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Nuklearinspektorat: Qualifizierungsstelle ZfP Schweiz

Das heute gültige Kernenergiegesetz der Schweiz (KEG) wurde nach einer Überarbeitung des bis dahin gültigen Atomgesetzes gemeinsam mit der Kernenergieverordnung (KEV) im Jahr 2005 in Kraft gesetzt.

Für den Bereich der wiederkehrenden Prüfungen an sicherheitstechnisch klassierten mechanischen Anlagenkomponenten wurden weitere Festlegungen zum Themenkreis Instandhaltung in der Verordnung über Behälter und Rohrleitungen in Kernanlagen (VBRK) fixiert.

Die derzeit noch gültige SVTI-Festlegung NE-14 trifft detaillierte Regelungen für die wiederkehrenden zerstörungsfreien Prüfungen in Schweizer Kernkraftwerken. Sie wurde von der Schweizer Aufsichtsbehörde, dem Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI), als Bestandteil des kerntechnischen Regelwerks der Schweiz im Jahr 2005 in Kraft gesetzt. Es ist geplant, sie in absehbarer Zeit durch eine neu zu erstellende Richtlinie (ENSI-B08) zu ersetzen.

Im Oktober 2008 wurde die Richtlinie HSK-B07 der Aufsichtsbehörde in Kraft gesetzt. Darin werden die Anforderungen an die Qualifizierung von zerstörungsfreien Prüfsystemen für die WKP in Schweizer KKW festgelegt.

Wesentliche Elemente dieser Richtlinie sind die Anlehnung der Qualifizierung an die europäische ENIQ-Methodik und die Festlegung, dass eine Schweizer Qualifizierungsstelle bezüglich Unabhängigkeit und Fachkompetenz die Anforderungen einer akkreditierten Inspektionsstelle des Typ A nach ISO/IEC 17020 erfüllen muss.

Methodik der Qualifizierung

Wie in den meisten europäischen Ländern werden Qualifizierungen von ZfP-Systemen in der Schweiz in Anlehnung an die Methodik des „European Network on Inspection and Qualification“ (ENIQ) vorgenommen.

Die Grundlagen der ENIQ-Methodik wurden in Abstimmung mit Vertretern der europäischen Aufsichtsbehörden (National Regulators Working Group, NRWG) in den 1990er Jahren erarbeitet.

Die ENIQ-Methodik ist ein „Regelwerksrahmen“, der bewusst Spielraum lässt für die Anpassung von nationalen Regelungen zur Qualifizierung von Prüfsystemen an die teilweise recht unterschiedlichen Regelwerke der europäischen Länder für den Bau und den Betrieb von Kernkraftwerken.

Anforderungen der ENIQ-Methodik:

  • Einzelfallbetrachtung jedes Prüfobjekts und Identifikation der am Prüfobjekt wirkenden Schädigungsmechanismen zur Bestimmung der relevanten Fehlertypen und ihrer spezifischen Eigenschaften (Position, Orientierung, Morphologie, Verästelung usw.).
  • Bruchmechanische Bestimmung der maximal zulässigen Grösse für jeden relevanten Fehlertyp im spezifischen Prüfobjekt. Ableitung einer „Qualifizierungsfehlergrösse“ für den im Qualifizierungsverfahren sicher aufzufindenden Fehler unter Berücksichtigung des möglichen Fehlerwachstums bis zum nächsten Prüftermin und eines Sicherheitsfaktors zur Kompensation der Gerätetoleranzen und weiterer Unwägbarkeiten.
  • Für die praktische Demonstration (PD) eines Prüfsystems an Testkörpern und Mock-up‘s (Attrappen im Massstab 1:1) sind alle für den realen Prüfeinsatz vor Ort benötigten personellen und gerätetechnischen Elemente mit einzubeziehen. Relevante Behinderungen am realen Prüfort müssen in der PD berücksichtigt werden (räumliche Behinderungen, Temperatur, Feuchtigkeit, etc.).
  • Testkörper und darin enthaltene Testfehler für den Leistungsnachweis von Prüfsystemen müssen die tatsächliche Situation des Prüfobjekts und der angenommenen oder postulierten Fehler ausreichend genau nachbilden (Geometrie, Werkstoffe, Herstellverfahren, Oberflächenzustand etc.).
  • Das Herstellungsverfahren für künstlich erzeugte Fehler in Testkörpern muss so ausgewählt werden, dass die erzeugten Fehler eine möglichst gleichartige Signalantwort für das ausgewählte Prüfverfahren ergeben wie die aus Betriebsbelastungen entstandenen realen Fehler im Prüfobjekt.
  • Die Qualifizierung von Prüfpersonal in Praktischen Demonstrationen erfolgt im Allgemeinen als „Blindtest“. D.h. es sind Testkörper zu verwenden, welche eine dem Prüfpersonal unbekannte Population von Testfehlern enthalten.
  • Mittels „Technischer Begründungen“ (TB, Technical Justification gem. ENIQ) können bekannte physikalische und technische Zusammenhänge aufgezeigt werden. Dadurch wird es möglich, den Umfang von praktischen Demonstrationen zu reduzieren.

