EPR安全分级方法及应用

宋中权，李福东，赵小玉

（台山核电合营有限公司，广东 台山 529228）

EPR核电厂是主要吸收法马通N4和西门子KONVOI堆型的新技术，按照EUR（欧洲用户安全要求）要求开发的第三代压水堆机组。EPR核电厂的分级体系继承了法国核电厂的分级体系，包括安全分级、抗震分级、规范等级及质量保证等级，其中安全分级是核安全监管部门最为关注的分级事项。

目前，EPR属于三代核电技术，其分级体系并不为大多人熟知。本文着重阐述EPR安全分级的目的、体系、方法以及与CPY（以CPR为例）的区别，有助于相关人员熟悉EPR分级方法并应用于核安全设备监督管理工作中。

1 安全分级的目的

核电厂物项种类繁多、数量巨大，执行的功能各不相同，必须依靠严格的安全等级划分，从而确定执行不同的设计、制造、试验、鉴定等要求，保证核电厂的安全性。而安全等级划分的高低，直接影响设计、制造、安装、调试等核电厂建造成本。因此，安全等级划分必须在保证安全的前提下，合理控制核电厂的造价。

核电厂物项的安全等级与其执行的安全功能密不可分，物项执行的安全功能和其安全功能的重要程度，将直接影响物项的安全级别。因此，安全分级的前提是识别物项执行的安全功能，以及分析失效对安全的影响程度，然后对不同安全等级的物项提出不同的设计、制造要求，用于指导物项的具体工作。

核电厂三大安全功能包括：安全停堆并维持安全停堆状态（反应性控制）、停堆后堆芯排出余热（余热排出）、防止放射性物质进入环境（放射性包容）。物项执行的安全功能即是防止上述三大安全功能失效，这也是指导安全分级的核心思想，具体内容参照HAD102/03《用于沸水堆、压水堆和压力管式反应堆的安全功能和部件分级》安全功能章节。

2 EPR安全分级

为保证核电厂三大安全功能的有效执行，EPR核电厂安全分级设计时考虑了在放射性物质与外部环境间增加屏障，用以包容放射性物质，如一回路压力边界，双层安全壳设计等。同时，考虑一定事故工况下，通过安全相关系统动作减缓事故的影响，限制放射性物质释放，如安全注入系统、安全壳喷淋系统等。因此，EPR核电厂安全分级设计上主要考虑两类：一类是机组各种运行工况下包容放射性物质，保护公众和环境的屏障功能；另一类是事故发生后起到减缓事故影响，限制事故后放射性物质释放的缓解功能。

2.1 屏障功能

EPR核电厂屏障功能主要用于指导机械分级，包括机械设备安全分级和机械承压设备分级,与系统、电气设备和仪控设备分级无关，即通过机械分级保证屏障功能。EPR核电厂机械设备安全分级包括：M1-组成一回路系统的全部机械设备；M2-与一回路连接，运行时不强制要求保证包壳完整性的机械设备，但包括安全壳贯穿件；M3-除M1、M2外其他参与包容放射性的机械设备。法国ESPN法令根据承压设备包容流体的性质，规定机械承压设备分级，包括：N1-指一回路和二回路部分；N2-指包容放射性活度370000MBq以上的机械设备；N3-指包容放射性活度370MBq-370000MBq之间的机械设备。从设备本身而言，机械设备安全分级和机械承压设备分级存在部分重叠。

EPR核电厂利用机械分级确定设备的质量分级，包括Q1、Q2、Q3、NC。机械设备的设计、制造、质保等采用的标准规范，都与质量分级有关，质量分级不同采用的标准规范也不同。质量分级与应用标准规范的对应关系见表1。

表1 质量分级与应用标准的关系

2.2 缓解功能

EPR核电厂考虑事故缓解功能时，将安全功能分级从安全分级设计中独立出来，依据安全功能在事故处理过程中的重要性划分不同等级。需要指出的是，对于一个系统而言，它可能执行多个功能，因此划分安全功能分级时应指明系统中每一部分的级别。表2是缓解功能下的安全分级体系。

