1 背景介绍

      田湾核电站采用俄罗斯V-428型压水堆核电机组设计，一期建设2座100万千瓦核电机组。

      根据中、俄两国协议，田湾一期的主要设备都由俄罗斯设计、制造并供货，但数字化仪控设计和部分机械设备（稳压器安全阀、安全壳隔离阀、设冷水系统板式热交换器等）由俄罗斯提供设备技术规格书，业主组织进行第三国采购。

      由于俄方提交的设备技术规格书中只采用俄罗斯的核电规范，且设备的级别为俄罗斯级别，而第三国供货商大都采用美国ASME规范或法国RCC-M规范，这样在第三国采购合同谈判中出现了设备级别的转化问题。由于不同规范系列无法完全等同，经中、俄和第三国供货商阀门专家的共同商谈，决定按照设备执行功能转化成ASME或RCC-M相应规范级别，同时要求供货商遵照俄规范要求修订一些制造、检验要求，保证不低于俄规范要求，使合同得以签订。但后来俄方又提出“俄2级阀门相当于ASME 1级阀门”，并要求修改合同，*终业主经筛选将部分2级阀门升为1级。

      对于俄方结论，以下问题仍需探讨：

      （1）俄2级阀门与ASME1级阀门是否确实完全相当；
      （2）俄、美两个规范体系在核电阀门的材料、设计、制造、安装、检验及试验方面的技术要求是否存在差异，存在哪些主要差异。

      本文尝试将两个规范对核电阀门的技术要求进行对比，并考虑到俄罗斯1级、2级设备的规范技术要求几乎完全一样，以及俄核电站实际设计没有1级阀门，故选择针对俄2级阀门与ASME 1级阀门的主要技术要求差异进行对比论述，希望为以上问题找到一个合理正确的答案和一些可以操作执行的建议，以期对未来与俄罗斯合作的核领域项目有所帮助。

      2 俄、美核电阀门所采用的主要规范

      俄、美对核电阀门要求所涉及的规范较多，限于篇幅，这里不一一列出，以下只对通常不太熟悉的俄核电阀门所涉及的主要规范，进行简要描述。

      2.1俄罗斯核电阀门所采用的主要规范

      （1）核电站安全保障总则（O∏Б-88/97，∏HAЭΓ-01-011-97简称“O∏Б-88”）。是俄标中层次的核电标准，相当于我国的HAF102，是必须遵照执行的法规。该法规对俄核动力厂安全保障的基本原则、系统和部件分级（根据部件对安全的影响分为1、2、3、4级）、核动力厂及其系统设计时的基本安全原则，以及核动力厂运行安全保障作出了相应规定；

      （2）核动力装置设备和管道的设置及安全运行规范（∏HAЭΓ-7-008-89，简称“008设备设置及安全运行规范”）。是俄罗斯核安全监督当局为各种类型反应堆（包括压水堆、石墨堆、钠冷却剂快堆等）核动力厂（包括核电厂、核供热厂、核热电厂等）设备和管道的设置及运行（但不包括退役）规定的总管理要求，它实际上包括了设备和管道（不是全部设备和管道，如阀门、包容系统部件和控制棒执行机构等另有专门规范作出相应规定）在设计、制造和安装方面的总要求，但某些专业性比较强的部分，如强度计算、焊接材料和焊缝的检验等，另行设置专门规范，而在本规范中只提原则要求。该标准根据设备和管道所在系统对核动力装置安全的影响程度，将核动力厂的设备和管道划分为质量A、B、C三类（类似ASME或RCC-M 的规范级），按“O∏Б-88”的分级原则，它们分别属于安全1、2、3级；

      （3）核电站设备和管道阀门的通用技术要求（OTT-87，简称“OTT-87”）。是俄制定核电阀门设计、制造和试验要求的主要文件，它是俄罗斯国家核安全局在1991.9.11对1987.9.4版本修改后批准的，该文件是阀门设计和制造必须遵守的；

