研究堆老化管理程序实施构想
时间：2021-04-02 08:06:29 来源：达达文档网 本文已影响 人 
【摘要】研究堆运行的安全性目标要求制定能够促进老化管理的规定。在整个寿期中，对研究堆上具有安全重要性的系统和设备进行老化管理，是为了确保反应堆具有充足的安全延续性和运行可靠性，并且满足运行限值和条件的要求。在实际执行中，研究堆的老化管理程序应通过联动现有的管理程序来完成，并也要从运行经验中总结教训。研究堆运行组织应建立老化管理数据库，使运行条件最优化并减少老化现象。以49-2反应堆为例进行了构想。
【关键词】研究堆 老化管理 数据库
为了保证研究堆安全运行，要防止安全重要系统和设备的老化，需要制定并执行有效的老化管理程序。执行老化管理程序的过程是一个对研究堆进行有目的的监控、持续记录监控数据，并对工况和程序进行改进和优化的动态过程。有效的老化管理可以及时发现系统和设备的老化情况、并对这些衰退进行修正，之后通过总结经验教训，对工况和管理程序进行积极的优化和修改，缓解或防止衰退影响的再次发生。本文以49-2反应堆为例，探讨了满足上述要求的研究堆老化管理程序建立和实施的过程。
一、IAEA对研究堆老化管理的要求
（一）文件背景简介
IAEA于1988年成立了一个内部工作组，开始研究堆老化问题的研究通过七年左右的研究，IAEA于1995年发布一部用于指导研究堆老化管理的技术文件：《研究堆老化管理》（IAEA-TECDOC-792）；2010年，IAEA发布了全新的用于指导研究堆老化管理的安全标准：《研究堆老化管理》（IAEA安全标准丛书No.SSG-10）。本文按照这两本文件的要求，探讨了研究堆的老化管理。
IAEA的老化管理文件中认为研究堆的设计、运行和利用体系同核电站有着本质的不同，因此即使材料的老化机理相似，也要为核电站和研究堆建立各自不同的单独管理标准。
（二）研究堆老化概述
研究堆上系统和设备产生的老化现象可以被认为是不需要的结果或机能失效。系统和设备产生老化现象的原因是它们处于某种频繁的工况中，受到特定的老化机理刺激，长时间后产生老化现象。
老化现象分为物理老化和非物理老化。物理老化是指系统和设备的物理特性随着时间和使用而逐步的退化；非物理老化是指的是系统和设备与当前的知识、标准和技术相比过时了。研究堆的老化管理需要同时考虑这两种老化情况。
（三）研究堆老化管理概述与重要性
老化管理的定义是：通过采用工程、运行、维修的方法和行为，把反应堆系统和设备的老化情况控制在可接受的范围内。当前，老化管理系统已经成为研究堆综合管理系统的一个重要组成部分。
研究堆开展老化管理的目的是为了确保研究堆的安全水平具有充分性和延续性，运行可靠，并符合运行限值和条件的要求。因此，老化管理要通过执行有效的程序，来监测、预测、及时发现并缓解安全重要系统和设备的退化，维持它们在寿期内的完整性和功能有效性。有效的老化管理，不但可以发现和评价系统和设备在一定工况下的老化后果，也能及时采取措施预防和缓解老化后果。
老化管理会加强研究堆的安全性，并将促进研究堆长期稳定有效的运行。IAEA认为，研究堆在整个寿期内都应对安全重要系统和设备进行老化管理，整个寿期分为以下五个阶段：设计、建造、调试、运行和退役。
IAEA认为新建研究堆所需要的高额费用，为加强现有研究堆的延续运行提供了一个充分理由：没有基于明确“设计寿命”而设计的研究堆，因为系统和设备老化的不确定性，所以研究堆没有明确的“寿命期限”，加强研究堆的老化管理，可以缓解系统和设备的老化情况，满足反应堆运行的安全目标，从而达到延长研究堆运行寿命的目的。
（四）研究堆老化管理程序
