核电厂零部件质量验证存在的问题及改进建议

裴红伟，石 秦，周 洋，武方杰

（北京广利核系统工程有限公司，北京 100094）

国外民用工业零部件应用于核电厂建设过程中，引起的核电厂运行事件在逐年增多。本文重点分析美国、法国、韩国、日本等国家的零部件质量管控实践中存在的问题，尤其是美国的商品级物项适用性确认（Commercial Grade Dedication，CGD）方法。参考美国商品级物项适用性方法，转化为国内的核质保体系下的零部件质量验证活动时，发现国外的零部件质量验证方法并不完全适用，需要分析国内的质量管理现状，并针对国外的质量管控措施进行消化和吸收，以建立和完善国核安全级设备的零部件质量验证体系。

1 核电厂零部件质量管理的背景

1979年3月美国宾夕法尼亚州哈里斯堡附近的三里岛核电厂事故使美国的核电发展遭到重创，许多新的核电厂建设项目被停止。仅1983年以前美国共取消了108台核电机组的建设，美国核工业发展就此遭遇了超过30年的萧条和停滞。原本一直为核电站配套的设备供应商也纷纷驱利转型，转向其它工业领域，不再继续保持、维护其原有的核安全级质保大纲。对于原有核电机组的运行维护，很难在市面上寻找到核级备件（即在符合美国10CFR50 Appendix B要求的质保大纲控制下，专门为核电开发的零部件），来替代一些老化的零部件。

当时对于在核安全相关领域引入商品级物项（指未在核级质保大纲控制下，按照核设施特有的技术和质量要求开发制造的物项，如市售的通用工业零部件），无论是业主还是监管机构都对这些商业级零部件是否能够达到核安全应用的质量要求，存有疑虑。为此，美国核管理委员会（Nuclear Regulatory Commission，NRC）委托美国电科院（Electric Power Research Institute，EPRI）牵头，联合部分核电业主进行了大量研究实践，开发了CGD方法，发布了一系列通过CGD将商品级部件引入核安全应用的标准及指导文件。

自20世纪90年代初期开始，NRC通过发布专项条令Generic Letter 89-02[1]和91-05[2]，要求美国核电厂实施CGD。目前，美国核电业主及承包商、分包商等单位，均依照NRC要求，对意图使用于核安全相关领域的商品级物项进行CGD。CGD方法受到美国核管会和美国能源部的认可，并于2017年通过NRC导则的形式得到背书（RG1.164）[3]。

欧洲各国在核电建设阶段，对于外购零部件的质量更多关注设计验证，通过设备鉴定的手段确认外购零部件的应用是符合核电应用要求的。IEC 61513明确要求对于现有的商品级部件应采取质量鉴定工作，质量鉴定工作参考IEC60780、IEC60980等标准开展。相对于美国的CGD方法，欧洲的标准主要提出总体要求，并未给出其他支撑标准可用于指导现货品采购活动，各核电设备厂商根据自己的需求开展相应的采购活动。

国内核电目前投入运行机组51座，在建11座，无论是运维机组还是新建机组对核级设备零部件的需求也越来越大，而国内遵照HAF003质量保证要求的零部件供货商却相对匮乏，且对零部件的质量验证存在方法不标准，深度不统一，各供货商的做法参差不齐的问题。近年来，国外运行核电厂设备零部件质量问题逐渐暴露，国内“浙江高强紧固件事件”“西安奥凯电缆事件”等给国内核电行业都带来了恶劣的影响。因此，对零部件质量验证体系进行完善，对降低核电厂运行风险是非常有必要的。

2 国外零部件质量管控在实践中存在的问题

2.1 美国在零部件质量管理中存在的问题

美国针对零部件质量管理建立了一整套CGD方法，但是从整体的零部件质量验证体系以及实践上，存在如下几个问题：

第一，美国NRC对于零部件的管理相对薄弱。美国NRC监管主要针对核电厂，对供应链的管理主要依靠由业主联合成立的核设施采购委员会（NUPIC），对零部件的监管更倾向于依赖业主对核电厂运行的安全责任，而NRC本身对供应商的检查频度和数量相对比较低。根据NRC对供应商监督检查大纲的年度计划完成情况自评，NRC从2012年～2020年每年检查供应商的平均数为29家，近年来还有下降的趋势，具体数据见表1。

表1 NRC完成供应商检查的数量Table 1 Number of NRC completed supplier inspections

第二，美国核电厂对核安全质量监管不够严格。美国核电厂零部件质量管理中对CGD的应用更倾向于事后提供质量证据，事中的过程监督和控制相对较弱。例如，AP1000核电机组的主泵供应商EMD公司，对其承包商及分包商的重要材料、工艺的控制情况，缺乏充分验证，即EMD未能通过CGD方法来验证叶轮铸件、叶轮焊接修复和校准服务中的某些关键特性是否得到充分控制，未能证实其供应商对相关工艺活动及焊接填充材料的测试及控制。此外，还存在主泵飞轮外壳焊接填充材料不符合技术规格、夹套水泵叶轮安装不正确等问题。上述问题均未能通过实施CGD方法有效地发现、解决，主泵零部件制造过程中也缺乏充分的质量监督。NRC在供货后的检查中发现了EMD公司CGD材料的不充分，对这些问题开出了不符合项，后续EMD公司对问题的确认、整改意愿都比较低，整体上对主泵供货工作造成了较大影响。

第三，其他国家无法直接套用美国的CGD方法。美国核设施采购委员会组织对核电零部件形成运行数据库，各业主上报、共享零部件材料运行数据，并委托EPRI对美国核电厂使用的主要零部件材料进行系统性的机理及关键特性研究，参与此项工作的业主共享研究成果，但总体上美国核电厂零部件的关键特性数据、质量验证情况和质量趋势统计没有公开。因此，其它核电国家不具备类似条件，无法完整、彻底地套用美国CGD方法，尤其是CGD方法中的第4种方法——物项/供应商的历史性能表现记录。

第四，CGD技术方法并未完全得到美国NRC认可。对于EPRI所建立一系列的CGD方法，目前NRC仅背书了EPRI3002002982核电厂安全相关应用中商业级物项的验收指南的主要内容，但对其中引用的关于抗震评估技术以及部分数字化设备评估验收技术指南表示例外。

综上可见，美国的CGD方法脱离核安全质量保证的体系框架，属于事后监督，缺乏严格的核安全监管，部分环节容易出现造假、伪造、违规、违反标准等问题。受知识产权影响，EPRI一直没有公开CGD研究和统计的数据，导致零部件的质量验证情况和质量趋势统计没有公开，缺乏社会公信，直接导致NRC不完全接受CGD，对CGD方法进行部分背书。但CGD方法为核电厂加强其零部件安全质量提供了更多的方法选择，其中针对关键特性进行验证的思想、方法，对完善零部件安全质量的验证体系有一定的指导意义。

2.2 其它国家零部件质量管理存在的问题

2.2.1 法国在零部件质量管理中的问题及案例

法国作为核能利用大国，其核电技术和监管体系是在美国的基础上发展而来的。一直以来，法国电力集团（Electricite De France，EDF）在核电厂零部件质量管理方面更重视设计验证，尤其重视零部件的设备鉴定，即零部件的设计参数对相应工况和环境条件的适应性，但对制造环节每批次或每个零部件个体的验证相对缺乏。这就导致了近年来EDF反复出现反应堆零部件质量问题，典型的案例如下：

EDF重点项目弗拉曼维尔EPR反应堆的容器封闭头和容器底部的某些区域钢材成分异常，部分蒸汽发生器焊缝的去张力热处理不符合技术规格。经法国监管机构审计，承包商生产过程存在违规行为，自1965年以来该承包商生产的约400个零部件的生产记录文件存在不一致、修改、遗漏等问题，涉及零部件的制造参数和测试结果。在此问题暴露后，EDF不得不检查其近三分之一的核反应堆。这迫使EDF比原计划进行延迟了维护时间，减少了供电输出。法国西部弗拉曼维尔正在建设的另一座新反应堆也因施工延误而受到损失。

2.2.2 韩国在零部件质量管理中的问题及案例

韩国在核电站建设过程中，引入美国CGD的技术方法，但是韩国近10年来核电事故频发，因零部件缺陷而突然停运的事件共发生过128次。

以较近期为例，2013年5月，因使用不合格或伪劣零部件并造成韩国23台在役核电机组中的10台停机，由此导致韩国全国性的电力供应紧张，并引发韩国民众的普遍反感和不安。上述所涉及的劣质零件包括电缆、断路器、

保险丝、温度开关、冷却风扇等在内的共237种，涉及数量达7680件，在韩国古里核电站、新古里核电站、新月城核电站等多个电站都有采购使用。

2.2.3 日本在零部件质量管理中的问题及案例

日本在近年来的核电建设中同样存在零部件质量的管理问题。2017年11月24日，三菱综合材料株式会社旗下三菱电线工业、三菱伸铜和三菱铝业3家子公司爆出造假问题，他们均存在产品检查过程中篡改数据的行为。三菱电线工业自2015年4月至2017年9月修改出厂橡胶密封制品技术参数，目的是达到公司或客户要求的技术标准，部分问题产品被用在了飞机、舰船和汽车上。随着内部检查的深入，发现问题产品流入了核电站。日本关西电力有限公司发现高滨核电站、大饭核电站的多个机组使用了三菱材料子公司提供的涉嫌数据造假的零部件，大饭核电站相关机组原定的重启计划因此事推迟两个月。