      （4）核动力装置设备和管道的强度计算标准（∏HAЭΓ-7-002-86，简称“002强度计算标准”）。该规范包括正文部分和推荐性附录两部分，适用于载热剂温度不高于600℃的核动力厂设备和管道的强度评定。正文部分包括基本尺寸选择计算、静态强度计算、稳定性计算、疲劳强度计算、抗脆性破坏计算、持久疲劳强度计算、持久静强度计算、渐进性变形计算、地震作用计算和振动强度计算。附录部分包括确定结构材料机械性能的方法和确定强度特性的试验等；

      （5）核动力装置设备和管道焊接与堆焊的基本规则（∏HAЭΓ-7-009-89，简称“009焊接基本规则”）。该规则规定了在核电厂设备和管道焊接中，各个工序应遵循的准则，包括焊接材料的选用、坡口的加工、定位焊、预热、焊接、焊后热处理、补焊、标识等，可直接用于指导施工；

      （6）核动力装置设备和管道焊接接头及堆焊层的检验规则（∏HAЭΓ-7-010-89）。

      2.2美国核电阀门所采用的主要规范

      （1）ASME第Ⅲ卷（核动力装置设备建造规则，NB、NC、ND分卷）；
      （2）ASME第Ⅱ卷（材料）；
      （3）ASME第V卷（无损检验）；
      （4）ASME第Ⅸ卷（焊接及钎焊资格）；
      （5）ANSI B16.34（法兰、螺纹和焊接端连接的阀门）；
      （6）ANSI B16.41（核电厂动力操作能动阀门装置功能鉴定要求）；
      （7）IEEE-382（核电厂安全相关功能的动力操作阀门装置用驱动机构的鉴定标准）；
      （8）SP-61（钢阀液压试验）；
      （9）ANSI/ANS51.1-83（固定式压水堆核电厂安全设计准则）；
      （10）IEEE-308-1980（核电厂1E级电力系统准则）。

      3 俄2级阀门和ASME 1级阀门的主要技术要求对比

      3.1 总论

      俄规范OTT-87相当于核电阀门的通用技术条件，是对俄核电阀门的分级、材料、焊接、制造、检验、铭牌标示、防腐和包装等规定技术要求，以及对阀门电动执行机构规定一系列要求的重要文件。在俄“008设置及安全运行规范”中没有对阀门作出太多具体要求，相反在1.1.8条、1.2.7条、4.1.4条、6.1.4条中援引了OTT-87对核电站阀门的要求，可以说OTT汇总构成了美国ASME规范系列文件IEEE-382、ANSI B16.34、ANSI B16.41、SP-61所列出的阀门要求。

      在OTT-87中阀门的分级是根据“O∏Б-88”的安全分级1、2、3、4级和“008设置及安全运行规范”中规定的质量分级A、B、C类，以及阀门的设计压力、阀门所处位置是否导致运行人员接触有害介质、以及安装或运行后维修的可接近性作为划分原则来确定的，分为1A、2B∏a、2B∏b、2BШa、2BШb、2BШc、3CШa、3CШb、3CШc等级别（详见表1）。

      美国核电阀门的分级是根据标准ANSI/ANS51.1-83（固定式压水堆核电厂安全设计准则）分为安全1级、安全2级、安全3 级和非安全级， 电气部件按IEEE-308-1980（核电厂1E级电力系统准则）分为1E级和非1E级。

表1 俄罗斯核动力厂阀门的级和类（OTT-87）

      对比两个规范体系的分级差异，首先是俄标“O∏Б-88”的安全1级部件，它是指在安全系统投入后其故障仍要导致燃料元件破损超过设计基准事故的部件。这样，按俄规范只有压力容器和燃料组件为安全1级，按“008设置及安全运行规范”分为A类，而包括反应堆冷却剂系统主设备在内的一些按美国标准属于安全1级、规范1级的设备，按俄规范却属安全2级、质量B类，这是俄、美两个规范体系在对核电设备分级上的差异。关于俄安全分级、抗震分类与IAEA及中、美、法标准的对照，详列在表2中。

