中国首批AP1000机组安全性满足设计和国家监管要求

发布时间:2018-01-03

来源:澎湃新闻 发布时间:2018-01-03 

中国引进三代核电技术的自主化依托项目、全球首批AP1000核电机组——浙江三门1号机组和山东海阳1号机组,正在等待国家高层核准其装料的批复。

按照中国核安全监管体系中的“分阶段许可”制度,核电厂在通过国家核安全局组织的首次装料前核安全综合检查并获得装料许可证后,方可装入核燃料组件。据澎湃新闻(www.thepaper.cn)了解,三门核电1号机组和海阳核电1号机组,分别于20177月下旬和8月初顺利通过上述安全检查。自8月开始,国家核安全局、国家能源局等多部委对三门、海阳1号机组又开展了两轮补充检查,并组织数十位各领域专家赴项目现场进行调研。无论是参与装料前检查的部委数量之多,还是审批周期之长,都是中国核电建设史上前所未有。

同期,20178月、12月,国务院发展研究中心研究员王亦楠分别在题为《须高度重视我核电安全监管暴露的重大安全隐患》和《三门、海阳核电站的"装料投运"切勿冒险闯关》的两篇署名文章中 ,对中国核安全监管能力提出质疑,并称三门、海阳核电站的装料投运是“冒险闯关”:核安全局按审批流程进行的“检查结论令人担忧”、“AP1000升级版在英国核安全监管审查中暴露严重安全问题”,美国本土已叫停AP1000核电机组建设等等,引发关注。

首次装料是核电工程并网发电、商运前的重要节点。在这一阶段,全新的核燃料组件被装入反应堆堆芯,标志着核电机组转入带核试运行阶段。中国首批AP1000机组是否在重大隐患未排除之前便“冒险装料”、“带病上岗”?AP1000核心设备的可靠性如何?AP1000是不是因存在技术隐患而被英国通用设计审查和美国本土市场拒绝或放弃的核电技术?针对外界提出的这些质疑,澎湃新闻近日采访了多位了解三门/海阳核电工程和AP1000技术转让的中方核工程设计院、核岛总承包方、项目业主及国家核安全局原常务副局长林诚格,并实地走访了位于山东烟台市辖海阳市的海阳一期核电工程,试图结合公开资料,从核安全监管、设计修改、关键设备试验、装料准备等角度了解上述问题的相关情况和工程现状(下文所罗列的七项质疑,均从王亦楠《三门、海阳核电站的"装料投运"切勿冒险闯关》文中摘录)。

质疑一:(2017年)7月下旬由国家核安全监管部门带队,对三门和海阳核电站1号机组进行核安全综合检查,给出的结论是“基本有效、基本满足、基本符合”。这是否符合中央领导对核电建设一再强调的“必须绝对保证安全”“安全第一、质量第一”方针?存在的问题属于“已经切实解决”还是“根本没有考虑”?

——采访中,国家核安全局原常务副局长林诚格解释称,由于核电站建造是复杂的系统性工程,且周期很长,因此中国核安全监管采取“全过程监管、分阶段许可”制度。“中国核安全局成立30多年,目前的核监管标准是全世界最高、最严格的,监督的覆盖范围也最全面。”

具体而言,核电厂安全重要构筑物、系统、设备的设计必须经过国家核安全局的技术审评,只有确认满足相关法规标准要求后,国家核安全局才颁发相应行政许可证。在核电厂厂址选择、建造、装料、运行和退役等各阶段,都必须在通过评审并获得国家核安全局颁发的许可证后,才能开展该阶段各项核安全相关活动。

从上世纪90年代开始,中国就一直实施核电厂事件报告制度,国家核安全局对安全质量的瞒报虚报“零容忍”、对违规操作“零容忍”。如果电厂瞒报,后果非常严重。严密监管体系下,中国现役核电机组迄今未发生国际核事件分级(INES2级和以上级别的运行事件。在世界核电运营者协会(WANO)综合排名中,中国在运的核电机组各项性能指标均处于全球中上水平,部分机组处于世界先进水平。

那么,为什么核安全局开展的首次装料前核安全综合检查报告中会出现“基本满足要求”的表述?而不是“完全满足”、“彻底满足”装料条件?这是否意味着综合检查不严谨、留有隐患?

