1 背景介紹

      田灣核電站采用俄羅斯V-428型壓水堆核電機(jī)組設(shè)計(jì)，一期建設(shè)2座100萬千瓦核電機(jī)組。

      根據(jù)中、俄兩國協(xié)議，田灣一期的主要設(shè)備都由俄羅斯設(shè)計(jì)、制造并供貨，但數(shù)字化儀控設(shè)計(jì)和部分機(jī)械設(shè)備（穩(wěn)壓器安全閥、安全殼隔離閥、設(shè)冷水系統(tǒng)板式熱交換器等）由俄羅斯提供設(shè)備技術(shù)規(guī)格書，業(yè)主組織進(jìn)行第三國采購。

      由于俄方提交的設(shè)備技術(shù)規(guī)格書中只采用俄羅斯的核電規(guī)范，且設(shè)備的級別為俄羅斯級別，而第三國供貨商大都采用美國ASME規(guī)范或法國RCC-M規(guī)范，這樣在第三國采購合同談判中出現(xiàn)了設(shè)備級別的轉(zhuǎn)化問題。由于不同規(guī)范系列無法完全等同，經(jīng)中、俄和第三國供貨商閥門專家的共同商談，決定按照設(shè)備執(zhí)行功能轉(zhuǎn)化成ASME或RCC-M相應(yīng)規(guī)范級別，同時(shí)要求供貨商遵照俄規(guī)范要求修訂一些制造、檢驗(yàn)要求，保證不低于俄規(guī)范要求，使合同得以簽訂。但后來俄方又提出“俄2級閥門相當(dāng)于ASME 1級閥門”，并要求修改合同，*終業(yè)主經(jīng)篩選將部分2級閥門升為1級。

      對于俄方結(jié)論，以下問題仍需探討：

      （1）俄2級閥門與ASME1級閥門是否確實(shí)完全相當(dāng)；
      （2）俄、美兩個(gè)規(guī)范體系在核電閥門的材料、設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢驗(yàn)及試驗(yàn)方面的技術(shù)要求是否存在差異，存在哪些主要差異。

      本文嘗試將兩個(gè)規(guī)范對核電閥門的技術(shù)要求進(jìn)行對比，并考慮到俄羅斯1級、2級設(shè)備的規(guī)范技術(shù)要求幾乎完全一樣，以及俄核電站實(shí)際設(shè)計(jì)沒有1級閥門，故選擇針對俄2級閥門與ASME 1級閥門的主要技術(shù)要求差異進(jìn)行對比論述，希望為以上問題找到一個(gè)合理正確的答案和一些可以操作執(zhí)行的建議，以期對未來與俄羅斯合作的核領(lǐng)域項(xiàng)目有所幫助。

      2 俄、美核電閥門所采用的主要規(guī)范

      俄、美對核電閥門要求所涉及的規(guī)范較多，限于篇幅，這里不一一列出，以下只對通常不太熟悉的俄核電閥門所涉及的主要規(guī)范，進(jìn)行簡要描述。

      2.1俄羅斯核電閥門所采用的主要規(guī)范

      （1）核電站安全保障總則（O∏Б-88/97，∏HAЭΓ-01-011-97簡稱“O∏Б-88”）。是俄標(biāo)中層次的核電標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于我國的HAF102，是必須遵照執(zhí)行的法規(guī)。該法規(guī)對俄核動力廠安全保障的基本原則、系統(tǒng)和部件分級（根據(jù)部件對安全的影響分為1、2、3、4級）、核動力廠及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的基本安全原則，以及核動力廠運(yùn)行安全保障作出了相應(yīng)規(guī)定；