表2 安全分级

系统执行F1A功能时，要求事故发生较短时间内核电厂就做出正确响应，未留给操作员响应时间，因而执行F1A功能优先由系统自发完成。当核电厂已经处于可控并在一定时间内维持稳定状态时，且操作员有足够的时间判断和手动操作，此可定义为F1B功能。系统执行F2功能时，不需对设备进行实体隔离，不强制要求抗震设计和提供应急电源。核电厂系统是由一系列机械、电气和仪控设备构成，系统执行何种功能都是通过这些设备来实现。因此，机械、电气和仪控设备安全分级与系统安全分级存在必然的对应关系，具体可见表2。对于机械设备，只要参与包容放射性（M1/M2/M3）,系统肯定执行F1功能，但执行F2功能时，机械设备安全分级无强制要求。电气设备安全分级EE1为保证F1功能顺利实现，EE2则是保证F2功能实现，仪控设备安全分级与之类似。

3 EPR与CPR安全分级比较

CPR设备安全分级主要分为两个部分，包括机械设备安全分级、电气仪控设备安全分级，其中机械设备安全分级又分为承压机械设备与非承压机械设备安全分级。按照《法国核电设计标准》规定，承压机械设备按照其功能失效对故障的影响程度，划分为安全1级，安全2级，安全3级和非安全级。非承压机械设备分为安全相关级和非安全相关级。电气仪控设备按其在事故后承担的任务分为安全级（1E）和非安全级（NC）。

EPR是在传统二代和二代加机组技术基础上，吸收压水堆设计、建造和运行经验反馈，按照EUR要求开发的第三代压水堆机组。因此，EPR继承了CPR分级体系，两者的原理和方法基本类似，但EPR增加了EUR要求，相比于CPR其安全分级更加细致，更加深入。EPR根据机械设备的安全分级和承压设备分级确定设备的质量等级，用于指导设计、制造等活动。但CPR无此项定义。EPR区分电气、仪控设备，划分级别也不同，但CPR将两者统一考虑。EPR强调安全功能分级，但CPR没有独立定义的安全功能分级。对于构筑物的安全分级，EPR和CPR则没有本质区别。

4 EPR核安全分级

核安全分级是进口民用核安全设备监督管理重要工作之一，也是困扰安检人员的难题。目前，CPR机组安全分级体系成熟，且与核安全监管部门的安全分级体系匹配，安检相关人员通过简单判定即可确定监管设备的核安全级别。但EPR属于新机组，且安全分级体系复杂，不为核电从业人员和监管部门所熟知，核安全级别划分困难，甚至存在划分错误的风险。

4.1 核安全分级方法

前文研究了EPR核电厂安全分级体系，可知安全分级主要由屏障功能引出的质量分级和缓解功能引出的安全功能分级组成。因此，EPR核安全分级的首要工作即是确定设备的质量分级和安全功能分级。

（1）质量分级和安全功能分级。一般而言，核电厂设备都有一个独立的标签，包含设备属于的机组、系统、位置、代码等信息，此独立标签就是设备的功能位置码。通过功能位置码中的功能码可以方便查找设备所在的系统，然后依据系统查询设计文件和EPR设备分级清单，可以确定设备的质量分级和安全功能分级。对于一些大量采购且将来可用于互换的阀门，如小型球阀、隔膜阀，并没有功能位置码，但设计时制定了阀门特征码（简称VSN）。VSN涵盖阀门的类型、口径、壁厚、安全功能分级、质量分级、电装类型等信息。依据VSN提供的信息也可方便确定阀门的质量分级和安全功能分级。但有些大宗材料如管道和管配件、电缆等，设计时仅提出材质、尺寸、型号等要求，未特别指定使用场所，因此没有功能位置码，也没有类似阀门的特征码，对于此类物项可通过技术文件获取安全分级信息。

（2）核安全分级。EPR安全分级体系虽传承于CPR，但两者之间仍存在差异，且与核安全监管部门发布的导则HAD102/03也不能完全匹配。为了便于开展进口民用核安全设备监督管理工作，必须将EPR安全分级体系和HAD102/03进行对比，找出两者之间的对应关系。按照核安全分级定义，EPR机械设备核安全分级可由质量分级和安全功能分级初步确定，其中质量分级取机械设备安全分级（M级）和机械承压设备分级（N级）中的最大值，例如某设备机械和承压设备分级分别是M2、N3，则质量分级为Q2。然后对照HAD102/03分级规定，最终判定设备的核安全分级。电气设备仅EE1为核安全级，EE2为非核安全级。仪控设备E1（E1A和E1B）为核安全级，E2为非核安全级。

