全国核电厂关键物项材料老化数据平台建设分析

2020-05-07孙海涛吴彩霞吕云鹤张晏玮初起宝车树伟侯春林马若群

核安全 2020年6期

孙海涛，吴彩霞，吕云鹤，张晏玮，初起宝，车树伟，侯春林，马若群,*

（1.生态环境部核与辐射安全中心，北京 100082；2.苏州热工研究所有限公司，苏州 215004）

对构筑物、系统和部件老化的有效管理是核电厂安全可靠运行的一个重要因素。核电厂寿期内的设计、建造、运行（包括延寿运行和长期停堆）和退役各阶段都应主动进行老化管理，其中对老化数据的收集、整理和利用是重要环节。核安全导则《核动力厂老化管理》（HAD 103∕12）［1］中要求营运单位应根据老化管理大纲建立相应的数据收集和记录保存系统，以促进老化管理大纲的实施和优化。但受限于国内核电厂老化管理起步晚和老化数据分享机制的缺乏，一直没有构建和运维全国性核电厂物项材料老化数据平台，对老化数据的科学利用、老化管理水平和相应核安全监管能力的提升等均存在不利影响。因此，构建和运维全国性核电厂关键物项材料老化数据平台势在必行。

1 国内外实践和现状

对于核电厂关键物项材料老化数据平台的运维，国内外核电厂营运单位、监管部门和国际组织均有相应的实践经验，但平台的运维状态、利用水平存在一定的差异。

1.1 国外

国际核能组织和核电技术先进国家和组织，如国际经合组织核能署（NEA）、IAEA［2］和美国［3］等均建立了跨国级或国家级的核电厂关键设备材料老化数据库，见表1。

这些数据库为上述组织和国家核电厂长寿期运行∕许可证延续政策的制订、老化管理和核安全监管工作提供了坚实的基础。

1.2 国内

国内少数核电厂建立了材料老化相关数据库［4,5］，如秦山核电厂老化管理系统和大亚湾核电厂老化管理数据库，但这些材料老化数据库适用范围较窄［6］，一般仅限于某个核电机组、某个核电基地或某个单位、某个集团，无法实现数据库的单位间、集团间和行业内的共享；另一方面，这些数据库数据量偏小，应用偏少，无法实现数据的有效利用，形成了“信息孤岛”。国内核电主管部门和核安全监管部门，包括技术支持单位尚未搭建核电厂物项材料老化综合数据库∕平台，也缺少类似NRC的EDB和RVID等专项数据库。

表1 国外核电厂关键设备材料老化数据库Table 1 Material aging database of NPP abroad

国内核电行业和监管部门均未建立全国性的核电厂关键物项材料老化数据平台，也暂未加入国际组织的相应数据库项目，对于已有老化数据的开发和利用、核电老化管理水平和竞争力的提升以及核安全监管能力的加强均存在负面影响。

2 必要性分析

随着我国核电厂运行堆年的增加，老化管理、定期安全审查和许可证延续等工作任务逐渐加重，全国核电厂物项材料老化数据平台对于以上工作的开展、新技术研发和标准制定等均有积极的促进作用，其构建需求也愈加迫切。

2.1 提高数据利用价值

机械设备材料老化数据（见表2）、电气设备材料老化数据（见表3）和构筑物材料老化数据（见表4）等核电厂物项服役和科研老化数据十分宝贵，具有明显的潜在价值和可开发价值，对于核电设计、建造、运行、延寿和退役均具有重要的价值和指导意义。

表2 机械设备材料老化数据分类及来源Table 2 Classification and source of mechanical equipment material aging data

表3 电气设备材料老化数据分类及来源Table 3 Classification and source of electrical equipment material aging data

表4 构筑物材料老化数据分类及来源Table 4 Classification and source of structures material aging data

以每个机组RPV 辐照监督管材料试验数据为例，国内单根辐照监督管的制造、安装、提取和热室试验全过程，一般需花费人民币约300万元，但目前这些数据仅用于特定RPV 的寿命监督［7,8］，对于国产RPV材料性能验证和辐照寿命预测公式开发［9］的潜在价值没有被挖掘和利用。此外，国内针对关键物项材料开展的老化性能专项研究，也积累了和预期产出大量试验数据，而这些数据分散于各研究单位和研究者个人手中，缺少交流和共享，导致数据潜在价值没有被充分开发的同时，也存在重复立项，造成科研资金浪费的风险。

运维全国核电厂物项材料老化数据平台，将会延长我国核电材料老化服役和科研数据的生命周期和提高其利用率，提高核电项目的产出和效益。

2.2 优化核电厂老化管理

有效的日常老化管理可以保障核电厂安全可靠运行［10］，同时老化管理对于国内核电厂定期安全审查（PSR）［11］是一个关键要素，HAD 103∕11要求：应尽可能识别与老化有关的可能导致核电厂关键构筑物、系统和部件故障且可能限制核动力厂寿期的劣化机理。而老化管理依赖于全面、完整、准确地对老化数据进行收集和利用。

某个核电机组老化数据的收集应以本机组数据为基础，并将国内外同类型机组老化数据作为重要借鉴和依据。全国性的核电厂物项材料老化数据平台可积极支撑国内外同类型机组老化数据的收集和消化，实现对老化和寿命数据的权威汇集、长期保存、集成管理和全面共享，并可优化核电厂的老化管理和定期安全审查。