      （2）核動力裝置設(shè)備和管道的設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)范（∏HAЭΓ-7-008-89，簡稱“008設(shè)備設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)范”）。是俄羅斯核安全監(jiān)督當(dāng)局為各種類型反應(yīng)堆（包括壓水堆、石墨堆、鈉冷卻劑快堆等）核動力廠（包括核電廠、核供熱廠、核熱電廠等）設(shè)備和管道的設(shè)置及運(yùn)行（但不包括退役）規(guī)定的總管理要求，它實(shí)際上包括了設(shè)備和管道（不是全部設(shè)備和管道，如閥門、包容系統(tǒng)部件和控制棒執(zhí)行機(jī)構(gòu)等另有專門規(guī)范作出相應(yīng)規(guī)定）在設(shè)計(jì)、制造和安裝方面的總要求，但某些專業(yè)性比較強(qiáng)的部分，如強(qiáng)度計(jì)算、焊接材料和焊縫的檢驗(yàn)等，另行設(shè)置專門規(guī)范，而在本規(guī)范中只提原則要求。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)設(shè)備和管道所在系統(tǒng)對核動力裝置安全的影響程度，將核動力廠的設(shè)備和管道劃分為質(zhì)量A、B、C三類（類似ASME或RCC-M 的規(guī)范級），按“O∏Б-88”的分級原則，它們分別屬于安全1、2、3級；

      （3）核電站設(shè)備和管道閥門的通用技術(shù)要求（OTT-87，簡稱“OTT-87”）。是俄制定核電閥門設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)要求的主要文件，它是俄羅斯國家核安全局在1991.9.11對1987.9.4版本修改后批準(zhǔn)的，該文件是閥門設(shè)計(jì)和制造必須遵守的；

      （4）核動力裝置設(shè)備和管道的強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)（∏HAЭΓ-7-002-86，簡稱“002強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)”）。該規(guī)范包括正文部分和推薦性附錄兩部分，適用于載熱劑溫度不高于600℃的核動力廠設(shè)備和管道的強(qiáng)度評定。正文部分包括基本尺寸選擇計(jì)算、靜態(tài)強(qiáng)度計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算、疲勞強(qiáng)度計(jì)算、抗脆性破壞計(jì)算、持久疲勞強(qiáng)度計(jì)算、持久靜強(qiáng)度計(jì)算、漸進(jìn)性變形計(jì)算、地震作用計(jì)算和振動強(qiáng)度計(jì)算。附錄部分包括確定結(jié)構(gòu)材料機(jī)械性能的方法和確定強(qiáng)度特性的試驗(yàn)等；

      （5）核動力裝置設(shè)備和管道焊接與堆焊的基本規(guī)則（∏HAЭΓ-7-009-89，簡稱“009焊接基本規(guī)則”）。該規(guī)則規(guī)定了在核電廠設(shè)備和管道焊接中，各個(gè)工序應(yīng)遵循的準(zhǔn)則，包括焊接材料的選用、坡口的加工、定位焊、預(yù)熱、焊接、焊后熱處理、補(bǔ)焊、標(biāo)識等，可直接用于指導(dǎo)施工；

      （6）核動力裝置設(shè)備和管道焊接接頭及堆焊層的檢驗(yàn)規(guī)則（∏HAЭΓ-7-010-89）。

      2.2美國核電閥門所采用的主要規(guī)范

      （1）ASME第Ⅲ卷（核動力裝置設(shè)備建造規(guī)則，NB、NC、ND分卷）；
      （2）ASME第Ⅱ卷（材料）；
      （3）ASME第V卷（無損檢驗(yàn)）；
      （4）ASME第Ⅸ卷（焊接及釬焊資格）；
      （5）ANSI B16.34（法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門）；
      （6）ANSI B16.41（核電廠動力操作能動閥門裝置功能鑒定要求）；
      （7）IEEE-382（核電廠安全相關(guān)功能的動力操作閥門裝置用驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鑒定標(biāo)準(zhǔn)）；
      （8）SP-61（鋼閥液壓試驗(yàn)）；
      （9）ANSI/ANS51.1-83（固定式壓水堆核電廠安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則）；
      （10）IEEE-308-1980（核電廠1E級電力系統(tǒng)準(zhǔn)則）。

      3 俄2級閥門和ASME 1級閥門的主要技術(shù)要求對比

      3.1 總論

      俄規(guī)范OTT-87相當(dāng)于核電閥門的通用技術(shù)條件，是對俄核電閥門的分級、材料、焊接、制造、檢驗(yàn)、銘牌標(biāo)示、防腐和包裝等規(guī)定技術(shù)要求，以及對閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)定一系列要求的重要文件。在俄“008設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)范”中沒有對閥門作出太多具體要求，相反在1.1.8條、1.2.7條、4.1.4條、6.1.4條中援引了OTT-87對核電站閥門的要求，可以說OTT匯總構(gòu)成了美國ASME規(guī)范系列文件IEEE-382、ANSI B16.34、ANSI B16.41、SP-61所列出的閥門要求。