从审评流程来说,以“基本满足”作为阶段性结论、敦促监督电厂在完成影响装料的整改项后才发放装料许可证,恰恰是出于表述严谨的需要。“基本满足”,并不等于核监管部门同意马上装料,而是“有条件地”批准:以三门为例,检查报告中提出的装料前还须完成的28项整改要求必须全部关闭。这些整改项,2017821日已经环保部华东核与辐射安全监督站核查后确认全部关闭。

国核工程有限公司是三门、海阳AP1000自主化依托项目4台机组的核岛总包方。该公司副总经理、总工程师王斌曾是AP1000项目管理机构JPMOSPMO的中方代表,在其看来,与美国核监管体系相比,中国的监管更细更多、队伍更庞大,中国核安全局的监管贯穿项目建设始终,美方监管则更宏观、更注重体系。“以PMS核心机柜为例,在美国符合大纲即可,到了中国需要补充测试、接受中方监督、审查,又增加了9个月作补充测试。”

核安全监管部门通过监管发现问题、提出要求;项目建设方分析原因、落实整改。这一过程的反复迭代,最终保证项目能全面满足核安全法规的要求。林诚格认为,从“基本满足”到“已具备装料条件”是不断发展的动态过程,不能简单地将“必须绝对保证安全”、“质量第一、安全第一”的最高要求和安全审评结论对立起来。

据澎湃新闻了解,针对AP1000依托项目,以三门项目为例,自20088月三门核电厂1号机组核岛基坑负挖验槽到20177月,国家核安全局和华东核与辐射安全监督站共对三门核电厂1号机组进行了68次核安全监督检查,期间共提出442项核安全管理要求,各项管理要求均已落实完成。

目前,三门、海阳1号机组处于热备用状态,系统、工况随时等待装料。海阳核电项目业主山东核电有限公司副总经理郭宏恩对澎湃新闻称,目前海阳项目现场有近1万人,1号机组具备装料条件,2号机组具备冷试条件,现场大部分土建安装已结束。为了确保装料后的安全和稳定运行,20178月份以来,现场开展了一系列实验准备、模拟机演练等工作。

质疑二:原定2013年投入商运的三门和海阳核电站之所以陷入“三边工程”(指边设计、边施工、边修改)的困境,关键在于AP1000所谓先进“非能动安全系统”的核心技术如屏蔽电机主泵、爆破阀等重要的安全级核心设备,从未在压水堆核电站领域生产和应用过,毫无任何经验数据支撑。

——目前来看,AP1000首堆的项目建成拖期了四年左右。工程实施过程中首次设备研制与鉴定的技术挑战、设备适应性的调整是拖期的重要原因。其中,由于技术复杂、要求高,主泵和爆破阀都曾是困扰依托项目的重要因素。主泵试验过程中推力盘、推力轴承、叶轮等部件,爆破阀的密封技术等都遭遇到了新技术的挑战与制造上的工程问题,鉴定试验持续了5年左右才完成。

国家核电技术公司副总经理、上海核工程研究设计院院长郑明光对澎湃新闻称,一项新技术研发,总是要通过模拟实际工况的反复试验来进行验证,这是工程技术界的普遍常识。三代核电是技术创新,因而需要通过反复的试验验证来证明其完全满足实际运行工况。到20161月为止,主泵、爆破阀问题已经解决。“冷试、热试结果充分说明,AP1000设计技术没有问题,主设备、主工艺没有问题。”

据介绍,屏蔽主泵已经有几十年高度可靠的运行业绩,但AP1000主泵,由于应用的领域不同,功率比以前的都要大,而且外围尺寸限制要求比较高,这给轴承设计带来了更大的难度。经过5年左右的研制,AP1000屏蔽主泵研制成功并在调试中得到有效验证,16台主泵运行正常,满足技术规格书要求。“设计技术规格书里明确了主泵的电源变化要求、水源的边界条件要求、主泵的整个效率、流量、扬程和惰转时间等一系列考核试验要求,同时考虑整个主泵的耐久性和寿命要求。”郑明光说。