IAEA的老化文件中认为研究堆老化管理程序应包含以下要素：（1）筛选需要进行老化管理的系统和设备；（2）确定和判断老化衰退；（3）使老化衰退最小化；（4）发现老化现象，监测并判断其发展趋势；（5）缓解老化衰退；（6）对老化管理程序进行持续性的改进；（7）持续记录。
研究堆老化管理应分成四个关联并互相影响的动态步骤：设计、执行、记录和评估。设计的步骤包含要素（1），执行的步骤包含要素（3）和（5），记录的步骤包含要素（7），评估的步骤包含要素（2）、（4）和（6）。执行步骤用来执行设计步骤中制定的程序，记录步骤用来持续记录执行步骤的结果，并为评估步骤提供素材，评估步骤的结果用来持续分别改进设计、执行和记录这三个步骤，这个动态的管理过程可以缓解老化衰退，达到持续安全的目的。
设计步骤要求确定老化管理的内容、标准和对象。内容和标准的来源有：监管部门要求，设计要求，安全分析报告，运行限值和条件，管理部门确定的管理要求等。研究堆上拥有众多系统和设备，应集中资源，对具有安全重要性的系统和设备进行老化管理，因此要对所有系统和设备进行分级。IAEA提供了两种分级方法，分别为直接使用文件附件中的设备分级推荐，或具体依次按照安全重要性进行分级。在设计步骤中要对设备进行分级，确定管理目标后再确定管理标准。
IAEA认为评估老化对系统和设备安全性的影响，是一个持续的过程，可以通过定期检查和相关方法来进行评估。在实际操作中，老化管理应当联动现有的管理和检修程序来进行，程序包括：维护、检查、监控、性能测试、周期试验、无损检验（包括目视检验）等程序，并应从运行经验中总结教训。研究堆上进行的例行维护、定期试验和检查程序与老化管理程序密切相关，安排适当时，对相关系统和设备进行上述工作时，就是同时在执行老化管理程序。
记录是指将执行老化管理过程中得到的相关数据，进行全面、持续的记录。
通过对老化管理记录数据的评估，可以发现系统和设备的老化情况，判断并确定老化程度，得到的结果可以用来：指导老化管理行动，使老化影响最小化；改进老化管理程序，完善老化管理内容。
（五）研究堆老化管理数据库
研究堆开展老化管理时，应使用数据库来记录系统和设备的可靠性和维护历史。从上文中可以看出，研究堆老化管理的动态过程中，老化管理数据库具有重要的承上启下作用，它是发现老化现象、预测老化发展和改进老化管理的基础。
老化数据库的作用有：（1）证明并评估老化影响；（2）预测未来性能；（3）决定维修的类型和时机，并决定老化管理程序的修改；（4）使运行条件的最优化和减少老化衰退；（5）发现新的老化现象。因此，数据库记录的数据应包括以下三种类型的数据：基准信息，运行记录，维护记录。
老化数据库的规模和性能，直接决定着老化管理程序实施的效果，因此应该重视老化数据库的设计和建造。
二、以49-2反应堆为例的老化管理实施构想
根据对IAEA相关研究堆老化管理规程的学习，按照设计、执行、记录和评估四个步骤，以49-2堆为例进行了老化管理程序实施构想。
在设计阶段，首先要对49-2堆各系统和设备进行全面分类，找出需要进行老化管理的安全重要设备。根据《49-2堆维修大纲》中物项分类清单中的记录，49-2堆现有11大类系统、65类设备。将这些系统设备与IAEA提供的需要进行老化管理的系统和设备名单相比较，其中共有46类设备属于安全重要设备，需要进行老化管理。在这其中有15类设备，49-2堆认为其所属的安全重要性与IAEA所推荐的不同，还需要按照逐级判断法对这些设备进行具体的安全重要性判断。
