核電廠零部件質(zhì)量驗證存在的問題及改進(jìn)建議

裴紅偉，石 秦，周 洋，武方杰

（北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，北京 100094）

國外民用工業(yè)零部件應(yīng)用于核電廠建設(shè)過程中，引起的核電廠運(yùn)行事件在逐年增多。本文重點分析美國、法國、韓國、日本等國家的零部件質(zhì)量管控實踐中存在的問題，尤其是美國的商品級物項適用性確認(rèn)（Commercial Grade Dedication，CGD）方法。參考美國商品級物項適用性方法，轉(zhuǎn)化為國內(nèi)的核質(zhì)保體系下的零部件質(zhì)量驗證活動時，發(fā)現(xiàn)國外的零部件質(zhì)量驗證方法并不完全適用，需要分析國內(nèi)的質(zhì)量管理現(xiàn)狀，并針對國外的質(zhì)量管控措施進(jìn)行消化和吸收，以建立和完善國核安全級設(shè)備的零部件質(zhì)量驗證體系。

1 核電廠零部件質(zhì)量管理的背景

1979年3月美國賓夕法尼亞州哈里斯堡附近的三里島核電廠事故使美國的核電發(fā)展遭到重創(chuàng)，許多新的核電廠建設(shè)項目被停止。僅1983年以前美國共取消了108臺核電機(jī)組的建設(shè)，美國核工業(yè)發(fā)展就此遭遇了超過30年的蕭條和停滯。原本一直為核電站配套的設(shè)備供應(yīng)商也紛紛驅(qū)利轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)向其它工業(yè)領(lǐng)域，不再繼續(xù)保持、維護(hù)其原有的核安全級質(zhì)保大綱。對于原有核電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)，很難在市面上尋找到核級備件（即在符合美國10CFR50 Appendix B要求的質(zhì)保大綱控制下，專門為核電開發(fā)的零部件），來替代一些老化的零部件。

當(dāng)時對于在核安全相關(guān)領(lǐng)域引入商品級物項（指未在核級質(zhì)保大綱控制下，按照核設(shè)施特有的技術(shù)和質(zhì)量要求開發(fā)制造的物項，如市售的通用工業(yè)零部件），無論是業(yè)主還是監(jiān)管機(jī)構(gòu)都對這些商業(yè)級零部件是否能夠達(dá)到核安全應(yīng)用的質(zhì)量要求，存有疑慮。為此，美國核管理委員會（Nuclear Regulatory Commission，NRC）委托美國電科院（Electric Power Research Institute，EPRI）牽頭，聯(lián)合部分核電業(yè)主進(jìn)行了大量研究實踐，開發(fā)了CGD方法，發(fā)布了一系列通過CGD將商品級部件引入核安全應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)文件。

自20世紀(jì)90年代初期開始，NRC通過發(fā)布專項條令Generic Letter 89-02[1]和91-05[2]，要求美國核電廠實施CGD。目前，美國核電業(yè)主及承包商、分包商等單位，均依照NRC要求，對意圖使用于核安全相關(guān)領(lǐng)域的商品級物項進(jìn)行CGD。CGD方法受到美國核管會和美國能源部的認(rèn)可，并于2017年通過NRC導(dǎo)則的形式得到背書（RG1.164）[3]。

歐洲各國在核電建設(shè)階段，對于外購零部件的質(zhì)量更多關(guān)注設(shè)計驗證，通過設(shè)備鑒定的手段確認(rèn)外購零部件的應(yīng)用是符合核電應(yīng)用要求的。IEC 61513明確要求對于現(xiàn)有的商品級部件應(yīng)采取質(zhì)量鑒定工作，質(zhì)量鑒定工作參考IEC60780、IEC60980等標(biāo)準(zhǔn)開展。相對于美國的CGD方法，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)主要提出總體要求，并未給出其他支撐標(biāo)準(zhǔn)可用于指導(dǎo)現(xiàn)貨品采購活動，各核電設(shè)備廠商根據(jù)自己的需求開展相應(yīng)的采購活動。

國內(nèi)核電目前投入運(yùn)行機(jī)組51座，在建11座，無論是運(yùn)維機(jī)組還是新建機(jī)組對核級設(shè)備零部件的需求也越來越大，而國內(nèi)遵照HAF003質(zhì)量保證要求的零部件供貨商卻相對匱乏，且對零部件的質(zhì)量驗證存在方法不標(biāo)準(zhǔn)，深度不統(tǒng)一，各供貨商的做法參差不齊的問題。近年來，國外運(yùn)行核電廠設(shè)備零部件質(zhì)量問題逐漸暴露，國內(nèi)“浙江高強(qiáng)緊固件事件”“西安奧凱電纜事件”等給國內(nèi)核電行業(yè)都帶來了惡劣的影響。因此，對零部件質(zhì)量驗證體系進(jìn)行完善，對降低核電廠運(yùn)行風(fēng)險是非常有必要的。