      在OTT-87中閥門的分級是根據(jù)“O∏Б-88”的安全分級1、2、3、4級和“008設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)范”中規(guī)定的質(zhì)量分級A、B、C類，以及閥門的設(shè)計(jì)壓力、閥門所處位置是否導(dǎo)致運(yùn)行人員接觸有害介質(zhì)、以及安裝或運(yùn)行后維修的可接近性作為劃分原則來確定的，分為1A、2B∏a、2B∏b、2BШa、2BШb、2BШc、3CШa、3CШb、3CШc等級別（詳見表1）。

      美國核電閥門的分級是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ANS51.1-83（固定式壓水堆核電廠安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則）分為安全1級、安全2級、安全3 級和非安全級， 電氣部件按IEEE-308-1980（核電廠1E級電力系統(tǒng)準(zhǔn)則）分為1E級和非1E級。

表1 俄羅斯核動力廠閥門的級和類（OTT-87）

      對比兩個(gè)規(guī)范體系的分級差異，首先是俄標(biāo)“O∏Б-88”的安全1級部件，它是指在安全系統(tǒng)投入后其故障仍要導(dǎo)致燃料元件破損超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的部件。這樣，按俄規(guī)范只有壓力容器和燃料組件為安全1級，按“008設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)范”分為A類，而包括反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主設(shè)備在內(nèi)的一些按美國標(biāo)準(zhǔn)屬于安全1級、規(guī)范1級的設(shè)備，按俄規(guī)范卻屬安全2級、質(zhì)量B類，這是俄、美兩個(gè)規(guī)范體系在對核電設(shè)備分級上的差異。關(guān)于俄安全分級、抗震分類與IAEA及中、美、法標(biāo)準(zhǔn)的對照，詳列在表2中。

      從表2可以看出，兩個(gè)規(guī)范體系在設(shè)備的抗震分類上也有異同，屬安全1、2級的部件都采用抗震I類，都能抗SSE地震，這是俄、美規(guī)范體系類同的地方。但俄部分安全3級部件卻采用抗震Ⅱ類要求，區(qū)別于美標(biāo)準(zhǔn)要求。

      另外，俄標(biāo)“O∏Б-88”和OTT-87沒有將電氣部件單獨(dú)分級，而是隨同其機(jī)械部件的等級分為4級，這與美國標(biāo)準(zhǔn)分為1E級和非1E級差異較大。

      根據(jù)俄標(biāo)“O∏Б-88”，允許電廠總設(shè)計(jì)師按總則要求對設(shè)備確定級別，例如蒸汽發(fā)生器、主泵、穩(wěn)壓器按俄規(guī)范為安全2級，質(zhì)量B類，而實(shí)際核電廠設(shè)計(jì)提高到安全1級，質(zhì)量A類（主管道仍為安全2級、質(zhì)量B類）。但對于閥門，按“O∏Б-88”沒有安全1級閥門，在俄核電站設(shè)計(jì)和建造中也沒有提高到1A級閥門，雖然在OTT-87分有1A級閥門（表1），但實(shí)際上2B級閥門為其別閥門。 

      但我們不能僅根據(jù)定義認(rèn)為俄別2B級閥門就與ASME別1級閥門等同，也不能簡單地說俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)文件的要求比美國的更“嚴(yán)格”，而應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件的每一個(gè)具體技術(shù)要求或條款去對比分析。

      3.2 在材料和半成品方面的要求對比

      由于俄、美兩個(gè)規(guī)范體系的材料牌號完全不同，所以很難在此對比。總的來說，俄OTT-87沒有對閥門材料和半成品提出太多具體要求，而是引用“008設(shè)備設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)范”。該規(guī)范在第3節(jié)對材料和半成品的要求也很原則，而ASME NB2000則對核1級設(shè)備材料及其檢驗(yàn)規(guī)定了操作性較強(qiáng)的具體要求。

      但ASME規(guī)范所缺乏的要求，需要引起重視。OTT-87對于主部件金屬和決定閥門工作能力的成套配件的金屬，直接制定了要求。在OTT-87的4.3條中規(guī)定：在部件與一回路冷卻劑接觸面積大于0.01m² 的不銹鋼閥門中，限制鉆含量為0.2%；而在ASME NB卷中沒有明確此要求；法國RCC-MB2430中有規(guī)定，在與一回路冷卻劑接觸面積小于1m² 的非承壓零件不檢驗(yàn)鈷含量，對于與一回路冷卻劑接觸面積大于1m²的非承壓零件，限制鉆含量為0.2%；這樣看來俄規(guī)范對鉆含量要求比ASME和RCC-M更嚴(yán)格。

      3.3 在設(shè)計(jì)方面的要求對比

      俄、美兩個(gè)規(guī)范體系在核電閥門的設(shè)計(jì)要求上基本是類同的，只是對俄規(guī)范體系來說，安全1、2、3級或質(zhì)量A、B、C類的部件在設(shè)計(jì)上的要求幾乎沒有區(qū)別，而美ASME Ⅲ中NB、NC、ND篇章分別對1、2、3級部件規(guī)定要求嚴(yán)格區(qū)分。

      通過具體對比，設(shè)計(jì)要求主要存在以下幾點(diǎn)區(qū)別：

      （1）超壓保護(hù)用安全閥的技術(shù)要求在兩個(gè)規(guī)范體系里都有專門章節(jié)論述。在俄“008設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)范”6.2條中，對安全閥的數(shù)量、通過能力和開閉的整定值，規(guī)定使被保護(hù)的設(shè)備和管道在閥動作的情況下壓力不超過工作壓力（要考慮設(shè)備和管道內(nèi)瞬態(tài)過程的動態(tài)以及安全閥動作時(shí)間和動態(tài)）的15%，這樣安全閥的開啟整定值應(yīng)不超過設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的115%，并規(guī)定在動作后，當(dāng)壓力達(dá)到不低于工作壓力的0.9倍時(shí)將安全閥關(guān)閉。但在ASMEⅢ NB7000中規(guī)定，安全閥總的釋放量應(yīng)足以能防止被保護(hù)系統(tǒng)承壓邊界內(nèi)任何設(shè)備的壓力高于設(shè)計(jì)壓力的10%以上，即安全閥的開啟整定值應(yīng)不超過設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的110%，并規(guī)定安全閥關(guān)閉的整定值不低于整定壓力的95%。安全閥的整定值要求實(shí)質(zhì)上屬于系統(tǒng)設(shè)計(jì)范疇，不是閥門本身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從俄、美兩國標(biāo)準(zhǔn)的要求和實(shí)際電廠的設(shè)計(jì)來看，對于被保護(hù)的設(shè)備和管道，若按不超過110%設(shè)計(jì)壓力考慮應(yīng)力限值，則ASME規(guī)范的整定值要求是偏于安全的。另外ASMEⅢ NB7512還對安全閥整定壓力的正負(fù)容差作了嚴(yán)格的要求，范圍為3%；而俄規(guī)范在OTT-87的3.19條中，規(guī)定為安全閥的壓力調(diào)整在額定開啟壓力范圍的±7%；

      （2）俄羅斯閥門的設(shè)計(jì)計(jì)算是按照“核動力裝置設(shè)備和管道的強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行的。與ASMEⅢ相比被確定在相吻合的條件下，在要求總構(gòu)成方面，許用應(yīng)力和應(yīng)力限值等方面要求有差異。

      俄“002強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)”中，不論部件等級如何，一律采用“分析法”設(shè)計(jì)，與此相應(yīng)，在制定基本許用應(yīng)力時(shí)，也采取統(tǒng)一的安全系數(shù)。

      例如，對于內(nèi)壓作用下的壓力容器，其中許用應(yīng)力[σ]為：

      其中R^T_m、R^T_p0.2分別為工作溫度下材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度；

      η_m、η_0.2分別為對應(yīng)于抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的安全系數(shù)。

      這樣，在俄“002強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)”中，對于1、2、3級部件，η_m、η_0.2都取固定的數(shù)值，不因部件等級不同而異，例如對受內(nèi)壓載荷的閥門η_m=2.6、η_0.2=1.5。

      而按ASME規(guī)范，1級閥門采用分析法設(shè)計(jì)，2、3級閥門則采用常規(guī)方法設(shè)計(jì)，這樣2級設(shè)備的強(qiáng)度余量系數(shù)取值高于1級設(shè)備。在ASME-III中，η_m對2、3級部件取為4（大于1級部件的取值），作為允許對2、3級部件作簡化分析的一種補(bǔ)償。

      通過比較可見，對于工作在蠕變溫度以下的俄2級閥門和ASME 1級閥門，俄“002強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)”和ASME規(guī)范都是從屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度來計(jì)算許用應(yīng)力的。但由于ASME規(guī)范的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)取值比俄規(guī)范大，因此，對于鐵素體材料在屈強(qiáng)比大于0.5時(shí)，ASME規(guī)范的許用應(yīng)力總是小于俄規(guī)范要求。

      另外，兩個(gè)規(guī)范體系的應(yīng)力限值也因運(yùn)行工況不同而有差異。例如不同載荷工況下1級螺栓應(yīng)力限值的比較：在設(shè)計(jì)工況下，兩個(gè)規(guī)范都不允許螺栓中的平均應(yīng)力大于許用應(yīng)力，由于俄規(guī)范的許用應(yīng)力大，因此在設(shè)計(jì)工況下對于1級螺栓，ASME的安全裕度比俄規(guī)范要大；而在正常運(yùn)行工況下，ASME規(guī)范規(guī)定螺栓中的實(shí)際使用應(yīng)力可以高于許用應(yīng)力值，不計(jì)應(yīng)力集中，沿螺栓橫截面平均應(yīng)力的值不得超過許用應(yīng)力的2倍，對應(yīng)的俄規(guī)范對平均應(yīng)力限值為1.3[σ]w。對于1級螺栓按照ASME規(guī)范相當(dāng)于0.67R_p，0.2，而俄規(guī)范的限值為0.65R_p，0.2，這兩個(gè)規(guī)范的限值是相當(dāng)?shù)摹?/p>

      在不同運(yùn)行工況下，兩個(gè)規(guī)范螺栓應(yīng)力限值對比見表3^[2]。

     由表3可見，對于1級螺栓，兩個(gè)規(guī)范基本相當(dāng)。但在設(shè)計(jì)工況下，ASME比俄規(guī)范更保守，而在其它使用工況下，俄規(guī)范具有較大的安全裕度；

      （3）OTT-87對于閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的防護(hù)等級在17.1.3中提出安全殼內(nèi)閥門不低于IP55，輔助廠房內(nèi)閥門不低于IP44的防護(hù)等級要求，沒有說明核級電氣部件中的質(zhì)量鑒定要求。美IEEE標(biāo)準(zhǔn)分為K₁、K₂、K₃三種質(zhì)量鑒定等級，充分考慮了電氣元件在核電廠各種工況下的性能要求，如LOCA條件下，電氣元件應(yīng)能承受高溫、高壓、高放射性等，是高于俄規(guī)范要求的；

      （4）在壽命和可靠性指標(biāo)方面OTT-87闡述了美國標(biāo)準(zhǔn)文件所缺少的要求，例如，按照OTT-87第8節(jié)要求，電動截止閥在設(shè)計(jì)的動作循環(huán)次數(shù)內(nèi)無故障運(yùn)行概率應(yīng)不低于0.95，而對于安全系統(tǒng)的快速切斷閥和安全閥在動作25次時(shí)不低于0.995等等。俄閥門設(shè)計(jì)要求，在閥門設(shè)計(jì)階段應(yīng)按照指導(dǎo)文件PД24-207-06進(jìn)行無故障運(yùn)行概率計(jì)算，而ASME規(guī)范沒有提及這方面要求；

      （5）OTT-87在附錄4中列出了不同壓力、溫度，不同材料的管道在各種工況組合下傳給閥門接管的荷載數(shù)據(jù)；而ASME規(guī)范未給出這些數(shù)值，但由具體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和實(shí)際力學(xué)計(jì)算確定，俄閥門專家在文獻(xiàn)^[6]中評價(jià)ASME規(guī)范所計(jì)算的管道傳至閥門的扭矩比OTT-87中規(guī)定的低，這是可能的，因?yàn)榱性跇?biāo)準(zhǔn)里面、而不具體計(jì)算的規(guī)定數(shù)值應(yīng)為可能的值，應(yīng)偏于保守。    

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