美国核电厂执照更新体系及方法研究

刘文静　谢峰　李朋　韩勇　刘飞洋

【摘 要】我国第一批核电厂运行至今，已超过20年。世界上其他国家普遍会对运行执照将要到期的核电厂进行安全评估，进而延寿。美国作为发展核电最早的国家之一，其核电技术、法规体系被广泛借鉴。本文主要研究美国核电厂执照更体系，为我国未来核电厂老化管理及延寿提供参考。

【关键词】核电厂；执照更新；整体评价；老化管理

0 引言

核电站的设计寿命一般为40年（秦山一期为30年），我国第一批建设的秦山一期、大亚湾核电站等，至今已运行20余年，超过了设计寿命的一半。世界上已有为数不少的核电站运行寿命达到或者超过了40年，其运行经验表明，在到达40年的设计寿命之后，部分核电站技术上仍可安全运行。为了获得更好的经济效益，经过延寿评估，在保证核安全的前提下，实现核电厂延寿成为普遍的选择。目前，国际上主要有两种延寿评价体系，分别是美国执照更新体系和IAEA长期运行体系，其中后者也在逐渐向着前者靠近。我国尚在研究建立延寿评估体系，美国的执照更新体系具有重要的参考价值。核电厂许可证持有者一般在设计寿命到期前5年以上，向本国核安全监管部门递交延寿申请。其中，申请的主要依据之一便是电厂整体评估（IPA，Integrated Plant

Assessment）。本文主要介绍美国执照更新体系中的电厂整体评估方法。

1 美国执照更新文件体系

1.1 执照更新文件体系（图1）

除美国《原子能法》外，美国的执照更新文件体系从上到下分为3个层次：

1）联邦法规（CFR），包括10CFR51-环境保护法规，和10CFR54-核电厂运行执照更新要求。法规逻辑严谨，指导性强，但可操作性比较差，需要导则和美国核管会技术文件支撑。

2）管理导则文件（RG），包括RG1.188-申请核电厂运行执照更新的标准格式和内容，RG4.2补遗1-申请核电厂运行执照更新的环境报告补遗1，NEI95-10-执行10CFR54执照更新要求的工业导则。导则文件与其它工业标准有良好的接口，构成完整的标准体系。

3）美国核管会技术文件（NUREG），包括NUREG1800-核电厂运行执照更新标准审查大纲，NUREG1801-核电厂老化管理通用经验（GALL）报告，NUREG1555补遗1-核电厂环境评估标准审查大纲补遗1等。技术文件具有表格化结构，可操作性强。

1.2 执照更新申请的内容

按照10CFR54的要求，核电厂运行执照持有者应当在执照到期前5-20年，向核管会递交执照更新申请。执照更新申请的内容如图2所示，其中电站整体评价是技术资料的一部分。

2 电厂整体评估的含义

2.1 定义

电厂整体评估是指为了证明核电厂延寿期间仍能达到可接受的安全水平，申请人进行的评估活动。证明申请人对CFR54.21所要求进行老化管理审查的核电厂设施的系统、构筑物和部件（SSCs）进行了识别，并且影响它们功能的老化效应得到了有效管理，满足当前执照基础。

2.2 评估对象

电厂整体评估包含的系统、设备和部件在CFR54.4中规定，即执照更新范围内的SSCs，包括：

1）安全级系统、设备和部件，即在设计基准事故中和事故后维持下述功能的系统、设备和部件。

（1）反应堆冷却剂回路完整性；

（2）停堆及保持安全停堆状态；

（3）阻止事故导致潜在厂外辐射的或缓解其导致的后果（参照CFR50.34（a）（1），CFR50.67（b）（2）或CFR100.11）。

2）失效时会阻碍上述功能的非安全级设备。

3）在安全分析、电厂评估中涉及的，执行10CFR50.48《消防》、10CFR50.49《环境鉴定》、10CFR50.61《承压热冲击》、10CFR50.62《未紧急停堆的预期瞬态》、10CFR50.63《全厂交流电源丧失》要求的相关功能的所有系统、构筑物和部件。

2.3 评估内容

电厂整体评估包括：

1）对于评估对象中的系统、构筑物和部件，识别并列出纳入老化管理审查的构筑物和部件。

（1）评估对象中执行特定功能，而不移动部件或改变结构或性能，即定义为非能动。这些构筑物和部件包括但不限于：压力容器、反应堆冷却剂系统压力边界、蒸汽发生器、稳压器、管道、泵体、阀体、堆芯围筒、组件支撑、承压边界、热交换器、通风管道、安全壳、安全壳衬里、电气和机械贯穿件、设备外壳、抗震I类构筑物、电缆和连接件、电缆桥架。不包括（但不限于）泵（除泵体）、阀（除阀体）、电动机、柴油发电机、空气压缩机、减震器、控制棒驱动机构、通风管消音器、压力变送器、压力指示计、水位指示计、开关柜、冷却风扇、晶体管、电池、断路器、继电器、开关、逆变器、电路板、充电器、电源。

（2）不根据鉴定寿命或规定的周期更换，即通常说的长寿命，需要注意的是长寿命并不是指设备寿命的长。

2）对于1）中所用的方法进行描述和论证。

3）对于1）中识别出的每个构筑物和部件，证明其老化效应得到了充分的管理，在延寿期间，能够按照当前的执照标准执行其功能。

2.4 评估步骤

根据上述规定，电厂整体评估的步骤可简述（如图3）：

3 实施电厂整体评估

3.1 确定评估范围

根据10CFR54可知，电厂整体评估包括识别筛选和老化分析及管理。核电厂内具有数百个系统，数十万构筑物和部件，一一进行电厂整体评估，既不现实也无必要。因此，需要按照10CFR54.21的要求，筛选出需要进一步老化分析和管理的目标。为了实施电厂整体评估，需参照NEI95-10等导则文件和NUREG等技术文件，在电厂整体评估之前，进行执照更新范围内的SSCs筛选。