2 國外零部件質(zhì)量管控在實踐中存在的問題

2.1 美國在零部件質(zhì)量管理中存在的問題

美國針對零部件質(zhì)量管理建立了一整套CGD方法，但是從整體的零部件質(zhì)量驗證體系以及實踐上，存在如下幾個問題：

第一，美國NRC對于零部件的管理相對薄弱。美國NRC監(jiān)管主要針對核電廠，對供應(yīng)鏈的管理主要依靠由業(yè)主聯(lián)合成立的核設(shè)施采購委員會（NUPIC），對零部件的監(jiān)管更傾向于依賴業(yè)主對核電廠運(yùn)行的安全責(zé)任，而NRC本身對供應(yīng)商的檢查頻度和數(shù)量相對比較低。根據(jù)NRC對供應(yīng)商監(jiān)督檢查大綱的年度計劃完成情況自評，NRC從2012年～2020年每年檢查供應(yīng)商的平均數(shù)為29家，近年來還有下降的趨勢，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 NRC完成供應(yīng)商檢查的數(shù)量Table 1 Number of NRC completed supplier inspections

第二，美國核電廠對核安全質(zhì)量監(jiān)管不夠嚴(yán)格。美國核電廠零部件質(zhì)量管理中對CGD的應(yīng)用更傾向于事后提供質(zhì)量證據(jù)，事中的過程監(jiān)督和控制相對較弱。例如，AP1000核電機(jī)組的主泵供應(yīng)商EMD公司，對其承包商及分包商的重要材料、工藝的控制情況，缺乏充分驗證，即EMD未能通過CGD方法來驗證葉輪鑄件、葉輪焊接修復(fù)和校準(zhǔn)服務(wù)中的某些關(guān)鍵特性是否得到充分控制，未能證實其供應(yīng)商對相關(guān)工藝活動及焊接填充材料的測試及控制。此外，還存在主泵飛輪外殼焊接填充材料不符合技術(shù)規(guī)格、夾套水泵葉輪安裝不正確等問題。上述問題均未能通過實施CGD方法有效地發(fā)現(xiàn)、解決，主泵零部件制造過程中也缺乏充分的質(zhì)量監(jiān)督。NRC在供貨后的檢查中發(fā)現(xiàn)了EMD公司CGD材料的不充分，對這些問題開出了不符合項，后續(xù)EMD公司對問題的確認(rèn)、整改意愿都比較低，整體上對主泵供貨工作造成了較大影響。

第三，其他國家無法直接套用美國的CGD方法。美國核設(shè)施采購委員會組織對核電零部件形成運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，各業(yè)主上報、共享零部件材料運(yùn)行數(shù)據(jù)，并委托EPRI對美國核電廠使用的主要零部件材料進(jìn)行系統(tǒng)性的機(jī)理及關(guān)鍵特性研究，參與此項工作的業(yè)主共享研究成果，但總體上美國核電廠零部件的關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)、質(zhì)量驗證情況和質(zhì)量趨勢統(tǒng)計沒有公開。因此，其它核電國家不具備類似條件，無法完整、徹底地套用美國CGD方法，尤其是CGD方法中的第4種方法——物項/供應(yīng)商的歷史性能表現(xiàn)記錄。

第四，CGD技術(shù)方法并未完全得到美國NRC認(rèn)可。對于EPRI所建立一系列的CGD方法，目前NRC僅背書了EPRI3002002982核電廠安全相關(guān)應(yīng)用中商業(yè)級物項的驗收指南的主要內(nèi)容，但對其中引用的關(guān)于抗震評估技術(shù)以及部分?jǐn)?shù)字化設(shè)備評估驗收技術(shù)指南表示例外。

綜上可見，美國的CGD方法脫離核安全質(zhì)量保證的體系框架，屬于事后監(jiān)督，缺乏嚴(yán)格的核安全監(jiān)管，部分環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)造假、偽造、違規(guī)、違反標(biāo)準(zhǔn)等問題。受知識產(chǎn)權(quán)影響，EPRI一直沒有公開CGD研究和統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致零部件的質(zhì)量驗證情況和質(zhì)量趨勢統(tǒng)計沒有公開，缺乏社會公信，直接導(dǎo)致NRC不完全接受CGD，對CGD方法進(jìn)行部分背書。但CGD方法為核電廠加強(qiáng)其零部件安全質(zhì)量提供了更多的方法選擇，其中針對關(guān)鍵特性進(jìn)行驗證的思想、方法，對完善零部件安全質(zhì)量的驗證體系有一定的指導(dǎo)意義。

