商品级物项转化在AP1000环吊中的运用

张　营， 蒋中明

(国核工程有限公司， 上海 200233)



商品级物项转化在AP1000环吊中的运用

张营， 蒋中明

(国核工程有限公司， 上海 200233)

摘要：针对中国核电工业存在的核安全相关设备或部件缺乏核级供应商的问题，介绍了美国商品级物项转化流程，阐述了商品级物项转化在三门、海阳核电项目AP1000核级设备环吊上的应用和实践，详细分析了AP1000环吊具有代表性的核级机械和电气部件的商品级物项转化过程。试验结果表明：通过商品级物项转化采购的核级部件能够满足所规定的要求，对于中国核电核级设备采购来说具有很好的借鉴意义。

关键词：AP1000； 环吊； 商品级物项； 核级部件

核安全相关设备供应商，即核级设备供应商，需依照法律法规申请领取许可证，要有健全的管理制度和完善的质量保证体系。中国目前在建核电站数量较多，大多采用新一代的核电技术，部分非核级设备因新的设计而转变为核级设备；另外核电站中有些技术成熟、制造工艺简单、需求数量特别小的设备因其执行核安全功能而被定义为核级设备，但相应的制造厂商考虑到利润少、建立核级质保体系和取证难度大等因素，对于制造核级设备并没有太大兴趣，这些情况导致相应的核级设备供应商短缺。

环吊是核电站运行期间反应堆厂房内起重量最大的环行起重机，在AP1000第三代核电技术中，因其执行防止不受控的临界载荷(当由起重机操纵的载荷能够直接或间接引起放射性释放时，这一载荷称为临界载荷)跌落的核安全功能，而被划分为核安全相关C级设备，相当数量的机械和电气部件执行核安全功能，属于核级部件，但新的设计导致缺少相应的核级设备供应商。以下对美国商品级物项转化流程进行介绍，分析三门、海阳核电项目中环吊具有代表性的核级机械和电气部件的商品级物项转化如何实现，帮助解决缺少核级设备供应商的问题。

1美国商品级物项转化

按照美国机械工程学会的核设施质量保证要求ASME NQA-1中对于核电站商品级物项的定义：商品级物项是指影响核安全功能，但没有按本标准(指ASME NQA-1)要求设计和制造的结构，或系统、组件、零件。商品级物项转化就是将商品级物项经过适当的鉴定过程后，像核级物项一样应用到核安全相关的结构，或系统、组件、零件中[1]，其鉴定过程包括技术评估和检验验收两个步骤，见图1。

技术评估的目的是保证可接受物项的要求均在采购文件中指定，检验验收是为了保证所接受的物项正是所指定的。

美国电力研究院EPRI在1988年建立了商品级物项在安全相关领域运用的导则NP-5652，该导则在美国核电业界广泛采用。美国核管会经过评估，在CL89-02中基本认可了该导则。依据该导则，美国商品级物项转化的具体流程见图2。

流程图中的检验验收方法包括以下四种[2]：

(1) 特殊检验和试验。

(2) 对供方的商品级调查。

(3) 对物项的源地验证。

(4) 供方/物项历史表现记录的可接受性。

这四种检验验收方法可以根据物项及供应商的具体情况单独或合并使用。美国核管会有条件认可了这四种方法，但对第二和第四种方法做出了相应的限制[3]：

(1) 对于没有文件化的质保大纲的供方，或虽有质保大纲而实际上未执行自己规定的过程和控制的供方，对供方的商品级调查不能作为接受其物项的检验验收方法。

(2) 不满足下列情况下，供方/物项历史表现记录的可接受性方法不得单独使用：

①已建立的历史记录是基于工业范畴的性能数据，这些数据可直接用于物项的关键特征及预期的安全应用。

②已充分落实供方对设计、工艺、材料变更的控制措施，并通过监查进行验证(可进行多方持证人团队监查)。

按照上述商品级物项转化流程，根据所选择的检验验收方法鉴定合格，且商品级物项的可追溯性符合核级物项的可追溯性要求，并形成和保存好记录，即认为所选商品级物项可以像核级物项一样用到核安全相关的结构，或系统、组件、零件中。

2AP1000环吊的商品级物项转化

2.1 AP1000环吊简介

三门、海阳项目的AP1000核电站采用先进的非能动型压水堆核电技术，由美国西屋公司开发，属于三代核电技术。环吊位于反应堆厂房顶部的环形轨道上，主要用于反应堆正常停堆换料期间吊运一体化堆顶组件，如果该组件在吊运过程中跌落，会损坏到其他反应堆设备，如压力容器、换料水池等，会直接或间接引起放射性的释放，因此，该环吊需执行防止不受控的临界载荷跌落的核安全功能，属于核安全相关C级设备[4]。