      从表2可以看出，两个规范体系在设备的抗震分类上也有异同，属安全1、2级的部件都采用抗震I类，都能抗SSE地震，这是俄、美规范体系类同的地方。但俄部分安全3级部件却采用抗震Ⅱ类要求，区别于美标准要求。

      另外，俄标“O∏Б-88”和OTT-87没有将电气部件单独分级，而是随同其机械部件的等级分为4级，这与美国标准分为1E级和非1E级差异较大。

      根据俄标“O∏Б-88”，允许电厂总设计师按总则要求对设备确定级别，例如蒸汽发生器、主泵、稳压器按俄规范为安全2级，质量B类，而实际核电厂设计提高到安全1级，质量A类（主管道仍为安全2级、质量B类）。但对于阀门，按“O∏Б-88”没有安全1级阀门，在俄核电站设计和建造中也没有提高到1A级阀门，虽然在OTT-87分有1A级阀门（表1），但实际上2B级阀门为其别阀门。 

      但我们不能仅根据定义认为俄别2B级阀门就与ASME别1级阀门等同，也不能简单地说俄罗斯标准文件的要求比美国的更“严格”，而应根据标准文件的每一个具体技术要求或条款去对比分析。

      3.2 在材料和半成品方面的要求对比

      由于俄、美两个规范体系的材料牌号完全不同，所以很难在此对比。总的来说，俄OTT-87没有对阀门材料和半成品提出太多具体要求，而是引用“008设备设置及安全运行规范”。该规范在第3节对材料和半成品的要求也很原则，而ASME NB2000则对核1级设备材料及其检验规定了操作性较强的具体要求。

      但ASME规范所缺乏的要求，需要引起重视。OTT-87对于主部件金属和决定阀门工作能力的成套配件的金属，直接制定了要求。在OTT-87的4.3条中规定：在部件与一回路冷却剂接触面积大于0.01m² 的不锈钢阀门中，限制钻含量为0.2%；而在ASME NB卷中没有明确此要求；法国RCC-MB2430中有规定，在与一回路冷却剂接触面积小于1m² 的非承压零件不检验钴含量，对于与一回路冷却剂接触面积大于1m²的非承压零件，限制钻含量为0.2%；这样看来俄规范对钻含量要求比ASME和RCC-M更严格。

      3.3 在设计方面的要求对比

      俄、美两个规范体系在核电阀门的设计要求上基本是类同的，只是对俄规范体系来说，安全1、2、3级或质量A、B、C类的部件在设计上的要求几乎没有区别，而美ASME Ⅲ中NB、NC、ND篇章分别对1、2、3级部件规定要求严格区分。

      通过具体对比，设计要求主要存在以下几点区别：

      （1）超压保护用安全阀的技术要求在两个规范体系里都有专门章节论述。在俄“008设置及安全运行规范”6.2条中，对安全阀的数量、通过能力和开闭的整定值，规定使被保护的设备和管道在阀动作的情况下压力不超过工作压力（要考虑设备和管道内瞬态过程的动态以及安全阀动作时间和动态）的15%，这样安全阀的开启整定值应不超过设备设计压力的115%，并规定在动作后，当压力达到不低于工作压力的0.9倍时将安全阀关闭。但在ASMEⅢ NB7000中规定，安全阀总的释放量应足以能防止被保护系统承压边界内任何设备的压力高于设计压力的10%以上，即安全阀的开启整定值应不超过设备设计压力的110%，并规定安全阀关闭的整定值不低于整定压力的95%。安全阀的整定值要求实质上属于系统设计范畴，不是阀门本身结构的设计，从俄、美两国标准的要求和实际电厂的设计来看，对于被保护的设备和管道，若按不超过110%设计压力考虑应力限值，则ASME规范的整定值要求是偏于安全的。另外ASMEⅢ NB7512还对安全阀整定压力的正负容差作了严格的要求，范围为3%；而俄规范在OTT-87的3.19条中，规定为安全阀的压力调整在额定开启压力范围的±7%；