2.2 其它國家零部件質(zhì)量管理存在的問題

2.2.1 法國在零部件質(zhì)量管理中的問題及案例

法國作為核能利用大國，其核電技術(shù)和監(jiān)管體系是在美國的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。一直以來，法國電力集團(tuán)（Electricite De France，EDF）在核電廠零部件質(zhì)量管理方面更重視設(shè)計驗證，尤其重視零部件的設(shè)備鑒定，即零部件的設(shè)計參數(shù)對相應(yīng)工況和環(huán)境條件的適應(yīng)性，但對制造環(huán)節(jié)每批次或每個零部件個體的驗證相對缺乏。這就導(dǎo)致了近年來EDF反復(fù)出現(xiàn)反應(yīng)堆零部件質(zhì)量問題，典型的案例如下：

EDF重點項目弗拉曼維爾EPR反應(yīng)堆的容器封閉頭和容器底部的某些區(qū)域鋼材成分異常，部分蒸汽發(fā)生器焊縫的去張力熱處理不符合技術(shù)規(guī)格。經(jīng)法國監(jiān)管機(jī)構(gòu)審計，承包商生產(chǎn)過程存在違規(guī)行為，自1965年以來該承包商生產(chǎn)的約400個零部件的生產(chǎn)記錄文件存在不一致、修改、遺漏等問題，涉及零部件的制造參數(shù)和測試結(jié)果。在此問題暴露后，EDF不得不檢查其近三分之一的核反應(yīng)堆。這迫使EDF比原計劃進(jìn)行延遲了維護(hù)時間，減少了供電輸出。法國西部弗拉曼維爾正在建設(shè)的另一座新反應(yīng)堆也因施工延誤而受到損失。

2.2.2 韓國在零部件質(zhì)量管理中的問題及案例

韓國在核電站建設(shè)過程中，引入美國CGD的技術(shù)方法，但是韓國近10年來核電事故頻發(fā)，因零部件缺陷而突然停運(yùn)的事件共發(fā)生過128次。

以較近期為例，2013年5月，因使用不合格或偽劣零部件并造成韓國23臺在役核電機(jī)組中的10臺停機(jī)，由此導(dǎo)致韓國全國性的電力供應(yīng)緊張，并引發(fā)韓國民眾的普遍反感和不安。上述所涉及的劣質(zhì)零件包括電纜、斷路器、

保險絲、溫度開關(guān)、冷卻風(fēng)扇等在內(nèi)的共237種，涉及數(shù)量達(dá)7680件，在韓國古里核電站、新古里核電站、新月城核電站等多個電站都有采購使用。

2.2.3 日本在零部件質(zhì)量管理中的問題及案例

日本在近年來的核電建設(shè)中同樣存在零部件質(zhì)量的管理問題。2017年11月24日，三菱綜合材料株式會社旗下三菱電線工業(yè)、三菱伸銅和三菱鋁業(yè)3家子公司爆出造假問題，他們均存在產(chǎn)品檢查過程中篡改數(shù)據(jù)的行為。三菱電線工業(yè)自2015年4月至2017年9月修改出廠橡膠密封制品技術(shù)參數(shù)，目的是達(dá)到公司或客戶要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，部分問題產(chǎn)品被用在了飛機(jī)、艦船和汽車上。隨著內(nèi)部檢查的深入，發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)品流入了核電站。日本關(guān)西電力有限公司發(fā)現(xiàn)高濱核電站、大飯核電站的多個機(jī)組使用了三菱材料子公司提供的涉嫌數(shù)據(jù)造假的零部件，大飯核電站相關(guān)機(jī)組原定的重啟計劃因此事推遲兩個月。

綜合上述案例，各國針對零部件的質(zhì)量管理都存在不同程度的問題，對于核電站建設(shè)的批量零部件的關(guān)鍵參數(shù)控制不足，引發(fā)核電站出現(xiàn)停運(yùn)事件，或?qū)е潞穗娬窘ㄔO(shè)出現(xiàn)不同長度的延期。

3 國內(nèi)零部件質(zhì)量管理的現(xiàn)狀及改進(jìn)建議

3.1 國內(nèi)零部件質(zhì)量管理的現(xiàn)狀

3.1.1 法規(guī)對于零部件質(zhì)量管理的要求

中國的核電的零部件質(zhì)量管控，在法規(guī)HAF003《核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》、HAF102《核動力廠設(shè)計安全規(guī)定》以及配套的HAD導(dǎo)則中，對零部件、材料的管理均提出相關(guān)的要求，并注重全過程的質(zhì)量管控。

