资讯中心

数据共享

试验资源

信息资源

防护技术

核电厂腐蚀控制工程全生命周期标准体系理论研究、示范应用、战略规划及其国际标准化

2019-01-09 12:05:54
作者:高玉柱
来源:苏州热工研究院有限公司

核电通常被喻为清洁能源,以对环境影响小核安全着称。根据我国出台的“能源发展战略行动计划2014~2020”到2020年,传统实话能源占比将下降至68%,而清洁能源占比将从19%升至32%,其中核电占比将从2015年的3%升至5%。

    1 关于核电

 

    1.1 核电的发展

 

    核电通常被喻为清洁能源,以对环境影响小核安全着称。根据我国出台的“能源发展战略行动计划2014~2020”到2020年,传统实话能源占比将下降至68%,而清洁能源占比将从19%升至32%,其中核电占比将从2015年的3%升至5%。根据IAEA统计,2015年全球核电发电量为24410亿千瓦时,其中美国和法国远高于其他国家。美国核发电量占比18.55%、法国73.67%、我国仅占2.77%。截至2016年,我国投入商业运行的核电机组共34座、美国100座、法国58座。按照现在的发展速度,我国核电机组数量将在2020年超过法国,2025年超过美国。


    我国自1994年相继投运自主设计的秦山一期和引进法国的大亚湾核电机组至今,核电事业经历了三十余年的发展,已经完全掌握第二代核电技术,正在全面建设最先进的美国AP1000、法国EPR和我国华龙一号的三代核电机组,第四代的我国高温气冷堆技术机组也即将在山东荣成建成。


    1.2 核电的优与劣

 

    有利就有弊,核电一直在其优与劣的矛盾中的发展,其优势在于:①核电的环保性-核电是清洁能源,对大气环境影响小,不会产生加重地球温室效应的二氧化碳;②消耗资源少-核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍。百万千瓦的发电机组,核电站一年仅需补充30吨核燃料而火电厂却要消耗300万吨原煤;然而,其以下劣势更是难以回避:①热污染较严重,核能发电厂热效率较低,比一般化石燃料电厂排放更多废热;②核废料处置成本大,技术要求高-核废料具有极强烈的放射性,能伤害人类和环境,而且其半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年。所以如何安全、永久地处理核废料是科学家们一个重大的课题。安全、永久地处理核废料需要;③核电站退役和乏燃料处理-核电站退役包括移走放射性物质、拆卸设备和厂房、清理长治等过程,最终达到无限制开放和使用厂址,保护公众和环境。


    1.3 核电厂的生命周期

 

    核电厂的生命周期包括设计理念、设备制造、设备鉴定、建造调试、营运管理、检查维修、执照取证、延寿模式、退役模式等阶段,国际原子能机构2009年颁布的“核电厂老化管理核安全导则(NSG-2.12)”为依据,梳理了核电厂从设计、建造、调试、运行、延寿、退役的全生命周期各阶段需要的老化管理工作,分析了各阶段工作承上启下的内在联系,对于促进核电厂核安全水平的全面提高,以及对积极发展中的核电行业安全稳定可持续发展的重要意义。这其中包含了腐蚀管理和控制的相关原则,为进一步明确腐蚀管理、实施有效的控制明确了方向。


    2 关于核安全


    2.1 核事故

 

    众所周知,人类利用核能的六十多年间,发生过三起重大核事故:1979年美国三里岛核事故、1986年苏联切尔诺贝利核事故以及2011年日本福岛核事故。与一般事故不同,核事故危害大,影响大,对社会震动也大。这些核事故都导致了严重的后果,主要表现在以下几个方面:一是对从业人员和公众健康损害大,切尔诺贝利核事故直接导致数十人死亡,并导致大量人员受到不同剂量的放射性照射,这些人的健康受到严重的影响;二是环境影响特别严重,切尔诺贝利核事故造成大范围的环境污染,释放的放射性物质扩散到整个欧洲甚至影响到整个北半球,核电厂周围二十公里的土地至今不能恢复利用;福岛核事故导致日本以东及东南太平洋海域受到严重影响。2013年日本环境省公布的数据显示,在福岛县河流、胡伯和海域采集的鱼类和昆虫类样本体内的放射性核素超标100多倍,在日本海沟7260m深的海泥样本中也检测出放射性核素;三是经济损失巨大,切尔诺贝利核事故造成的损失多达数百亿美元;福岛预计千亿美元;四是造成社会恐慌,福岛核事故造成日本民众抢购,各国对来自日本的货物和人员采取了限制和检测措施,东京还发生了大规模反核游行。