执照更新范围内的SSCs筛选：

根据10CFR54.4可知，执照更新范围内的SSCs归纳起来包括3类：安全级、非安全级但会影响安全功能的、有特殊要求的。前两类筛选可以同时进行，有特殊要求的筛选另行考虑。筛选可以是系统级的，也可以时构筑物或部件级的。采用多种方法进行筛选可以使工作更加高效、快捷。例如，机械系统更适合采用以系统为基础的筛选方法，而电气系统更适合采用部件级的筛选方法。NIE95-10给出了范围筛选的一般流程（如图4）：

相关的设备、安全分级信息可以从表1中列出的文件中获得：

在筛选过程中，应当记录如下信息：

1）符合10CFR54.4（a）的SSCs的名称；

2）执行10CFR54.4（b）中规定的功能；

3）所采用的信息源，以及使用这些信息源时需要澄清的内容。

以电气系统为例，可以根据核岛的电气系统配置接线图筛选出安全级的电气设备。例如，LHA、LHB、LLA、LLB、LLC、LLD、LLE、LLG、LLI、LLJ、LLN、LLO、LLW等系统相关的变压器、配电柜、电缆、贯穿件等设备，均为安全级电气设备。据此，可以筛选出一份安全及电气设备的清单，并记录上述信息，作为范围筛选的成果。

3.2 对象筛选

对象筛选是在范围筛选的基础上，进一步识别需要进行老化管理审查的SSCs，以及其预期功能。按照10CFR54.21a（1）（i）和a（1）（ii）要求的内容进行筛选。也即筛选出非能动、长寿命的SSCs，并描述筛选的方法。之所以选取非能动、长寿命的SSCs为筛选对象，是因为核电厂的设计通常有较大的安全裕量，在初始运行阶段的运行方式偏保守，且当时难以对SSCs的状况进行评估。对于鉴定过的设备，可以通过时限老化分析来完成评估。其他易损的、周期性更换的耗材、设备等，则是靠日常的维修体系来保证其有效，不需要再进行老化评估。筛选可以使用电厂的设备管理数据库、管道图、仪表图、电气接线图等进行审查。筛选出的结果将列入老化管理审查（AMR）（图5）。

典型的非能动电气设备包括电缆、电缆连接件、母线、电气贯穿件等，可参考本文2.31）给出的清单及进行筛选。例如，将上述LH*、LL*系统的所有这类设备列为对象筛选的结果。

3.3 识别需要管理的老化效应

将对象筛选结果分别加以分析，根据其执行的功能、工作环境、材料、结构、运行经验、试验等。识别并分析其老化效应。（下转第27页）（上接第18页）论证分3步：第1步，明确SSCs如何执行其预定的功能；第2步，识别需要进行管理的老化效应；第3步，识别适用的电厂大纲并对其管理老化效应的有效性进行审查。如果现有大纲满足要求，则满足当前安全基准的要求，否则需要对老化管理大纲进行补充。

3.4 证明老化效应得到有效管理

一般而言，老化管理大纲包括4种类型：预防性大纲、缓解性大纲、状态监测大纲以及性能监测大纲。NUREG-1801的第10章和第11章对老化管理大纲的10要素分别进行了描述，在AMR过程中，须对AMP进行审查，以确认AMP与大纲10要素的一致性。

3.5 运行经验审查

审查行业或电厂特定的运行经验来确定工业导则（如EPRI）尚未识别但需要管理的老化效应，以及证明老化管理大纲的有效性。

3.6 记录电厂总体评估结果

3.6.1 记录已确定的需进行老化管理审查SSCs

需记录和保留的信息包括：

1）确定和列出需进行老化管理审查的SSCs及其预期功能；

2）对需进行老化管理审查的SSCs的筛选方法进行说明，并证明其合理性；

3）提供并列出上述工作所依据的信息来源、以及证明其有效使用的相关信息。

3.6.2 记录老化管理审查结果

申请人记录的信息应包括：

1）确定需管理老化效应的相关信息；

2）针对每个SSCs，确定管理老化效应的具体大纲或活动的相关信息；

3）大纲或活动如何管理老化效应的描述信息；

4）做出老化管理审查决定的讨论过程信息；

5）可依据的参考文件和源文件列表；

6）用来应用和解释源文件假设条件的讨论信息；

7）执照更新中在役检查大纲的描述信息。

4 总结

1）电站整体评价是执照更新的主要组成部分之一；

2）电站整体评价是以“非能动、长寿命”为标准对执照更新范围内的系统、构筑物和部件进行筛选，并证明或补充其老化管理的过程，而并不关注那些已经纳入日常运行维修的设备；

3）电站整体评价主要包含非能动长寿命筛选、识别老化效应、证明老化效应得到有效管理，运行经验审查、记录评估结果等步骤。

【参考文献】

[1]10CFR54，核电厂执照更新要求[S].

[2]NEI95-10，执行10CFR54执照更新要求的工业导则[S].

[3]NUREGE1800，核电厂运行执照更新标准审查大纲[S].

[责任编辑：王楠]