI技術(shù)先進國家∕組織的對標(biāo)和一致，但長此以往將影響國內(nèi)對RI-ISI 分析結(jié)果的科學(xué)判斷，也不利于自身RI-ISI技術(shù)的發(fā)展。

因此，有必要對國內(nèi)核電廠RI-ISI 應(yīng)用范圍的設(shè)備老化數(shù)據(jù)進行收集、整理、存儲、發(fā)掘和利用，在借鑒國際成熟經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制訂自己的RI-ISI 技術(shù)劣化機理和屬性準(zhǔn)則等關(guān)鍵要素。這自然需要運維國內(nèi)核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺。

2.5 夯實標(biāo)準(zhǔn)制訂基礎(chǔ)

國內(nèi)核電廠物項設(shè)計、制造和運行領(lǐng)域的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、能源行業(yè)核電標(biāo)準(zhǔn)（NB）和環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)（HJ）的制訂多數(shù)需要材料老化性能數(shù)據(jù)作為支撐。有材料老化服役數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條款才能更客觀和更科學(xué)，當(dāng)然數(shù)據(jù)來自全國性物項材料老化數(shù)據(jù)平臺將更有說服力。

總之，充分挖掘和利用材料老化試驗和服役數(shù)據(jù)，提升核電設(shè)計、制造和運行等各環(huán)節(jié)老化管理和監(jiān)管工作的水平，搭建和運維全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺是大勢所趨。

3 平臺構(gòu)建方案建議

為了保證全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺的有效運維，我們需要厘清平臺指導(dǎo)方、運維方和使用方的職責(zé)和權(quán)限，界定數(shù)據(jù)類型和范圍，并形成科學(xué)、共識的數(shù)據(jù)分享機制。

3.1 國家核安全局負責(zé)指導(dǎo)

建議國家核安全局對全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)和運維給予指導(dǎo)和政策保障，包括引導(dǎo)和協(xié)調(diào)各核電業(yè)主、設(shè)計院、研究單位和核安全監(jiān)管技術(shù)支持單位等定期提交核電廠物項材料老化數(shù)據(jù)，推進相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件的編制。

3.2 核安全監(jiān)管技術(shù)支持單位主體運維

核安全監(jiān)管技術(shù)支持單位相對于核電業(yè)主、設(shè)計院及研究單位等較獨立和中立，作為全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)和運維主體具有一定的優(yōu)勢。核安全監(jiān)管技術(shù)支持單位應(yīng)充分借鑒和利用已有核電廠經(jīng)驗反饋平臺、全國核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫等的構(gòu)建和運行經(jīng)驗。

如圖1所示，建議由核安全監(jiān)管技術(shù)支持單位作為主體，聯(lián)合國內(nèi)核電廠物項材料老化相關(guān)的業(yè)主、設(shè)計院和研究單位等，在國家核安全局的指導(dǎo)下，共同運維全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺，推倒數(shù)據(jù)壁障，連接“信息孤島”，實現(xiàn)對老化和壽命數(shù)據(jù)的集成管理和全面共享。

圖1 平臺建設(shè)相關(guān)方Fig.1 Relevant parties of platform construction

國內(nèi)可參與平臺的構(gòu)建、材料老化數(shù)據(jù)的提供及利用平臺的核電各相關(guān)單位見表5。

3.3 建立數(shù)據(jù)交換和共享機制

科學(xué)的數(shù)據(jù)交換和共享機制是確保全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺長期有效運行的關(guān)鍵。只有建立科學(xué)、被一致認可的數(shù)據(jù)交換和共享機制，才能促使各單位積極提交和共享相關(guān)老化數(shù)據(jù)，以保障數(shù)據(jù)平臺的生命力。建議參考設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫等運維機制的基礎(chǔ)上，采取數(shù)據(jù)標(biāo)識“DOI:Digital Object Identifier”方法［15］和“數(shù)據(jù)等量、等級別提供及獲取”原則對數(shù)據(jù)進行保護和管理。

表5 國內(nèi)材料老化數(shù)據(jù)平臺相關(guān)單位Table 5 Domestic related units about material aging data platform

建議從頂層設(shè)計出發(fā)，一方面通過行政措施打破個人和單位對于數(shù)據(jù)的“保護”，另一方面充分聽取各方意見，匯集各方智慧，形成對數(shù)據(jù)平臺框架搭建和建設(shè)發(fā)展的完備思路，同時借鑒國外先進經(jīng)驗，推進全國性老化和壽命數(shù)據(jù)的開放與共享。

3.4 加強國際交流

國內(nèi)核電廠應(yīng)秉承開放、合作、共贏的理念，融入世界核電發(fā)展框架。建議國家核安全局積極溝通協(xié)調(diào)，爭取加入IAEA 和NEA 等國際核電組織的老化數(shù)據(jù)庫項目，以提升我國在世界核電領(lǐng)域的影響力，共享IAEA∕NEA 組織豐富的材料老化和服役數(shù)據(jù)，促進我國核電設(shè)備設(shè)計、制造、運行和監(jiān)管能力的提升以及國內(nèi)核工業(yè)和核安全領(lǐng)域的高效發(fā)展。當(dāng)然，做好這項工作的前提是國內(nèi)核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺已運作良好，否則即使加入國際組織相關(guān)數(shù)據(jù)庫項目也會遇到數(shù)據(jù)交換和共享的限制。

4 結(jié)論

（1）核電廠通用老化經(jīng)驗報告對保障部件安全功能、提升國內(nèi)核電老化管理水平和支撐運行許可證延續(xù)論證等具有重要的意義；

（2）搭建和運維全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺，對充分挖掘和利用材料老化試驗和服役數(shù)據(jù)、提升核電老化管理水平、支撐運行許可證延續(xù)論證等具有重要意義；

（3）有必要在主管部門的指導(dǎo)下，由核安全監(jiān)管技術(shù)支持單位作為主體，聯(lián)合國內(nèi)核電廠物項材料老化相關(guān)的業(yè)主、設(shè)計院和研究單位共同運維全國核電廠關(guān)鍵物項材料老化數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對老化和壽命數(shù)據(jù)的集成管理和全面共享。