    综上所述,核安全关乎核能事业的发展、从业人员公众健康与安全、环境安全和社会稳定。因此,必须在确保安全前提下发展核能。


    2.2 核安全

 

    2.2.1 核安全方针和原则

 

    2018年1月1日实施的《中华人民共和国核安全法》提出了从事核事业必须遵循确保安全的方针和核安全工作必须坚持安全第一、预防为主、责任明确、严格管理、纵深防御、独立监管、全面保障的七项原则。该方针和原则贯穿于核设施、核材料及相关放射性废物采取充分的防预、保护、缓解和监管等安全措施,防止由于技术原因、人为原因或者自然灾害造成核事故,最大限度减轻核事故情况下的放射性后果的包括核设施选址、设计、建造、运行和退役等活动,为核设施提供核安全设备的设计、制造、安装和无损检测服务等。基于此,建立理性、协调、并进的核安全观,认真落实“四个并重”:发展与安全并重、权利与义务并重、自主和协作并重、治标和治本并重,全面推进核安全。


    为了贯彻安全第一、预防为主、责任明确、严格管理、纵深防御、独立监管、全面保障的七项方针原则,建立正确的核安全观,落实“四个并重”,核设施营运单位和尾气提供设备、工程以及服务等的单位应当积极培育和建设核安全文化,将核安全文化融入生产、经营、科研和管理的各个环节。


    2.2.2 核安全标准

 

    坚持从高从严建立核安全标准体系,对具体的核能开发利用行为、设备、系统等制定应该满足的技术指标和规范,作为核安全法律法规贯彻实施的重要手段和技术支撑。《核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020年远景目标》明确指出:


    “坚持法制,严格监管。完善核安全法规标准体系,与国际先进水平保持一致。”《核安全与放射性污染防治“十三五”规划及2025年远景目标》提出:“推进核安全标准系统化,加强核安全标准顶层设计和管理,建立核与辐射安全标准体系,加快制修订一批核安全标准,强化核安全标准立项审查,提高标准与法规的衔接性。


    核安全标准包括专门的核安全标准和涉及核安全及对核安全有影响的相关技术标准。目前我国缺乏统一的核安全标准体系,核安全监管部门陆续制定发布了一系列核安全规章和导则(HAF,HAD),并制定了部分与核安全有关的技术标准,但缺乏专门的核安全标准[2,3]。我国的核电项目主要是参考美国、法国、俄罗斯等国家和国际原子能机构的技术标准,核电设备制造企业在生产中面临多标准技术路线的问题,安全法明确要加强核安全标准体系建设。与核安全相关的标准包括以下四方面:一是放射性污染防治标准;二是放射性物品运输安全标准;三是核安全技术标准;四是民用核安全设备标准。民用核安全设备标准是从事民用核安全设备设计、制造、安装和无损检验活动的技术依据,包括国家标准、行业标准和企业标准。


    国家坚持从高从严建立核安全标准体系。核安全不同于一般的安全工作,要求必须更高更严,确保万无一失,绝对安全。因此,在制定核安全标准时,在可得的技术条件下设定各种技术指标和参数,在多种方案可选的情况下,从高不从低,在管理规程的设计方面从严不从宽。


    2.2.3 与腐蚀相关的标准要求

 