      （2）俄罗斯阀门的设计计算是按照“核动力装置设备和管道的强度计算标准”进行的。与ASMEⅢ相比被确定在相吻合的条件下，在要求总构成方面，许用应力和应力限值等方面要求有差异。

      俄“002强度计算标准”中，不论部件等级如何，一律采用“分析法”设计，与此相应，在制定基本许用应力时，也采取统一的安全系数。

      例如，对于内压作用下的压力容器，其中许用应力[σ]为：

      其中R^T_m、R^T_p0.2分别为工作温度下材料的抗拉强度和屈服强度；

      η_m、η_0.2分别为对应于抗拉强度和屈服强度的安全系数。

      这样，在俄“002强度计算标准”中，对于1、2、3级部件，η_m、η_0.2都取固定的数值，不因部件等级不同而异，例如对受内压载荷的阀门η_m=2.6、η_0.2=1.5。

      而按ASME规范，1级阀门采用分析法设计，2、3级阀门则采用常规方法设计，这样2级设备的强度余量系数取值高于1级设备。在ASME-III中，η_m对2、3级部件取为4（大于1级部件的取值），作为允许对2、3级部件作简化分析的一种补偿。

      通过比较可见，对于工作在蠕变温度以下的俄2级阀门和ASME 1级阀门，俄“002强度计算标准”和ASME规范都是从屈服强度和抗拉强度来计算许用应力的。但由于ASME规范的抗拉强度安全系数取值比俄规范大，因此，对于铁素体材料在屈强比大于0.5时，ASME规范的许用应力总是小于俄规范要求。

      另外，两个规范体系的应力限值也因运行工况不同而有差异。例如不同载荷工况下1级螺栓应力限值的比较：在设计工况下，两个规范都不允许螺栓中的平均应力大于许用应力，由于俄规范的许用应力大，因此在设计工况下对于1级螺栓，ASME的安全裕度比俄规范要大；而在正常运行工况下，ASME规范规定螺栓中的实际使用应力可以高于许用应力值，不计应力集中，沿螺栓横截面平均应力的值不得超过许用应力的2倍，对应的俄规范对平均应力限值为1.3[σ]w。对于1级螺栓按照ASME规范相当于0.67R_p，0.2，而俄规范的限值为0.65R_p，0.2，这两个规范的限值是相当的。

      在不同运行工况下，两个规范螺栓应力限值对比见表3^[2]。

     由表3可见，对于1级螺栓，两个规范基本相当。但在设计工况下，ASME比俄规范更保守，而在其它使用工况下，俄规范具有较大的安全裕度；

      （3）OTT-87对于阀门电动执行机构的防护等级在17.1.3中提出安全壳内阀门不低于IP55，辅助厂房内阀门不低于IP44的防护等级要求，没有说明核级电气部件中的质量鉴定要求。美IEEE标准分为K₁、K₂、K₃三种质量鉴定等级，充分考虑了电气元件在核电厂各种工况下的性能要求，如LOCA条件下，电气元件应能承受高温、高压、高放射性等，是高于俄规范要求的；

      （4）在寿命和可靠性指标方面OTT-87阐述了美国标准文件所缺少的要求，例如，按照OTT-87第8节要求，电动截止阀在设计的动作循环次数内无故障运行概率应不低于0.95，而对于安全系统的快速切断阀和安全阀在动作25次时不低于0.995等等。俄阀门设计要求，在阀门设计阶段应按照指导文件PД24-207-06进行无故障运行概率计算，而ASME规范没有提及这方面要求；

      （5）OTT-87在附录4中列出了不同压力、温度，不同材料的管道在各种工况组合下传给阀门接管的荷载数据；而ASME规范未给出这些数值，但由具体设计准则和实际力学计算确定，俄阀门专家在文献^[6]中评价ASME规范所计算的管道传至阀门的扭矩比OTT-87中规定的低，这是可能的，因为列在标准里面、而不具体计算的规定数值应为可能的值，应偏于保守。    

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司