HAF102從設(shè)計角度明確要求，法規(guī)中明確規(guī)定：“核動力廠安全重要物項的設(shè)計必須使其能夠按照確定的流程進(jìn)行制造、建造、裝配和安裝，以保證滿足設(shè)計規(guī)范和所要求的安全水平。”其中，該物項是包含零部件的應(yīng)用。法規(guī)的第4章及第5章明確針對設(shè)計提出要求，需要識別安全重要物項，并根據(jù)功能和安全重要性進(jìn)行分級管理，形成對應(yīng)的驗收要求，并明確要求應(yīng)采用鑒定程序來確認(rèn)安全重要物項在其整個壽期內(nèi)的符合性[6]。

HAF003針對核電廠及核實施的質(zhì)量保證提出要求，第6章采購控制針對采購提出具體要求，配套導(dǎo)則HAD003/03針對核電廠及核實施的物項采購提出要求，適用于零部件采購的要求。法規(guī)及導(dǎo)則中針對供方評價、采購文件編制、買方驗證計劃編制、驗收活動等全過程均提出相應(yīng)的要求與指導(dǎo)，其中驗收活動包括源地驗證活動、收貨檢查以及按照供方合格證進(jìn)行驗收幾種方式，針對每種驗收方式均明確具體要求[7,8]。

綜上所述，中國的法規(guī)及導(dǎo)則對零部件的管理要求已經(jīng)明確相關(guān)要求，并不是新增要求。

3.1.2 監(jiān)管中發(fā)現(xiàn)的零部件管理問題

目前，中國核電監(jiān)管機(jī)構(gòu)是依據(jù)《民用核安全設(shè)備監(jiān)督管理條例》，針對《民用核安全設(shè)備目錄》下的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管，主要監(jiān)管對象是民用核安全設(shè)備的設(shè)計制造單位，針對其設(shè)計、制造活動進(jìn)行監(jiān)管。在對核安全級設(shè)備進(jìn)行細(xì)化管理過程中，針對制造單位采用的零部件明確質(zhì)量管理的要求并進(jìn)行監(jiān)管。在監(jiān)督過程中發(fā)現(xiàn)部分單位針對零部件的質(zhì)量控制還存在一些不足，見表2。

表2 核級設(shè)備制造商在零部件質(zhì)量管理方面的不足Table 2 Shortcomings of nuclear-grade equipment manufacturers in parts quality management

3.2 零部件質(zhì)量管理的改進(jìn)建議

國內(nèi)法規(guī)中，針對零部件的管理要求有明確的要求，但是各核級設(shè)備廠商在實施零部件質(zhì)量管控工作時還存在一定的問題。結(jié)合中國的國情，基于上述的調(diào)查及分析，針對于國內(nèi)核電零部件質(zhì)量管理的體系提出以下建議：

基于國內(nèi)法規(guī)要求貫徹零部件質(zhì)量驗證要求。目前國內(nèi)的法規(guī)針對零部件的管理要求已經(jīng)明確，零部件質(zhì)量驗證并不是新增的要求，各核級設(shè)備制造商需要在原有核質(zhì)保體系基礎(chǔ)上，補(bǔ)充、完善設(shè)計控制和采購控制措施，通過質(zhì)保體系的有效實施，確保零部件質(zhì)量驗證活動的規(guī)范性及零部件質(zhì)量。

逐步穩(wěn)妥推進(jìn)國內(nèi)核電廠零部件材料質(zhì)量數(shù)據(jù)庫建設(shè)。美國CGD技術(shù)方法很重要的一項工作就是美國核設(shè)施采購委員會組織對核電零部件形成的運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫為各業(yè)主對零部件的選型及質(zhì)量控制提供重要的參考。國內(nèi)要完善對于零部件的質(zhì)量管控體系，同樣需要建立完善零部件的質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，同時可在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立零部件供應(yīng)商的誠信體系。

建立核電廠備品備件質(zhì)量控制活動的技術(shù)支撐體系。國內(nèi)的核電發(fā)展要從大集中建設(shè)轉(zhuǎn)向批量化的運(yùn)維階段，對于老化零部件的替換及停車零部件的替代的需求將與日俱增，對于備品備件的質(zhì)量管控體系需要結(jié)合運(yùn)維機(jī)組的需求特點，基于新建機(jī)組的零部件管理實施經(jīng)驗進(jìn)行建立。

4 結(jié)論

本文主要針對國外各國在零部件質(zhì)量管控方法及實施上的問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合國內(nèi)的零部件質(zhì)量管理現(xiàn)狀，對國內(nèi)零部件質(zhì)量驗證體系的完善，從零部件補(bǔ)充、完善設(shè)計控制和采購控制措施，零部件數(shù)據(jù)庫建設(shè)，零部件的備品備件質(zhì)量管控等方面提出改進(jìn)建議，對于在國內(nèi)HAF003核質(zhì)保體系框架下，將零部件的質(zhì)量驗證真正做到位，減少對核電機(jī)組的安全運(yùn)行影響，發(fā)揮了更好的質(zhì)量管控作用。