    腐蚀是材料三大失效模式(腐蚀/断裂/磨损)之一,在众多材料失效原因中,由于腐蚀导致失效的比例超过50%。据调查显示,1998年全年,美国所有核电厂因腐蚀造成的经济损失高达42亿美元,因腐蚀造成的停产或强迫大修损失高达6.7亿美元,远远大于其他类型的发电方式。核电站的腐蚀问题一方面给电站带来巨额的经济损失;另一方面,严重的腐蚀事故也会影响到核电站的安全、可靠运行。


    从上世纪60年代至今,在运核电站发生了大量严重腐蚀事件,这些事件已经成为严重危害核电站安全和可靠运行的重要因素。


    国家核安全局颁布的核安全导则HAD 103/11 核动力厂定期安全审查规定第一次定期安全审查应在核动力厂开始运行后大约第十年时进行,以后每十年一次,直至运行终了。其中核动力厂安全要素主要包括:核动力厂设计;构筑物、系统和部件的实际状态、设备和各鉴定、老化。


    国家核安全局颁布的核安全导则HAD 103/12 核动力厂老化管理 指出构筑物、系统和部件老化的有效管理是核动力厂安全、可靠运行的一个重要因素。规定了核动力厂寿期内的设计、建造、调试、运行(包括延寿和长期停堆)和退役各阶段都应考虑的老化管理。要求采用系统化的方法协调所有相关的大纲和活动,包括认知、控制、监测以及缓解。


    3 核电厂腐蚀控制工程标准体系

 

    3.1 总目标

 

    以安全第一、质量第一为纲,开展核电厂腐蚀控制工程生命周期全要素影响因子理论研究;结合GB/T 33314-2016《腐蚀控制工程生命周期 通用要求》结合ISO/TC156 SC1 国际标准化组织金属及合金的腐蚀技术委员会腐蚀控制工程全生命周期分委员会制定ISO标准的规划,开展国内外核电厂腐蚀管理与控制示范应用研究;对二代、二代+、三代核电系统有关的腐蚀现状及控制技术标准进行深度调研,研究确定国家和国际标准体系;优化腐蚀管理方案和腐蚀控制技术;提高核电厂的安全生产能力及服役寿命。


    目前我国拥有二代、二代+、三代核电乃至四代核电机组,类型全、发展快、潜力大,处于设计、建造、调试、运行阶段,最早运行的机组已进入延寿取证准备期,通过大数据积累和系统性研究,上述总目标必将实现。


    3.2 具体目标

 

    3.2.1 理论研究

 

    在全面解读GB/T 33314-2016《腐蚀控制工程生命周期 通用要求》的基础上[4],已制定并通过审查GB/T XXXXX-20XX核电厂腐蚀控制工程全生命周期通用要求,该标准主要针对核电厂核岛腐蚀问题包括:应力腐蚀、辐照应力腐蚀,腐蚀疲劳、锆合金燃料包壳高温水腐蚀、蒸汽发生器传热管的腐蚀、硼酸腐蚀等;常规岛包括:应力腐蚀,腐蚀疲劳,磨蚀,冲刷腐蚀和流动加速腐蚀等;电站配套设施(BOP)部分包括:海水、淡水、土壤、大气、混凝土、微生物环境腐蚀等的腐蚀控制工程规定了贯穿于整个核电厂生命周期过程,对其腐蚀控制工程全生命周期内的目标、腐蚀源、材料、技术、开发、设计、制造、施工与安装、装卸贮存和运输、调试、验收、运行、测试检验、维护保养、维修、延寿、报废、文件和记录、资源、评估等要素做出规定,以满足整体性、系统性、相互协调优化性的原则,实现安全、经济、绿色环保和长生命周期运行的目标。


    参照有关国际组织(如IAEA,EPRI)发表的结果,分别对核岛、常规岛、以及BOP部分在海水、淡水、土壤、混凝土环境中的腐蚀现状及控制技术进行深度的研究。


    参照有关国际组织(如IAEA,ASME)有关材料性能标准的先例,在调试,运行、测试检验、维护保养、维修、延寿等环节,建立适合于腐蚀控制工程全生命周期化管理的规则。


