商品級物項轉(zhuǎn)化在中國核電領(lǐng)域中的應(yīng)用

宋祉霖 楊 洋 曲昌明 張 衛(wèi)

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

由于核電的特殊性，核電站安全相關(guān)物項的使用受到嚴(yán)格的監(jiān)管。核安全相關(guān)物項的供貨商，需要按照核行業(yè)要求的法律法規(guī)申請領(lǐng)取許可證，建立健全的管理制度和完善的質(zhì)量保證體系，取得、維持核級質(zhì)保體系需要的成本很高。

20世紀(jì)70年代，美國在建核電站數(shù)量減少，導(dǎo)致核級設(shè)備的訂單大幅減少，很多原有的核級設(shè)備供貨商不再花費(fèi)高昂的代價來滿足美國聯(lián)邦法規(guī)10CRF50附錄B質(zhì)保大綱的要求，從而導(dǎo)致在役運(yùn)行核電站在更換老化或者有缺陷的零部件時無處采購產(chǎn)品，缺少滿足法律法規(guī)要求的合格核級供貨商。為了保證核電廠的正常運(yùn)行，可以采購到與安全相關(guān)的零部件產(chǎn)品，美國核電行業(yè)開發(fā)了“商品級物項轉(zhuǎn)化（Commercial Grade Dedication，CGD）”的管理流程。目前，美國已建立的CGD 標(biāo)準(zhǔn)體系涵蓋了法規(guī)&指令、導(dǎo)則、基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)4個層次，自上而下地形成了一個較為完善、具備可操作性的標(biāo)準(zhǔn)體系框架。

近年來，隨著中國核電建設(shè)步伐的不斷加大，國內(nèi)也開始出現(xiàn)執(zhí)行安全功能的核級零部件難以在市場上找到滿足法律法規(guī)要求的核級供貨商的情況。該文通過對商品級物項轉(zhuǎn)化過程及應(yīng)用實例的分析，為解決國內(nèi)缺乏核級供貨商的問題提供參考。

1 商品級物項

基本部件（basic component）是執(zhí)行以下安全功能的構(gòu)筑物、系統(tǒng)、部件或零件：1）保證一回路壓力邊界的完整。2）執(zhí)行反應(yīng)堆停堆并使其處于安全停堆狀態(tài)。3）預(yù)防和緩解在事故狀態(tài)下向場外釋放放射性物質(zhì)，該部件的設(shè)計和制造應(yīng)滿足10 CRF 50 附錄B的要求。

商品級物項（Commercial grade item，CGI）是指該物項執(zhí)行安全相關(guān)功能，但沒有按照基本部件的要求進(jìn)行設(shè)計和制造。同時，該物項必須滿足以下3個要求：1）該物項沒有按照核電行業(yè)中規(guī)格書的要求進(jìn)行設(shè)計和制造；2）該物項也應(yīng)用于其他行業(yè)中。3）根據(jù)供貨商已有的產(chǎn)品目錄進(jìn)行采購。

2 商品級物項轉(zhuǎn)化

商品級物項轉(zhuǎn)化（CGD）：一個被認(rèn)可的流程，采用該流程來保證一個用于安全功能的商品級物項執(zhí)行其所需要的安全功能。該物項等同于一個按照10 CRF 50 附錄B的要求進(jìn)行設(shè)計和制造的物項。

CGD是在采購方確定要進(jìn)行核級物項采購但是存在困難時的一種采購管理方法，其關(guān)鍵工作有2項內(nèi)容：技術(shù)評估過程和檢驗驗收過程，如圖1所示。通過技術(shù)評估過程確定關(guān)鍵特性，再根據(jù)物項特性選擇檢驗驗收方法并實施。