2.2 AP1000环吊商品级物项转化的必要性

AP1000环吊属于大型起重类机电一体化设备，部件种类繁多，且有相当数量的核级机械、电气部件，如液压缸、螺栓、钢丝绳、限位开关、超速开关等，三门、海阳核电项目环吊的核级部件主要从美国采购，这些部件大部分属于工业标准化产品，但由于核级质保体系的要求，很难找到符合要求的核级供应商，因此，环吊相当数量的核级机械和电气部件运用了商品级物项转化。下面重点介绍如何实现核级机械部件液压缸组件、电气部件卷筒超速开关的商品级物项转化。

2.3 AP1000环吊商品级物项转化的实现

根据导则NP-5652，商品级物项转化需首先判断物项是否执行安全功能，拟采用的物项是否符合商品级物项的定义。对于AP1000环吊的核级部件来说，设计方在设计时已考虑并要求这些部件能够实现相关的核安全功能，而拟采用的部件从核级供应商采购存在困难，无法按照核级质保要求设计和制造，这样的情况符合商品级物项转化的前两个步骤要求。因此，对于AP1000环吊来说，商品级物项转化的主要工作有两项：

(1) 确定关键特性和验收准则。

(2) 选择检验验收方法进行验收。

关键特性对于商品级物项来说，是一些可确定、可测量检验的属性或者变量，这些属性或者变量一旦得到验证，将会提供合理的保证，保证所接受的物项正是所需物项。执行核安全相关功能的商品级物项具有一个或多个关键的特性使其等同于预期的核级物项。物项的部件编号是确定接受的物项是否是所需物项的最基本属性，因此对于所有商品级物项来说，物项的部件编号是一项关键特性。

根据导则NP-5652，检验验收方法共四种，可单独或组合选用。具体方法如何选择需要考虑如下要素：

(1) 所选择的关键特性和验收准则。

(2) 可利用的供应商信息。

(3) 质量历史。

(4) 标准化的程度。

2.3.1 AP1000环吊核级机械部件液压缸组件的商品级物项转化

(1) 关键特性和验收准则的确定。

AP1000环吊核级液压缸组件主要部件包括液压缸、液压缸平衡杆、流量控制阀、连接管路、压力检测管路及压力表，见图3。

1—液压缸；2—流量控制阀；3—连接管路；4—液压储液瓶；5—压力表；6—液压缸平衡杆。

图3AP1000环吊液压缸组件

AP1000环吊核级液压缸组件位于主提升机构的双钢丝绳绕绳系统中。该系统需要满足每根钢丝绳的断裂不会引起载荷下降，以实现单一故障保护的功能。双钢丝绳绕绳系统中的两根钢丝绳的一端分别固定于卷筒两端，另一端分别固定于液压缸平衡杆的两端。环吊运行时，液压缸内充有一定压力的液体，其两端装有触发开关，当液压缸平衡杆两侧钢丝绳受力不同时，液压缸平衡杆会向一侧运动，当两根钢丝绳中一根断裂时，液压缸平衡杆会运动到一个极限位置，触发开关产生故障信号，停止卷筒转动，剩余的一根钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端固定在处于极限固定位置的液压缸平衡杆上，靠一根钢丝绳承载环吊吊装载荷，液压缸在这个过程起到当一根钢丝绳断裂时吸收冲击能量的作用，防止另一根钢丝绳因大的冲击也发生断裂。

基于液压缸组件所执行的安全功能，结合关键特性的定义，该商品级物项的关键特性有如下几个：

①所需液压缸组件的部件编号。

②液压缸、流量控制阀的编号、生产厂商、质量证书。

③液压缸组件承压能力。

④流量控制阀设计压力下流量。

液压缸组件的验收准则即设计图纸和液压缸组件商品级物项转化程序中指定的部件编号、生产厂家、压力、流量要求值等。

(2) 选择检验验收方法进行验收。

考虑到液压缸组件需求数量少，非经常采购，包含多个零部件，为非标准化产品，关键特性也便于源地验证，因此，对于液压缸组件的商品级物项转化选择了对物项源地验证的方法，见图4。

液压缸组件经上述流程，源地验证了液压缸组件的部件编号、液压缸、流量控制阀的编号、生产厂商、质量证书等符合图纸和程序要求，源地验证了液压缸组件压力试验，试验结果合格，即证明了关键特性是符合验收准则的，保证了所接受的物项正是所需要的物项，并且验证过程通过商品级物项转化报告形成了文件记录，至此实现了AP1000环吊核级机械部件液压缸组件的商品级物项转化。

2.3.2 AP1000环吊核级电气部件卷筒超速开关的商品级物项转化

(1) 关键特性和验收准则的确定。

根据美国核电厂用单项故障保护起重机要求，对临界载荷的最大起升速度应限制在慢速栏。为了防止和限制万一伴随钢丝绳断裂发生危险产生的损害作用，起升速度应受到限制，钢丝绳在卷筒的运行速度比卷绕系统中其他点要高。环吊卷筒超速开关的功能是当卷筒转动速度超过一定限值时触发开关动作，提供一个卷筒超速的信号。基于这一功能，以及电气部件的主要特性要求，并结合关键特性的定义，卷筒超速开关的关键特性有如下几个：