    已编制完成GB/T XXXXX-20XX 核电厂腐蚀控制工程生命周期 通用要求国家标准。


    拟申报制定GB/T XXXXX-20XX 核电厂腐蚀控制工程生命周期风险管理国家标准。


    通过以上研究明确核电厂全寿期腐蚀管理各阶段需要开展的工作、各系统主要腐蚀机理及其敏感部位、核电厂腐蚀控制工程生命周期通用要求。


    3.2.2 示范应用

 

    以华龙一号为示范电厂,根据理论的研究成果,应用到以下材料、构件和系统:


    核岛:应力腐蚀SCC、IASCC、腐蚀疲劳、锆合金燃料包壳高温水腐蚀、蒸汽发生器传热管的腐蚀、硼酸腐蚀的管理与控制。


    常规岛:应力腐蚀SCC、腐蚀疲劳、磨蚀、冲刷腐蚀和流动加速腐蚀的管理与控制。


    BOP部分:海水、淡水、土壤、大气、混凝土、微生物环境腐蚀管理与控制。


    从全生命周期管理角度,对上述腐蚀控制工程案例实施应用和风险管理。


    3.2.3 标准化研究

 

    利用不同的质量技术工具,对核电厂的腐蚀控制工程进行全生命周期化管理,对与质量核安全相关的各个要素进行重点控制,并进行合理的分析、评估、评价和持续改进,同时制定适用于核电站的各项腐蚀控制工程的全生命周期各个要素的详细化、具体化国家标准,最终完成管理和技术衔接的文件、标准体系规划。


    (1)原则

 

    核电厂腐蚀控制工程全生命周期通用要求应贯穿于整个核电厂腐蚀控制工程全生命周期过程,对核电厂腐蚀控制工程全生命周期内的目标、腐蚀源、材料、技术、开发、设计、制造、施工与安装、装卸贮存和运输、调试、验收、运行、测试检验、维护保养、维修、延寿、报废、文件和记录、资源、评估等要素做出规定,满足整体性、系统性、相互协调优化性的原则,实现安全、经济、绿色环保和长生命周期运行的目标。


    核电厂腐蚀控制工程全生命周期的通用要求的实施,应以各要素为对象,制定或选用相应的具体技术标准和规范。


    在核电厂腐蚀控制工程全生命周期内,应针对计划、实施、检查、行动等过程,建立管理体系,并有效执行和持续改进,以实现对腐蚀过程的整体控制,应符合GB/T 33314-2016第4章的要求。


    在核电厂腐蚀控制工程全生命周期内,必须按照HAF 003的规定制定和有效实施质量保证大纲;

 

    (2)目标

 

    应确保核电主体工程生命周期内各腐蚀控制工程之间实现相互协调优化性,核电厂腐蚀控制工程应确保整体工程生命周期内各要素实现整体性、系统性、相互协调优化性,实施纵深防御,使腐蚀得到有效控制,坚持安全第一、质量第一的原则,符合安全、经济、绿色环保和长生命周期运行的目标,保护人员、社会和环境免受放射性危害。


    核电厂腐蚀控制工程目标应分解落实到全生命周期内各要素中,符合安全、质量和环境要求。同时,在生命周期的各个环节中得以沟通、实施和保持,并对其持续适宜性进行评审和改进。


    相互协调和优化腐蚀控制工程全生命周期内的各要素,使腐蚀控制工程生命周期与被保护主体工程的生命周期相适应。可维修或更换的材料和设备的使用寿命可短于主体工程的生命周期;不可维修和更换的材料和设备使用寿命应与主体工程生命周期一致;

 

    (3)顶层标准

 