圖1 CGD關(guān)鍵工作

2.1 技術(shù)評估過程

技術(shù)評估過程包括3種：等同物項采購、替代物項采購以及新物項采購，如圖2所示。通過技術(shù)評估過程可以明確物項的準(zhǔn)確采購技術(shù)和質(zhì)量要求，并在采購文件中明確。1）等同物項采購是最簡單的一種技術(shù)評估，采購方根據(jù)原供貨商（已經(jīng)不再持有核級質(zhì)保資質(zhì)）提供的有關(guān)信息，確定供貨商沒有對物項設(shè)計進(jìn)行改動。在該基礎(chǔ)上，技術(shù)評估的重點(diǎn)是原設(shè)備廠家的原始設(shè)計，通常僅需要識別其零件號碼和物項描述就可以評估。2）對不能采購原始物項或等同物項、原始物項的技術(shù)或質(zhì)保要求不明確、供貨商改變了物項設(shè)計的情況，要進(jìn)行詳細(xì)的等效技術(shù)評估，進(jìn)行替代物項采購。技術(shù)評估由采購方進(jìn)行控制：1）評估所采購物項的接口、互換性、安全性、安裝尺寸和功能等方面與原物項是否等效。2）評估其設(shè)計和制造過程適用的法律、法規(guī)是否符合要求。3）當(dāng)設(shè)計改進(jìn)或新建核電站需要通過商品化渠道采購某一新物項時，要進(jìn)行新物項采購。首先從技術(shù)上確定商品級物項的設(shè)計能滿足執(zhí)行安全功能的要求。技術(shù)評估將作為設(shè)計過程的一個重要部分，以確保合理的采購技術(shù)和質(zhì)量要求被明確寫入采購文件中。

圖2 技術(shù)評估過程

3種物項采購方式都需要結(jié)合檢驗驗收過程進(jìn)行必要的檢驗測試，確保物項的關(guān)鍵參數(shù)滿足要求。等同物項采購也不能缺少檢驗驗收的過程。

2.2 檢驗驗收過程

在對申請的物項進(jìn)行技術(shù)評估后，結(jié)合物項的關(guān)鍵特性，在檢驗驗收過程中進(jìn)行選擇，并形成詳細(xì)的過程記錄，如圖3所示。需要特別注意的是選擇合適的驗收方法之前，必須確認(rèn)以下3個關(guān)鍵問題：1）確定物項是否執(zhí)行安全功能。2）確定物項是否為商品級物項CGI。3）確定物項的關(guān)鍵特性。雖然這3個關(guān)鍵問題屬于檢驗驗收過程，但是也可以選擇在技術(shù)評估階段完成，采購方可以根據(jù)實際情況選擇“三個確認(rèn)”的完成階段。

圖3 檢驗驗收過程

2.2.1 核安全功能和商品級物項

一般來說，從技術(shù)角度考慮，如果物項所屬的部件執(zhí)行核安全功能，則默認(rèn)該物項為需要執(zhí)行的核安全功能，可以不再評估物項本身是否執(zhí)行核安全功能。但是方便實施CGD，也可以參考供貨商的零部件圖、材料清單以及備品備件清單等，將部件進(jìn)一步拆分、細(xì)化，評價每個組成物項是否執(zhí)行核安全功能。以閥門為例，查閱供貨商總裝圖可知，閥門包括閥體、閥瓣、閥桿、閥蓋、填料以及中腔墊片等物項。根據(jù)EPRI NP-5652，如果閥門為非能動，且安全相關(guān)功能要保證壓力邊界的完整性，那么可以認(rèn)為它的內(nèi)部物項閥桿是非安全相關(guān)物項。

從技術(shù)角度考慮，物項分級只考慮是否執(zhí)行核安全功能；從采購的角度考慮，要更進(jìn)一步區(qū)分，將核安全相關(guān)物項分為基本部件、商品級物項。該過程可以有效地明確物項采購方向，有利于相似部件合并采購，增強(qiáng)相似部件的互換性，節(jié)約成本，提高核電站的經(jīng)濟(jì)性。

2.2.2 關(guān)鍵特性

基于物項的用途和設(shè)計基準(zhǔn)，每種物項都具有多種特性參數(shù)，基本可以分為3類：產(chǎn)品標(biāo)識、物理特性以及性能特性。根據(jù)電廠物項替換報告NP-6406，將特性分為設(shè)計關(guān)鍵特性和驗收關(guān)鍵特性。為了確保替代物項能滿足設(shè)計功能要求，必須正確且全面地識別物項的設(shè)計特性參數(shù)。同時為了能夠完成驗收，要選取一些可確定、可測量檢驗的屬性或變量作為商品級物項的驗收關(guān)鍵特性。當(dāng)某種替代物項的某特性確定為驗收關(guān)鍵特性后，則該特性必須進(jìn)行驗證。

以閥桿為例[1]，通常設(shè)計關(guān)鍵特性包括尺寸、材料化學(xué)組分、材料等級、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率、硬度、表面光潔度以及構(gòu)造?？沈炇盏年P(guān)鍵特性包括構(gòu)造、桿長、直徑、材料及級別、硬度。也就是說，驗收關(guān)鍵特性通常是設(shè)計關(guān)鍵特性的一個子集。

特別需要注意的是，對于有抗震要求以及溫壓、輻照等環(huán)境鑒定要求的商品級物項，要確保替代物項能滿足原來的鑒定條件，在選擇用于驗收的關(guān)鍵特性參數(shù)時，必須驗收這些特性。

除了根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)文件確定關(guān)鍵特性外，還可以用故障模式影響分析來確定[2]。

2.2.3 驗收方法

執(zhí)行安全功能的商品級物項具有一個或多個驗收關(guān)鍵特性來確保該物項與替代前的物項等效。例如零件號碼這個關(guān)鍵特性，在采用等同物項采購的情形下，通過零件號碼的識別和選擇正確驗收方法，就可以確保物項是可接受的。

目前一共有4種有條件認(rèn)可的驗收方法，如圖3和表1所示[3]。每個關(guān)鍵特性參數(shù)都必須驗證，且使用至少一種驗收方法進(jìn)行驗證。如果需要，同一種關(guān)鍵特性參數(shù)可能要用一種以上的驗收方法，以保證所接收的物項能滿足要求。驗收方法的選取要結(jié)合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行考慮。

表1 驗收方法選擇

2.3 CGD實際應(yīng)用

在CGD實際應(yīng)用過程中需要形成文件來記錄實施過程，做到有據(jù)可查。由于CGD通常在正常的采購過程之外，因此需要單獨(dú)配備一套完整的文件，可參考以下內(nèi)容形成配套文件：1）明確技術(shù)要求和質(zhì)量要求的采購文件。2）識別物項是否為CGI的過程文件。3）形成CGI清單文件。4）識別關(guān)鍵特性的過程文件及最終確定的關(guān)鍵特性。5）針對每一關(guān)鍵特性確定的驗收方法、驗收準(zhǔn)則等。6）執(zhí)行驗收，形成驗收報告。

3 CGD在我國的應(yīng)用

根據(jù)EPRI NP-5652，在核電領(lǐng)域中采用了商品級物項轉(zhuǎn)化的典型物項包括螺栓、閥門填料法蘭以及閥桿等機(jī)械部件，也包括限位開關(guān)、電磁閥等儀控部件以及O型圈、非金屬膜片等非金屬物項。經(jīng)查閱國內(nèi)的相關(guān)文獻(xiàn)，中國核安全監(jiān)管部門尚未認(rèn)可核級設(shè)備商品級物項轉(zhuǎn)化的方法，但針對一些不屬于中國民用核安全設(shè)備目錄范圍內(nèi)的部件，在無法采購到滿足法規(guī)要求核級產(chǎn)品的情況下，已經(jīng)開始研究商品級物項轉(zhuǎn)化。

三門、海陽AP1000核電項目中，有些不屬于中國民用核安全設(shè)備監(jiān)管范圍，但又設(shè)計為核級的物項，例如AP1000 環(huán)吊，采用了商品級物項轉(zhuǎn)化[4]。AP1000 環(huán)吊核級部件主要從美國采購，這些部件大部分屬于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，但由于核級質(zhì)保體系的要求，很難找到符合要求的核級供貨商，因此，環(huán)吊有相當(dāng)數(shù)量的核級機(jī)械和電氣部件運(yùn)用了商品級物項轉(zhuǎn)化。

除了機(jī)械設(shè)備外，數(shù)字化設(shè)備也面臨同樣的問題。核電廠數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)（DCS）面臨極大的國產(chǎn)化市場需求，但是DCS 中執(zhí)行或影響安全功能所需要的大量零部件難以采購到滿足法規(guī)要求的核級產(chǎn)品，只能采用非核級供貨商的基于一般工業(yè)要求的非核級設(shè)備即商品級物項。目前，在田灣核電站5&6 號機(jī)組安全級DCS 的設(shè)計與供貨工作中已經(jīng)成功地應(yīng)用了CGD方法[2]。

目前我國只有國標(biāo)GB/T 13629—2008《核電廠安全系統(tǒng)中數(shù)字計算機(jī)的適用準(zhǔn)則》提及了CGD 相關(guān)概念。該標(biāo)準(zhǔn)簡述了商品級計算機(jī)的CGD 過程，但缺少詳細(xì)的實施指導(dǎo)；且該標(biāo)準(zhǔn)引用文件中未包含有相關(guān)CGD 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，不具備可操作性[5]。因此，參考EPRI發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來實施CGD 過程是當(dāng)前我國核電行業(yè)的合理選擇。

此外，除了國內(nèi)廠址建設(shè)的核電站，我國自主研發(fā)設(shè)計的核電站已經(jīng)出口到世界上的許多國家，例如巴基斯坦、巴西等。受到出口限制，一些原供設(shè)備（閥門定位器等）無法出口，并且由于技術(shù)原因，因此國內(nèi)、國外均找不到其他滿足要求的核級供貨商。技術(shù)的進(jìn)步無法一蹴而就，核電建設(shè)不僅要考慮其技術(shù)性，還要保證經(jīng)濟(jì)性，這就要求國內(nèi)核電從業(yè)者探索一條適用于目前國際形勢的、解決出口受限問題的CGD流程。已經(jīng)實施的思路為選擇不受出口限制的國外供貨商生產(chǎn)的商品級定位器，隨同所屬閥門一起進(jìn)行試驗驗證，試驗包括基準(zhǔn)試驗、正常老化試驗以及事故工況下的各項試驗等，驗證合格后，隨同閥門一起供貨。

4 結(jié)論

商品級物項轉(zhuǎn)化首先在美國提出，美國核管會（NRC）委托EPRI牽頭聯(lián)合了部分核電業(yè)主進(jìn)行大量的研究，發(fā)布了一系列通過CGD將商品級物項引入核安全應(yīng)用的法規(guī)、導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)文件。目前，美國核電業(yè)主、供貨商都按照NRC的要求，對那些將使用在核安全相關(guān)領(lǐng)域的商品級物項進(jìn)行CGD。美國核電業(yè)CGD的良好實踐經(jīng)驗，具有很好的參考價值。

隨著中國核電建設(shè)的蓬勃發(fā)展，不論是現(xiàn)有核電站的設(shè)備老化、設(shè)計優(yōu)化，還是新型核電站的建造，不論是自建還是出口核電站，都有可能遇到執(zhí)行安全功能的部件找不到合適核級供貨商的情況。原核級供貨商退出核電市場、國際形勢導(dǎo)致供貨限制等情形的出現(xiàn)，將大大增加項目成本，延長項目周期，影響項目的經(jīng)濟(jì)性。中國核電應(yīng)參考美國CGD的經(jīng)驗，結(jié)合中國核電行業(yè)現(xiàn)狀，開始著手建立國內(nèi)CGD體系，為解決缺少合格核級供貨商的問題提供支持。