①所需超速开关的部件编号。

②超速开关的绝缘性能。

③超速开关的接触电阻。

④超速开关的触点耐电流能力。

⑤超速开关动作的转速。

超速开关各关键特性的验收准则在图纸及卷筒超速开关商品级物项转化程序中给出了具体指定。

(2) 选择检验验收方法进行验收。

超速开关属于工业标准化的产品，可以从许多供应商采购，结构相对简单，且关键特性可以在接收到产品后或者在安装后进行验证。因此，对于超速开关的商品级物项转化选择了特殊检验和试验的方法，具体流程见图5。

超速开关经上述流程，执行标准接收检查和文件记录之后，按照商品级物项转化程序要求，首先验证了部件编号，然后将其安装在专用试验台架中，测量了绝缘性能、接触电阻、触点耐电流能力和超速开关动作的转速，结果符合验收要求，保证了所接受的物项正是所需要的物项，并且验证过程通过商品级物项转化报告形成了文件记录，至此实现了AP1000环吊核级电气部件卷筒超速开关的商品级物项转化。

超速开关所采用的特殊接收检验和试验方法是特殊检验和试验方法的一种。该方法实施前，根据超速开关待验证的关键特性制作了专用的试验台架，为接收检查时验证所有关键特性带来了便利；但当接收检查没有足够条件，无法验证所有关键特性时，需要采用先安装商品级物项再验证关键特性等特殊检验和试验方法，或者考虑其他接受方法。无论采用接收检验和试验或者安装后检验和试验，相应的关键特性只需验证一次。

3结语

三门和海阳AP1000核电项目环吊已经顺利通过厂内验收试验，主、副提升系统在动、定滑轮碰撞的严重超载情况下，可以保持住载荷不坠落的核安全功能，且不会发生提升系统部件的损坏，试验结果验证了通过商品级物项转化采购的核级部件能够满足所规定的要求，证明了商品级物项在AP1000环吊核级部件中的成功运用。

商品级物项转化是在采购方确定要进行核级物项采购但又存在困难时的一种采购方法，其关键工作有两项，即通过技术评估确定关键特性，再根据物项特点选择检验验收方法并实施，前者工作一般应由物项设计方完成，后者一般则有物项采购方实施。

目前，中国核安全监管部门尚未认可核级设备商品级物项转化的方法，但AP1000环吊暂不属于中国民用核安全设备目录范围。商品级物项在AP1000环吊中的成功运用对于我国核级设备采购工作具有很好的借鉴意义，对于行业相关技术单位有重要的参考价值和借鉴意义，可以帮助解决缺少核级设备或部件合格供应商的问题，美国在商品级物项转化方面的成功经验也值得中国核电业的学习。

参考文献：

[1] 路丁，许晓蔚.美国核电商品级物项转化经验反馈[J].核标准计量与质量，2013(1)：37-41.

[2] US Electric Power Research Institute. EPRI-NP-5652 Guideline for the utilization of commercial grade items in nuclear safety related applications[R]. California, USA: Electric Power Research Institute, 1988.

[3] US Nuclear Regulatory Commission. CL89-02 Actions to improve the detection of counterfeit and fraudulently marked products[R]. California, USA: Electric Power Research Institute, 1989.

[4] 张营，郭劲东. 单一故障准则在AP1000核电站环形起重机中的实现[J].起重运输机械，2013(7)：113-115.

Application of Commercial-grade Dedication in Procurement of AP1000 Polar Cranes

Zhang Ying, Jiang Zhongming

(State Nuclear Power Engineering Company, Shanghai 200233, China)

Abstract：To overcome the difficulties lying in China's nuclear power industry that few nuclear power equipment suppliers are able to provide nuclear safety related equipment or components, the dedication strategy of commercial grade items (CGI) pioneered in United States was introduced, which was applied in the procurement of AP1000 polar cranes in Sanmen and Haiyang Nuclear Power Plant, with focus on detail analysis of the CGI dedication process concerning the representative mechanical and electrical safety related components in AP1000 polar cranes. Test results verify that the nuclear safety related components procured through dedication of commercial-grade items are able to meet relevant requirements, which therefore may serve as a reference for procurement of nuclear safety related equipment or components in China.

Keywords：AP1000; polar crane; CGI; nuclear safety related component

收稿日期：2015-11-09

作者简介：张营(1983—)，男，工程师，从事核电设备研究工作。E-mail: zhangying@snpec.com.cn

中图分类号：TM623.4

文献标志码：A

文章编号：1671-086X(2016)03-0160-04