在对这些设备进行老化管理时，设计的要求、标准应满足49-2堆的安全分析报告、运行限值和条件、老化管理规程（1份大纲和8份子程序）和其他相关规程（35份）的要求。综合考虑这46份文件中对系统和设备的操作、检查和维护要求，并结合相关材料的老化机理，才能使老化管理全面并具有可操作性。在之后老化管理的实施过程中，会发现管理可能存在需要增加或减少的部分，应总结经验，对老化管理程序进行持续改进。
老化管理数据库是持续记录安全重要设备运行状况数据的工具，通过长期对系统设备的运行、检查和维护数据和资料的记录，并与基准数据和资料进行比较、判断其发展趋势，可以及时发现系统和设备的老化现象，并对此展开分析。下文将具体讨论老化数据库的设计和实施。
在充分记录老化相关信息和数据的基础上，可以通过评估的方式，来开展更多的缓解老化影响、优化运行状况和改进相关管理程序的工作，实现研究堆长期安全稳定的运行。
三、以49-2反应堆为例的老化管理数据库设计构想
49-2堆老化管理数据库需要记录的数据类型包括：系统和设备的基准信息，反应堆运行时的可测量数据，维护数据（包括定期检查、维护、维修和实验测试数据）。数据的来源涉及到9个组：运行组、控制组、剂量组、机械组、电气组、回路组、仪表组、化学组、物理组等。初步统计需要记录的数据达到186项，其中每1至2年检查一次的数据达到33项，每1至6个月需要检查一次的数据有22项，每次开堆前后需要检查一次的数据达到49项，开堆期间每1至6小时需要检查一次的数据有82项（其中有37项需要一小时记录一次）。
传统的记录方法：将纸质记录数据二次输入进电脑数据库的方法，已经很难满足老化管理数据库数据输入的要求。原因为：（1）老化管理数据量巨大，即使设有专职的输入人员，也很难满足数据录入量的要求，并且手工二次输入非常容易产生错误；（2）数据来源复杂，监控一个设备老化数据的取得，可能来源于多个组和方式；（3）难以长久持续记录。
为此，通过调研，设计了一个解决方案：设计一套整体的数字化数据库，在一次记录数据时就将数据数字化。它由三部分组成：数据录入端、数据转移端和数据库。数据录入端是指用平板电脑等便携式电子记录设备，在上面按照原有记录方式设计电子表格，取代原有纸质记录方式，在记录一手数据时，就直接将数据电子化；数据库是指按照老化管理程序的要求而编写的数据分类、保存和分析程序，它可以将各种来源的数据自动汇总、分类，按照预先设定的要求进行数据的储存和处理（例如绘制运行趋势、比较标准数据、运行相关计算等）；数据转移端是指运用某种方式将录入端的数据转移到数据库中，当前有两种方式，通过无线网络或者优盘，考虑到保密的要求，应选择优盘作为数据转移端。
这套解决方案在当前已广泛应用于其他行业中，技术成熟稳定，可以实现长期制作全面老化管理数据库的要求。
四、总结
本文通过学习IAEA的研究堆老化管理规程，并结合49-2反应堆的实际情况，探讨了研究堆老化管理的实施过程，在此过程中，有如下体会：
（1）有效的老化管理可以大大提高研究堆运行的安全性，并能为研究堆延长运行期限提供有效的数据支持依据；
（2）有效的老化管理程序实施过程应该是一个动态的、持续改进的过程，它不但能及时发现、预测老化的发生，更能缓解和避免老化产生的不良影响；
（3）对设备按照安全重要性进行分类，和联动现有管理和维护程序，是老化管理程序是否具有可实施性的关键；
（4）原有的管理和记录手段已不能满足实施有效老化管理程序的要求，所以应该广泛借鉴当前其他行业成熟的技术和方法，来提高研究堆老化管理的有效性。
参考文献：
[1]国际原子能组织.研究堆老化管理（IAEA-TECDOC-792），1995.
[2]国际原子能组织，研究堆老化管理？IAEA安全标准丛书，1995.