AP1000主泵基础上,中国技术人员通过自主设计、国产化制造,完成了CAP1400主泵样机研制,并经过了第一阶段的试验,表明关键的四大指标流量、扬程、效率、惰转时间(安全指标)已经满足要求,正在推进耐久性试验要求。

爆破阀问题也已解决。郑明光介绍说,三代设备在原有基础上为了满足AP1000中应用环境和条件,开展了一系列的分析、试验,像爆破阀,包括淹没在高温水情况下的开启试验。由于三代的鉴定条件比二代要求要更加苛刻,一开始材料或密封技术达不到要求而遭遇试验失败,经过4年多的试验与精准研制,最后完全达到技术规格书要求,充分验证了爆破阀在各种预期条件下完全能够实现开启。同时创新性地解决了爆破阀的密封技术问题,设备全部实现了自主化、国产化。

从全球范围来看,采用全新核电技术的首堆往往容易拖期。目前三代核电技术首堆中拖期最久的是EPR首堆芬兰奥尔基洛托3号机组,该机组于2005年开工,原本计划是2009年投产的,现在估计将拖期9年。

质疑三:三门1号机组已发生约3万次的设计修改,而每一次修改无论是否有效,三门业主都要给西屋付费,导致1号机组的实际开支已由原定的210亿元飙升至目前的525亿元人民币,且还未见顶。而AP1000的知识产权却全部归西屋所有。

——关于造价,据澎湃新闻了解,三门一期两台机组原计划投资401亿元人民币,(2009年开工前国家发改委核准评估确定的金额),目前上升至两台机组525亿元人民币(2016年中咨公司审定的调概金额),而非外界质疑的“单台机组从原定210亿元飙升至525亿元”。

投资超支的主因是工程延期,也有部分影响来自设备价格的市场变化、福岛事故响应后的整改、进口税收政策调整、设计变更影响等。

需要说明的是,如果是由于中方采购设备特别是国产化设备的适应性设计变更,美国西屋公司会收取不符合项处理费用,三门、海阳4台机组该笔费用总计约为8.35亿元人民币。因此,此项并非造价上升的主要原因。

关于设计修改,核电站属于设备众多、建造要求严格的大型系统工程,设计修改经常发生,在IAEA和各国的核安全法规中对设计修改都有单独的规定。即便是已建造过、运行过的核电厂设计,在建造过程中也会有50006000项的设计修改。

首堆的设计在实施过程中会遇到各种建造性问题,因此必须进行设计修改。“设计修改不仅仅会在核电行业发生,所有的建造行业都适用。在制造和建造过程中肯定有偏差,这不可否认,这也是设计方留有裕量的主要原因。”王斌称。

从设计修改的程序来看,有着严格规定。设计改单一般分为设计性能修改、设备适应性修改与施工过程的现场设计调整。AP1000依托项目设计性能修改由美国西屋公司发起、编制、修改、审核、审查和批准均按照其质量保证程序及变更控制程序进行管理和控制。在审查阶段综合考虑各相关方的意见(包括项目业主)后做出是否批准设计修改与变更执行的决定,重要的设计改进必须得到依托项目技术责任方美国西屋公司变更控制委员会的批准才能在设计中得以执行。凡是影响原安全评价的设计修改,都必须提交国家核安全局审评、批准,以防止设计修改降低原设计的安全性水平。

由于西屋原始设计问题而产生的设计改进,中方无需向西屋付费。

关于知识产权,西屋公司在进行技术转让时曾承诺,中国消化吸收后的AP1000单机功率在突破135万千瓦后,中方将拥有完全知识产权,其技术出口也将不受西屋限制。

通过AP1000技术的消化、吸收,中方研究开发了具有中国自主知识产权的CAP1400。由于核心技术与关键设备和材料已全部实现自主化设计和国产化制造,相比于AP1000,未来CAP1400机组的经济性较为明显。