2.3 支撑运行许可证延续论证及审查

在美国NRC 审查批准89 个机组许可证更新申请，以及国家核安全局审查秦山核电厂运行许可证延续（OLE）［12］申请过程中，NRC管理文件NUREG-1801“核电厂通用老化经验（简称GALL）报告”［13］是核心文件，该文件主要汇总了美国压水堆和重水堆核电厂许可证更新范围内主要物项的材料、环境、老化机理∕效应和老化管理要求，其背后是NRC 和核电业界几十年对核电厂关键物项材料老化科研数据和实际服役老化数据的收集、整理和利用，包括数据平台的强有力支撑。

中国正逐步开展对核电厂OLE 的核安全审查工作，编制和使用中国自己的“核电厂通用老化经验（CGALL）报告”，一方面可以解决美国GALL报告无法完全覆盖国内核电厂关键物项材料、环境和老化机理的问题；另一方面也有利于提升国内老化管理和核安全监管水平。而此项工作必然要求以丰富的科研和服役老化数据作为支撑。构建和运维全国性核电厂关键物项材料老化数据平台则可以保证这些数据的科学利用和中国核电厂OLE 监管文件编制工作的高效实施，为OLE安全监管活动保驾护航。

2.4 保障风险指引型在役检查技术可靠性

近几年来，风险指引型在役检查方法（RIISI）［14］逐渐在国内得到重视、研究和试点应用。设备的劣化机理分析是RI-ISI 的一个重要步骤，而目前国内RI-ISI 技术主要采用美国相关实践和文件中的失效机理、属性准则和后果。如果一直走跟踪路线，虽然可以保持与RIISI技术先进国家∕组织的对标和一致，但长此以往将影响国内对RI-ISI 分析结果的科学判断，也不利于自身RI-ISI技术的发展。

因此，有必要对国内核电厂RI-ISI 应用范围的设备老化数据进行收集、整理、存储、发掘和利用，在借鉴国际成熟经验的基础上制订自己的RI-ISI 技术劣化机理和属性准则等关键要素。这自然需要运维国内核电厂关键物项材料老化数据平台。

2.5 夯实标准制订基础

国内核电厂物项设计、制造和运行领域的规范标准，如国家标准（GB）、能源行业核电标准（NB）和环境保护标准（HJ）的制订多数需要材料老化性能数据作为支撑。有材料老化服役数据和试验数据作为基础，相应标准条款才能更客观和更科学，当然数据来自全国性物项材料老化数据平台将更有说服力。

总之，充分挖掘和利用材料老化试验和服役数据，提升核电设计、制造和运行等各环节老化管理和监管工作的水平，搭建和运维全国核电厂关键物项材料老化数据平台是大势所趋。

3 平台构建方案建议

为了保证全国核电厂关键物项材料老化数据平台的有效运维，我们需要厘清平台指导方、运维方和使用方的职责和权限，界定数据类型和范围，并形成科学、共识的数据分享机制。

3.1 国家核安全局负责指导

建议国家核安全局对全国核电厂关键物项材料老化数据平台的建设和运维给予指导和政策保障，包括引导和协调各核电业主、设计院、研究单位和核安全监管技术支持单位等定期提交核电厂物项材料老化数据，推进相关法规、标准和技术文件的编制。

3.2 核安全监管技术支持单位主体运维

核安全监管技术支持单位相对于核电业主、设计院及研究单位等较独立和中立，作为全国核电厂关键物项材料老化数据平台的建设和运维主体具有一定的优势。核安全监管技术支持单位应充分借鉴和利用已有核电厂经验反馈平台、全国核电厂设备可靠性数据库等的构建和运行经验。

如图1所示，建议由核安全监管技术支持单位作为主体，联合国内核电厂物项材料老化相关的业主、设计院和研究单位等，在国家核安全局的指导下，共同运维全国核电厂关键物项材料老化数据平台，推倒数据壁障，连接“信息孤岛”，实现对老化和寿命数据的集成管理和全面共享。

图1 平台建设相关方Fig.1 Relevant parties of platform construction

国内可参与平台的构建、材料老化数据的提供及利用平台的核电各相关单位见表5。

3.3 建立数据交换和共享机制

科学的数据交换和共享机制是确保全国核电厂关键物项材料老化数据平台长期有效运行的关键。只有建立科学、被一致认可的数据交换和共享机制，才能促使各单位积极提交和共享相关老化数据，以保障数据平台的生命力。建议参考设备可靠性数据库等运维机制的基础上，采取数据标识“DOI:Digital Object Identifier”方法［15］和“数据等量、等级别提供及获取”原则对数据进行保护和管理。

表5 国内材料老化数据平台相关单位Table 5 Domestic related units about material aging data platform

建议从顶层设计出发，一方面通过行政措施打破个人和单位对于数据的“保护”，另一方面充分听取各方意见，汇集各方智慧，形成对数据平台框架搭建和建设发展的完备思路，同时借鉴国外先进经验，推进全国性老化和寿命数据的开放与共享。

3.4 加强国际交流

国内核电厂应秉承开放、合作、共赢的理念，融入世界核电发展框架。建议国家核安全局积极沟通协调，争取加入IAEA 和NEA 等国际核电组织的老化数据库项目，以提升我国在世界核电领域的影响力，共享IAEA∕NEA 组织丰富的材料老化和服役数据，促进我国核电设备设计、制造、运行和监管能力的提升以及国内核工业和核安全领域的高效发展。当然，做好这项工作的前提是国内核电厂关键物项材料老化数据平台已运作良好，否则即使加入国际组织相关数据库项目也会遇到数据交换和共享的限制。