下面是核安全分级情况举例：①核安全1级包括组成反应堆冷却剂系统压力边界的部件（不包括名义管径小于10mm连接管线），包括压力容器、蒸汽发生器（一次侧）、主管道和延伸到并包括第二个隔离阀的连接管线、主泵、稳压器等。②核安全2级主要指反应堆冷却剂系统压力边界部件中不属于核1级的部件，如安全注入系统、安全壳喷淋系统、余热排出系统和安全壳内的应急和正常给水系统中延伸到并包括最外面的安全桥隔离阀部分、蒸汽发生器二次侧和延伸到并包括阀门的蒸汽管线等。③核安全3级主要指属于安全2、3的冷却系统和乏燃料池冷却系统，如安全壳外的应急给水系统、硼酸补给系统等。

确定为核安全2级设备的质量等级至少为Q2，甚至Q1，但质量分级Q2不一定确定为核安全2级。核安全1级设备的质量分级必定为Q1，安全功能分级为F1A。还有一些如安全分级（F2，Q3）、（F2，EE2）的设备应确定为非核级，而安全分级（F2，Q2）、（F2，EE1）确定为核级，具体核安全分级还应对照HAD102/03的规定综合确定。有些不直接执行安全功能的设备或部件，需优先确定其“寄主”的核安全分级，如阀门电动头、管道支承件。阀门电动头的核安全分级应由电动头的电气安全分级、阀门安全功能分级中的完整性共同决定（安全功能分级有两方面要求，分别是完整性和运行性），管道支承件重点考虑管道的核安全级别。

4.2 核安全分级应用

核安全分级关乎设备设计、制造、质保等，与核电厂的安全密不可分。因此，核安全分级是核安全监管部门重点关注对象，一切监督管理活动都是以核安全分级为基础。

（1）注册登记。拟从事民用核安全设备设计、制造、安装和无损检测活动的，应当按照活动种类、设备类别和核安全级别到核安全监管部门申请注册登记。注册登记活动是核安全设备监督管理重要内容之一，也是境外单位向我国境内核电厂提供活动的前提条件。禁止无注册登记确认书或者不按照注册登记确认书规定的活动种类和范围从事民用核安全设备设计、制造、安装和无损检测活动。境外单位如需向我国境内核电厂供货核安全设备，应事先向核安全监管部门申请注册，注册级别必须遵从前文核安全分级方法。

（2）监造、验收。核安全设备监造、验收是保证设备质量重要屏障之一，其与核安全分级密切相关。对于监造而言，核安全1级机械设备，应对每台设备制造关键质量控制点进行现场见证，合格后签点释放。对于数量较多的核安全1级机械设备，如管道、管配件、支承件，选点见证的设备数量不低于该批次设备总量的30%。核安全2、3级机械设备及核安全电气和仪控设备，选点见证的设备数量不低于该批次设备总量的20%。设备制造关键工艺环节质量控制点原则上不允许放弃，如存在特殊情况放弃这些控制点，应制定合理可行的补充措施进行验证。

验收（特指出厂验收）是检验设备质量的重要环节之一，应根据审查合格的规范、标准、技术规格书等文件实施验收工作。依据设备核安全级别决定验收见证比例，与监造要求一致。当检查发现质量问题时应加倍扩大抽检比例，仍发现问题，则100%验收检查。

（3）安全检验。安全检验是进口民用核安全设备监管重要事项，是《核安全法》规定的内容。因此，核安全监管部门和核设施营运单位都很重视此项工作。为了规范安全检验工作，提高工作效率，核安全监管部门制定了一系列管理文件和细则。核设施营运单位也依据法规、条例等出版了相应的程序文件，用于指导进口民用核安全设备安全检验管理工作，保证安全检验流程符合国家核安全监督管理相关要求。

安全检验审查内容至少包括如下：供货商及分供方注册登记确认书的有效性（范围、时限、场所等）；质量计划及制造过程质量控制情况；过程检验和出厂试验完成情况；分包管理与核安全管理要求的符合性；设备监造、监装、装运前检验和验收完成情况及发现问题的处理情况等等，上述审查内容都与确定的核安全级别对应，不同的核安全级别，依据的标准、规范、技术规格书也不一样。

5 结语

我国核电机组的安全分级体系并没有完全统一，各技术路线安全分级体系虽有联系，但仍各成一派，尤其是EPR安全分级体系复杂，不为核电从业人员熟知。本文从EPR安全分级目的出发，分析执行安全的屏障功能和缓解功能，通过EPR与CPR安全分级的比较，对EPR核安全分级进行研究，并结合事例介绍核安全分级的应用，以期满足核安全相关人员的需求，尤其是帮助核安全设备安全检验人员解决分级困惑。同时，依据统一的安全分级体系指导核电设备的设计、制造、试验等活动，不仅能提高核电厂的安全性和经济性，还可以加快我国核电工业标准化、自主化进程。