质疑四:2012年,美国核管会(NRC)给其本土两个AP1000核电站颁发的“建造运营许可证”是“有条件的”许可。尽管美国采用的是AP1000升级版(安全标准比中国三门、海阳高),但NRC仍然保留了“30多项重要系统(包括非能动安全系统)的测试试验项目”未予认可,明确要求“西屋公司必须提供可靠的监测、试验、评估数据且得到NRC认可批准后,核电站才能装料调试”,西屋公司答复“只能等到中国三门和海阳核电站投运后才可能提供全部测试数据”。也就是说,美国本土的AP1000核电站只有有了充分试验数据才能“装料调试”,中国AP1000则是在诸多重要试验缺失的情况下就想要“装料运行”。三门、海阳核电站“装料投运”前,到底是已有可靠的监测试验评估数据,还是要靠“撞大运”冒险闯关?

——美国颁发核电厂“建造运营许可证”,是“有条件的”许可原则。与中国分阶段许可制不同的是,美国核电厂审评采用“一步法”,即电厂业主在获得建造和运行联合执照(COL)后,即可开始核电厂的建造,条件具备后即可装料而无需另发许可证。

因此,美国核管会(NRC)给核电厂颁发“建造运营许可证”,都是“有条件的”许可,即规定若干检查、试验、分析和验收准则(ITAAC),电厂需要在后续工作中陆续关闭所有ITAAC,得到NRC认可(某些情况下还需要经公众听证通过)。这是美国核电厂装料前的正常流程。

30多项重要系统(包括非能动安全系统)的测试试验项目”不是未予认可项,NRC只是要求这些项目要通过实堆试验,得到实堆的试验结果,进行分析、评价,再提交NRC审评认可。

中国核安全局一直跟踪关注美国AP1000联合运行许可证(COL)和检验、试验、分析、接受准则(ITTAC)项目的进展,并要求三门、海阳核电厂1号机组完成COLITAAC的工作。在201710月三门核电厂1号机组首次装料前专项检查中,装料前所有COLITAAC行动项均已确认落实关闭。因此,不存在质疑提出的中国依托项目要靠“撞大运”的情况。

三门、海阳依托项目完成所有装料前调试,已经验证了系统功能和安全性、可靠性。在依托项目调试中,三门、海阳两个项目的1号机组按照国家核安全局批准的《机组调试大纲》完成了装料前的调试工作,各完成调试试验项目399项,充分验证了系统功能和系统安全性、可靠性,仅针对非能动安全系统就开展了包括26项系统试验在内的完整的调试试验,试验结果均满足设计要求,验证了非能动安全系统的性能以及电厂建造与设计的一致性和符合性,符合国际、国内通行法规要求和做法。国家核安全局对非能动系统调试试验进行了重点监督,见证了试验过程,认可了试验结果。经过国家核安全局审评和多次现场检查,认为三门现场装料前的准备工作是充分的,具备装料条件。

关于DCD版本,中国企业和核能协会已作过澄清,中美施工建造都采用的是AP1000 DCD19设计,不存在版本代差。

DCD是设计控制文件的简称,是美国核电供应商按照NRC要求编制、提交的申请核电厂设计许可证的文件。按照美国联邦法规10CFR52NRC文件规定,DCD得到设计许可(DC)后也可以修改升版,修改的内容包括:核电设计的优化和标准化,以及按照政府新法规的强制性要求所进行的修改。

美国西屋公司在取得设计许可证后,继续对AP1000的设计进行优化和标准化。其中,钢制安全壳外面屏蔽构筑物的设计修改,是DCD升版中一项最为重要的改进,旨在能抗大型商用飞机撞击。在这些修改过程中,产生了过渡版本DCD16版、DCD17版、DCD18版,至20119月,美国NRC正式批准了AP1000DCD19版,成为有法律效力的版本。

中国企业与西屋公司签订的技术转让合同中约定,AP1000的任何设计优化和修改成果,中方都有权得到。西屋公司在技术转让过程中兑现了承诺,向中方反馈了DCD升版的全部设计优化信息。目前,美国AP1000项目为DCD19版,三门、海阳依托项目也同步采纳DCD19版,存在差别的是美国用钢板混凝土结构屏蔽厂房,中国采用钢筋混凝土结构屏蔽厂房。依托项目还落实了部分福岛事故后的响应措施,来强化纵深防御能力。