    以GB/T 33314-2016《腐蚀控制工程生命周期 通用要求》为向导,贯彻GB/T XXXXX-20XX 腐蚀控制工程生命周期 管理指南和GB/T XXXXX-20XX 腐蚀控制工程生命周期 风险评价的要求,建立核电厂顶层标准:GB/T XXXXX-20XX 核电厂腐蚀控制工程生命周期 通用要求和GB/T XXXXX-20XX 腐蚀控制工程生命周期 风险管理。


    (4)中层标准

 

    将核电厂分为核岛、常规岛、BOP部分以及乏燃料储存四部分在大气、水、土壤、混凝土四大环境体系的相关腐蚀控制工程的要求分章论述,分为以下四章:GB/T XXXXX.1核电厂全生命周期腐蚀控制通用要求 第1部分—核岛、GB/T XXXXX.2核电厂全生命周期腐蚀控制通用要求 第2部分—常规岛、GB/T XXXXX.3核电厂全生命周期腐蚀控制通用要求 第3部分—BOP、GB/T XXXXX.4核电厂全生命周期腐蚀控制通用要求 第4部分—乏燃料贮存;

 

    (5)基础标准

 

    基础标准主要分管理和技术两条路线。管理标准按工程全寿期的时间顺序,包含设计选材、生产制造、安装施工、调试接产、运行维护、大修、延寿和退役各个环节,并制定相应标准,满足电厂技术管理人员的需求。技术标准则主要针对机组核岛、常规岛、BOP部分以及乏燃料储存部分在大气、水、土壤、混凝土四大环境体系的相关腐蚀控制和监检测技术,为各大核电站防腐工程技术人员提供能解决现场实际问题的标准。


    4 全生命周期腐蚀管理与控制理念带来的新挑战

 

    可以预见,新标准的全面实施将对核电厂设计理念、设备制造、设备鉴定、建造调试、营运管理、检查维修、执照取证、延寿模式、退役模式等带来一系列新的挑战。在设备鉴定方面,第三代核电提出了更严格的要求,在正在修订中的设备鉴定国际标准中还引入了状态监测以及经鉴定的退化程度等概念,要求对经鉴定合格的设备在运行中继续加以监测,以根据实际状况对设备的合格性再确认,显着增加了设备鉴定活动的时间跨度和工作难度。应对这些挑战,可以使核电设计、建造、运营等的管理和技术水平上升到一个新的高度,有利于核电的健康发展。


    与传统的腐蚀管理理念相比,最大的不同是将腐蚀管理延伸到核电厂运行前的设计、制造、建设、调试等各阶段并充分考虑腐蚀控制工程本身生命周期的影响要素的管理。例如,将腐蚀管理作为最终安全分析报告的一个专题,要求在设计阶段就对潜在的腐蚀机理作深入研究,并将信息传递给制造方,由此可能从源头上保证建成的核电厂从一开始就处于健康、稳健、优质的状态,为将来长久安全、稳定、经济地运行,乃至延寿运行创造好的先天条件。


    5 结论

 

    (1)开展核电厂全生命周期的腐蚀管理与控制研究并与腐蚀控制工程全生命周期通用要求相结合,将有机会对大量新建核电厂按新的要求开展设计、建造、调试和运行活动,为新建核电厂从一开始就处于健康、稳健、优质的状态创造条件,进而为其长期安全、稳定、经济地运行提供好的基础,对核电行业长期安全可持续发展具有重要意义;

 

    (2)核电厂全生命周期的腐蚀管理与控制将传统的基于运行的执行腐蚀大纲的腐蚀管理扩展到设计、建造、调试和退役各个阶段。这一新理念将对核电厂设计、设备制造、设备鉴定、建造调试、营运管理、检查维修、执照取证、延寿模式、退役模式等带来一系列新的挑战,对核电厂全生命周期内的各主要活动注入新的内涵。

 

 

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态,我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org


责任编辑:王元


《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系:编辑部
电话:010-62313558-806
邮箱:
fsfhzy666@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群:140808414

标签: 核电厂, 腐蚀控制工程, 生命周期, 标准体系

腐蚀与防护网官方微信

官方微信

新闻 天天有料
分享到: