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核电厂紧固件采购质量保证的几点建议l


  高强紧固件在核电厂应用十分广泛,在核电厂的构筑物、系统管道、设备及设备支撑上都有使用。2015年国内某高强紧固件厂质量事件发生后,从国家主管部门到核电厂,投入了大量人力物力排查其带来的安全隐患,付出了巨大代价,教训极其深刻。该事件的主要责任者是制造厂,但是,核电厂和采购单位对核电厂安全重要物项紧固件(以下简称核电厂紧固件)采购过程质量控制存在的薄弱环节也是不可忽视的。国家核安全局发布了《关于进一步加强核电厂紧固件等大宗材料质量管理的通知》(国核安发[2016]195号,以下简称195号文件),对核电厂营运单位及设计单位提出了10项管理要求,并在附件《核电厂紧固件入厂(场)复验指南(试行)》(以下简称“复验指南”)中明确规范了核电厂紧固件入厂复验的检验项目和抽样方案及其他质量控制要求。设计单位也针对核电厂紧固件编写了专用的技术条件。但是,对核电厂紧固件采购、制造过程如何进行质量控制和检验验收尚未作出具体要求。因此,研究核电厂紧固件采购和制造过程的质量风险和控制措施非常必要。本文分析了核电厂紧固件制造过程抽样检验和验收判定存在的风险,提出防控方法和措施,供同行探讨和参考。

联系人:邵冬根 联系方式:13382299969

  

一、核电厂紧固件特殊性能和抽样检验特点

  用于核电厂安全重要物项的高强紧固件,其产品技术要求、性能和产品质量指标已经不同于一般意义上的高强紧固件,从核电厂系统设备角度看,它应是一个与所属的核安全设备具有同样安全等级、质量保证等级和抗震类别的重要零部件,与所属系统设备共同执行安全运行功能。用于核安全设备的紧固件(以下简称核安全紧固件)的技术规格书也是一个突出核安全特殊要求的技术文件,其内容重点强调的是紧固件的安全质量特性。核安全紧固件所具有严格的原材料选材要求,性能检验项目繁多,检验指标和试验要求严格构成了核电厂紧固件区别于一般高强紧固件的显著特点。

  紧固件就本身结构复杂性而言,它是一个很普通的机械零件。核电厂紧固件因其在核电厂安全重要设备中扮演着与安全设备同样的安全重要功能,使得它已经超出一般高强紧固件的意义,更重要的意义是它在伴随系统设备共同执行核安全功能中扮演的重要角色决定了它从出生到服役的整个过程都需要与质量性能检查、检验、抽样检验等诸多检验方法相伴终生。

  核电厂紧固件从原材料到产成品,抽样检验和判定方案贯穿于在产品质量的原材料检验、产品制造过程的质量检验、产品最终验收检验各个环节。从被检验项目性质角度分类,可以分为非破坏性检验项目和破坏性检验项目两大类。整个制造过程的检验应用了抽样检验、百分比抽样检验、全数(100%)检验和经验抽样检验等方法。

  抽样检验国家标准是协调或平衡供需双方经济利益的桥梁。采用抽样验收方法的主要动力是经济性,供需双方可以节约主观讨论的时间,既保证被接收批具有一定质量,又可显著节约检验工作量和检验费用。抽样检验国家标准在我国应用近二十年,广泛用于各个行业。这些标准适用于批产品(如材料、零件、部件、整件和系统)的质量检验,也可用于产品在制品的检验。本文关注的问题是应用抽样检验技术过程的风险及其控制。抽样检验国家标准已经明确告知应用者,抽样检验验收要接受风险的,供需双方都希望使自己的风险最小。这就需要供需双方合理地选择抽样方案,控制各自的风险。适当利用抽样验收国家标准,对双方都有利。抽样检验与过程控制技术的国家标准有可靠的理论依据。非国家推荐的抽样方法(如百分比抽样等)往往缺乏理论依据,目前已经被淘汰。当前技术文件中应用百分比抽样检验方法应该停止使用。

  鉴于核电厂紧固件的失效会直接影响核电厂系统设备的安全功能,任何不合格的紧固件都不应该接收。所以,核电紧固件采购和制造过程应用抽样检验技术时应该注意这些风险与核安全可靠性指标的关系,注意这些核电紧固件与所属系统设备共同执行安全运行功能时是否能够接受这些风险?进一步防范这些风险需要采取哪些措施?尽量减少核电厂设备维修、大修等活动中因紧固件不合格带来延误工期和经济损失。本文对非破坏性检验项目的抽样方案和破坏性检验项目抽样检验两个方面存在的风险进行分析并提出应对措施。

  二、非破坏性检验项目抽样方法风险及其防范措施

  (一)非破坏性检验抽样方案的风险分析

  核电紧固件采购制造过程的非破坏性检验项目主要包括紧固件几何尺寸检验、产品形位公差检验、硬度检验,无损检验,螺纹尺寸和公差等项目的检验。这里研究和分析抽样检验风险,目的是为了找出减少风险的措施。

  按照抽样检验的理论,只要抽样检验就有风险。目前我国尚没有专用于核电紧固件的检验验收标准,国内紧固件件行业常用的紧固件检验验收标准是GB/T 90.1《紧固件验收检查》。通用的抽样检验标准是GB/T 2828.1-2012《计数抽样检验程序第1部分按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划》、GB/T 2828.2-2008计数抽样检验程序第2部分按极限质量(LQ)检索的孤立批检验抽样方案》等标准。这些国家标准都是与ISO国际标准、和美国军用抽样检验标准接轨的标准,广泛用于各行业的非破坏性抽样检验和判定。本文关注的是,这些国家标准在适用范围中对应用的条件和用户接收概率均作出了明确说明。

  GB/T 90.1《紧固件验收检查》在文件应用范围中阐述了该标准不适用于高速机械和有特殊要求场合使用的紧固件。该标准在术语和定义章节的3.13合格质量水平(AQL)、3.14极限质量(LQ)中已经告知用户,在一个抽样方案中同一高的接收概率对应的质量水平(AQL),其接收概率大于或等于95%。同一低的接收概率对应的质量水平(LQ),其接收概率小于或等于10%。也就是说用户接收不合格批紧固件产品的概率为10%。

  GB/T 2828.1《计数抽样检验程序第1部分按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划》、说明了使用方风险质量(consumer’s risk quality)。对抽样方案,相应于某一规定使用方风险的批质量水平或过程质量水平。该标准注明的“使用方风险通常规定为10%。”

  GB/T 2828.2-2008《计数抽样检验程序第2部分按极限质量(LQ)检索的孤立批检验抽样方案》是为孤立批设计的,较适合用于核电厂紧固件的成品检验。但是该标准也是按极限质量(LQ)的接收概率为10%设计的。

  上述国家标准中告知了应用本标准使用方接受不合格产品的风险是10%。核电厂作为用户在控制采购、制造过程的质量时应用本标准时用户需要考虑接收风险。目前我国尚没有专用于核电紧固件的检验收标准。应用这些标准意味着接受这些风险。10%的不合格品批接收风险会在后续核电厂大修中出现再次检验确认合格的工作量,存在贻误大修进度的风险,也增加紧固件使用过程的再检验、再鉴定和合格判定工作,给核电运行维修造成直接损失。更严重的是这个风险数值与核安全紧固件所在安全重要系统设备的安全可靠性指标不相匹配的,给安全重要系统设备运行带来安全隐患,直接威胁到核电厂的安全稳定运行。核安全重要相关系统设备和零部件的可靠性要求一般在10E-6\10E-5量值之间。笔者认为:两者之间差距很大,是数量级的差别。作为通用的紧固件行业来说是可接受的。但是对于有特殊要求的核电厂紧固件来说,无论从核电工程或大修工作过程进度控制角度、还是从设备安全可靠性指标匹配角度和安全稳定运行角度,核电行业不可能接受这么大的风险数值。应积极采取措施尽可能减少和防范这些风险。

  (二)防范措施建议

  目前核电有些核级紧固件技术文件给出的非破坏性抽样检验方案是先按一定的样本空间实施抽样检验,抽样检出不合格后再进行100%检验,把100%检验作为最后的无奈之举。笔者建议:对于抽样检验原理和国家标准中已经明确的风险,应采取的主动防范风险措施。抽样、检验与判定是产品检验验收工作的三个要素。防范措施也从三个要素着手进行。

  建议之一,针对应用抽样检验标准存在10%不合格批接收概率,对非破坏性项目无论在产品制造过程中还是在出厂验收检验中不采用抽样检验方案,直接进行100%全数检验。

  对非破坏性检验项目直接进行全数检验的优点是,提高核电紧固件可靠性,把抽样检验带来的风险降至最低。提高非破坏性项目质量标准,对不合格品“零接收”。努力把紧固件的可靠性与核电安全重要系统设备的可靠性设计理念相匹配。保证核电紧固件与核电厂安全重要设备同样执行安全运行功能,使得核电紧固件不能成为安全重要设备的短板。努力采取措施提高核电紧固件可靠性与核安全文化和理念高度一致。

  对非破坏性检验项目直接进行全数检验的缺点是增加了检验费用。是用经济代价减少了安全风险。从产品制造成本角度分析,非破坏性检验工作主要增加的是检验人工工时费用和测量设备使用费用。相比破坏性检验项目来说这些费用所占检验费用的比例是很小的。

  更重要的意义在于消除了以10%的概率接收批不合格品的风险,可保证后续紧固件的安装、替换工作节约宝贵的时间,不再因为这些风险造成工程、大修工期延误,免去了再检验、再鉴定工作。换取来经济效益更大。从核安全角度看,消除安全隐患带来的核安全效益是巨大的,无法用经济指标衡量的。

  建议之二,是在检验之前,确认检验设备、检验量具、检验人员满足检验条件。一般制造单位都应具备这些条件,计量误差和测量误差应该在所用的设备和量具给予保证。采购合同订立之前,核电厂采购人员应对制造商这些要素予以确认。

  建议之三,是针对单件紧固件检验采取“0收,1拒”的判定方法,在进行100%检验过程中作为单个紧固件检验验收的判定原则。在100%检验方案中,批质量合格的概念变成了单件紧固件合格的概念。这里所说的“0收,1拒”的判定方法是指,一个单件紧固件产品包含多个被检验的几何参数、形位公差、表面质量、硬度等,只要其中一个参数不合格,则判定为该单件紧固件不合格。

  严格的判定方案、100%检验方案、合格的检验员和设备三者同时并用构成非破坏性检验抽样方案的风险防范措施的整体。用三个措施保证紧固件非破坏性检验项目合格验收顺利进行,把采用抽样检验带来的约10%的风险减到最低。努力实现不合格紧固件不进场(厂),也为后续执行《核电厂紧固件入厂(场)复验指南(试行)》打下基础。保证紧固件非破坏性检验项目有复验合格的把握。针对我国出现的浙江高强紧固件事件,和国内制造行业实际情况,核电厂作为采购方,结合实际做出非破坏性检验验收方案十分必要。

  三、破坏性检验抽样方案的风险及防范措施

  (一)破坏性检验抽样方案的风险

  核电紧固件的破坏性检验项目较多,如:拉力试验;保证载荷试验;冲击试验;表面硬度试验材料的化学成分(杂质含量)测定;金相试验,包括芯部淬火组织检查、表面脱碳或增碳检查;镀层的厚度、耐蚀性和氢脆等试验。破坏性检验项目的一个特点是检验费用大,成本高,抽样数量有限。用少量的样本的破坏性检验来验证整批产品的质量,其抽样方案的风险肯定大于非破坏性抽样检验,既理论上远大于10%。需要技术人员根据应用功能制定出比较科学的抽样方案是具有很大难度的。目前我国尚无产品破坏性抽样检验国家标准。核电紧固件技术文件给出的抽样检验方案,基本上属于经验抽样检验方法。