质疑五:当三门和海阳原定8月的装料计划被搁置之后,有人把美国AP1000核电站停建和取消的原因解释为“并非技术有问题,而是纯属投资方的经济问题”。但在201794日,美国南卡罗来纳州州长亨利麦克马斯特办公室向公众披露,美国柏克德(BECHTEL)工程公司于20162月提交的一份独立评估分析报告显示,AP1000存在重大问题包括技术设计缺陷。

——美国境内的4AP1000机组分别是Vogtle核电站34号机组和V.C Summer核电站23号机组。4台机组皆于2012年获批,分别位于佐治亚州和南卡罗莱纳州,是美国本土30年来首次核准新建的核电项目。

当地时间731日,V.C Summer项目的业主方——Santee Cooper公司与SCANA集团子公司南卡罗莱纳州电力及天然气公司(SCE&G)分别发布声明,宣布停止V.C Summer项目两台机组的建设。此后后者向南卡罗来纳州公共服务委员会(PSC)提出申请,要求批准其放弃计划。

西屋电气首席运营Mark Marano在就V.C Summer项目停建发表评论时称,Santee Cooper公司董事会做出不再继续支持这两台机组后续建设的决定,是一个纯商业性的决定。Santee Cooper在对完成项目仍需投入的时间及成本进行分析后,结合公司自身的实际情况,得出的结论是完成该项目所需投入对于自身体量来说是难以承担的。另一个因素是目前美国政府给新建核电项目投产后的税收优惠政策是到2021年,会否延期仍不明朗。此外,Santee Cooper公司缺乏核电项目的管理经验。

815日,SCE&G宣布决定"自愿撤回"其放弃申请,原因是“为了回应利益相关方的关切,并允许政府官员有足够的时间进行审查。”Scana集团董事会主席兼CEO Kevin Marsh在当时的声明中称,基于EPC总包方西屋电气破产对固定价格施工合同的影响、公司对项目完工时间和成本的评估结果、合作伙伴Santee Cooper决定暂停施工等方面因素考虑,“放弃是谨慎的选择。”

关于重启该项目的可能性,Marsh称,首先必须有一个有意愿合作的伙伴,然后双方必须重新起草合作协议,以确定各自股份。

当地时间1221日,美国佐治亚州公共服务委员会宣布将继续建设Vogtle两台AP1000核电站的决定。当前,Vogtle 34号机组的建设工作仍在继续,Bechtel公司负责该项目的施工建设。两台机组预计分别于2021年和2022年开始商运。

最后,对于V.C Summer的独立评估报告,Bechtel报告的“重大问题”主要聚焦于项目管理,而非“技术设计缺陷”。

Bechtel的报告针对V.C Summer项目提出了8个重大问题,1) 虽然财团的工程,采购和施工计划和时间表是一体化的,但计划和时间表并不反映实际的项目情况;2) 财团缺乏成功项目成果所需的项目管理整合;3) 业主和财团之间缺乏计划的愿景、目标和责任;4) 合同似乎并没有特别有效地为业主或财团服务;5) 详细的工程设计尚未完成,将影响采购和施工的绩效;6) 发布的设计通常不可施工(注:西屋虽已发布文件,但状态为冻结,即暂时不能用于施工),造成了大量的变化并导致延误;7) 业主所采取的监管措施不利于建设方进行实时、适当的成本和进度减缓;8) 财团合作伙伴(Westinghouse Electric CompanyCB&I)之间的关系紧张,在很大程度上是由商业问题引起的。

Bechtel为此给出了若干建议,主要是创建一个新的“更容易实现”的项目计划。同时,要求西屋尽快完成设计,并释放超过1000张状态为“冻结”的图纸,把现场改单改入施工图等。

综上所述,报告原文所指出的问题、风险,所谓“重大问题”主要是指项目管理方面,而非“重大技术设计缺陷”。当然,该报告反映的西屋工程设计滞后的确属实,这也是造成依托项目工期延误的主要原因。三门海阳一期设计已完成。

质疑六:当年田湾核电站主泵(由俄罗斯供应,且已有多年运行经验)仅仅做了一个局部的轴封改动,国家核安全监管部门就要求必须做“8000小时连续运行”的耐久性试验才算过关;而西屋公司头一次推出、从未在核电站领域验证过的AP1000主泵,却只需达到“累计运行500小时”就算耐久性试验成功,还宣称“保证60年免维护”。国家核安全监管部门对两个主泵的耐久性试验要求为何会有如此巨大反差的双重标准呢?