综合上述案例，各国针对零部件的质量管理都存在不同程度的问题，对于核电站建设的批量零部件的关键参数控制不足，引发核电站出现停运事件，或导致核电站建设出现不同长度的延期。

3 国内零部件质量管理的现状及改进建议

3.1 国内零部件质量管理的现状

3.1.1 法规对于零部件质量管理的要求

中国的核电的零部件质量管控，在法规HAF003《核电厂质量保证安全规定》、HAF102《核动力厂设计安全规定》以及配套的HAD导则中，对零部件、材料的管理均提出相关的要求，并注重全过程的质量管控。

HAF102从设计角度明确要求，法规中明确规定：“核动力厂安全重要物项的设计必须使其能够按照确定的流程进行制造、建造、装配和安装，以保证满足设计规范和所要求的安全水平。”其中，该物项是包含零部件的应用。法规的第4章及第5章明确针对设计提出要求，需要识别安全重要物项，并根据功能和安全重要性进行分级管理，形成对应的验收要求，并明确要求应采用鉴定程序来确认安全重要物项在其整个寿期内的符合性[6]。

HAF003针对核电厂及核实施的质量保证提出要求，第6章采购控制针对采购提出具体要求，配套导则HAD003/03针对核电厂及核实施的物项采购提出要求，适用于零部件采购的要求。法规及导则中针对供方评价、采购文件编制、买方验证计划编制、验收活动等全过程均提出相应的要求与指导，其中验收活动包括源地验证活动、收货检查以及按照供方合格证进行验收几种方式，针对每种验收方式均明确具体要求[7,8]。

综上所述，中国的法规及导则对零部件的管理要求已经明确相关要求，并不是新增要求。

3.1.2 监管中发现的零部件管理问题

目前，中国核电监管机构是依据《民用核安全设备监督管理条例》，针对《民用核安全设备目录》下的设备进行监管，主要监管对象是民用核安全设备的设计制造单位，针对其设计、制造活动进行监管。在对核安全级设备进行细化管理过程中，针对制造单位采用的零部件明确质量管理的要求并进行监管。在监督过程中发现部分单位针对零部件的质量控制还存在一些不足，见表2。

表2 核级设备制造商在零部件质量管理方面的不足Table 2 Shortcomings of nuclear-grade equipment manufacturers in parts quality management

3.2 零部件质量管理的改进建议

国内法规中，针对零部件的管理要求有明确的要求，但是各核级设备厂商在实施零部件质量管控工作时还存在一定的问题。结合中国的国情，基于上述的调查及分析，针对于国内核电零部件质量管理的体系提出以下建议：

基于国内法规要求贯彻零部件质量验证要求。目前国内的法规针对零部件的管理要求已经明确，零部件质量验证并不是新增的要求，各核级设备制造商需要在原有核质保体系基础上，补充、完善设计控制和采购控制措施，通过质保体系的有效实施，确保零部件质量验证活动的规范性及零部件质量。

逐步稳妥推进国内核电厂零部件材料质量数据库建设。美国CGD技术方法很重要的一项工作就是美国核设施采购委员会组织对核电零部件形成的运行数据库，该数据库为各业主对零部件的选型及质量控制提供重要的参考。国内要完善对于零部件的质量管控体系，同样需要建立完善零部件的质量数据库，同时可在此基础上，进一步建立零部件供应商的诚信体系。

建立核电厂备品备件质量控制活动的技术支撑体系。国内的核电发展要从大集中建设转向批量化的运维阶段，对于老化零部件的替换及停车零部件的替代的需求将与日俱增，对于备品备件的质量管控体系需要结合运维机组的需求特点，基于新建机组的零部件管理实施经验进行建立。

4 结论

本文主要针对国外各国在零部件质量管控方法及实施上的问题进行了分析，并结合国内的零部件质量管理现状，对国内零部件质量验证体系的完善，从零部件补充、完善设计控制和采购控制措施，零部件数据库建设，零部件的备品备件质量管控等方面提出改进建议，对于在国内HAF003核质保体系框架下，将零部件的质量验证真正做到位，减少对核电机组的安全运行影响，发挥了更好的质量管控作用。