——主泵的运行机理。机械轴密封主泵依靠机械轴密封系统保持一回路冷却剂不从轴封处漏出,轴与轴封之间有一定的机械接触。轴密封系统一般用几个换料周期后必须更换,所以轴密封泵必须至少能运行一个换料周期以上,轴封泵可在现场维护。相比机械轴密封泵,屏蔽泵结构简单,但制造难度大,精度要求极高,需要很强的精密制造能力,不易在核电现场进行维护。

根据屏蔽主泵技术原理,在正常运行过程中,主泵没有机械磨损,磨损主要发生在启停过程中。如果一切正常,主泵在全寿期启停次数约为100次以内。而AP1000主泵耐久性试验要求经历50个循环、每个循环10种模态,共500个模态的耐久性试验中,设置了500次不同转速下停泵和500次启动的试验,加上累计500小时额定工况(高温高压下)运行试验考核。耐久性鉴定试验表明轴承的磨损量远远低于预期,并确认即使高达3000次的启停,在60年运行过程中磨损量也不会超过设计考虑的磨损裕量。

也就是说,500次启停完全包络了AP1000主泵实际启停次数要求,500小时覆盖了材料和部件的疲劳设计要求,更多的启停次数和运行时间试验要求并不代表更严苛的技术要求。

屏蔽主泵是精密设备,任何的设备部件异常,都会导致振动幅值超标或立即停泵,三门与海阳首台机组正常运行时候的主泵振幅小于10μm。据了解,目前16台主泵各个工况下的累计运行时间超过了20000小时。

国家核安全监管部门按照质保体系和法规要求,对耐久性试验方案进行审查。耐久性试验方案是由设计/研制单位提供,这是国际通行做法,设计/研制单位通过提供包括试验方法、工况、条件、时间等,供监管部门审查,从而确认耐久性试验是否充分验证了泵的性能和稳定性。

质疑七:20161128日,《世界核新闻》报道:尽管西屋公司为GDA审查已努力10年,但英国仍认为“绝不能高抬贵手”,因发现“AP1000在关键领域存在明显隐患,可能会发生严重核事故、导致灾难性的损害”。

——根据英国核安全监管规定,在英国使用新核电技术建设核电站之前,都要先通过以严苛、漫长著称英国通用审计审查(GDA)。这一审查主要针对新建核反应堆设计通用安全性和环境影响进行评估,这两个领域分别由英国核能监管办公室(ONR)和英国环境署(EA)负责,审查活动独立于政府。

20173月,AP1000已通过英国GDA审查,负责审查的英国核监管办公室(ONR)在GDA总结报告中,相信AP1000设计适合于在英国进行建造和运行。对于GDA问题关闭阶段提出的设计变更,ONR认为不会对AP1000通用设计造成重大影响。

国家核安全局对GDA审查意见高度关注并做好关闭。2011年,英国完成对AP1000的阶段性审查,提出51个遗留问题。国家核安全局高度关注国际上各国核电监管机构的审评经验和实践,通过核二司工作单[2017]22号,组织核与辐射安全中心针对GDA审评总体进展和审评计划,以及内部灾害、结构、PSA、事故分析、仪控、电气、燃料设计、反应堆化学、辐射防护、设备、人因等方面的51GDA遗留问题进行调研,了解英国GDA51个遗留问题在国内AP1000依托项目的解决情况。

2017215日,核与辐射安全中心组织召开了英国AP1000项目GDA51个遗留问题的内部讨论会,会上对这51个遗留问题的背景情况以及审评关注情况进行了重点说明。

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