Mathematische Modellierung und rechnergestützte Simulation von zerstörungsfreien Prüfungen können zur Überprüfung der Plausibilität von Prüfkonzepten und Prüfergebnissen sowie zur Reduzierung des Umfangs von Praktischen Demonstrationen genutzt werden

Qualifizierungssystem in der Schweiz

Seit den 1990er Jahren werden in der Schweiz bereits Qualifizierungen von ZfP-Systemen durchgeführt. Sie wurden bis 2008 als Einzelprojekte unter der Leitung von

„Qualifizierungsteams“ mit direkter Beteiligung der Aufsichtsbehörde gestartet. Dabei konnten wichtige Erfahrungen gesammelt werden für die heutige Gestaltung des Qualifizierungssystems der Schweiz.

Im April 2008 wurde ein Vertrag zwischen den Schweizer KKW-Betreibergesellschaften und dem SVTI geschlossen über die Rahmenbedingungen für die Gestaltung des Qualifizierungssystems der Schweiz und die Einrichtung der Schweizer Qualifizierungsstelle für ZfP-Systeme (QSt) als selbständige organisatorische Einheit im Nuklearinspektorat des SVTI.

Das Qualifizierungssystem ZfP Schweiz besteht aus den folgenden organisatorischen Elementen:

  • Schweizer Kernkraftwerke (Qualifizierungsverantwortliche der KKW)
  • Qualifizierungsstelle ZfP Schweiz (QSt)
  • Lenkungsausschuss Qualifizierung (LAQ)
  • Fachbeirat Qualifizierung (FBQ)
Aufgaben und Verantwortlichkeiten der QSt
  • Die QSt ist verantwortlich für die regelwerkskonforme Durchführung und Bewertung von Qualifizierungsvorhaben. Sie prüft die von den Betreibervertretern vorgelegten Konzepte. Sie führt alle Arbeitsschritte durch, die für die fachkompetente und unabhängige Beurteilung von ZfP-Systemen erforderlich sind. Die QSt nimmt in der Schweiz die Funktion eines Qualification Body Typ 1 im Sinne der Terminologie von ENIQ wahr.
  • Nach Anmeldung eines Qualifizierungsvorhabens bewertet die QSt die vom KKW und der Prüffirma eingereichten Unterlagen über die Prüfobjekte, die Prüfaufgabenstellung, das Prüfsystem, die Prüfvorschrift sowie bestehende Leistungsnachweise und nimmt zum Qualifizierungskonzept des KKW schriftlich Stellung. Sie legt die definitiv gültigen Qualifizierungsumfänge fest.
  • Auf dieser Basis erarbeitet die QSt das definitiv durchzuführende Programm des Leistungsnachweises in Form einer Qualifizierungsvorschrift. Darin sind insbesondere enthalten: Art und Umfang von Praktischen Demonstrationen an Testkörpern, die Festlegung der Qualifizierungsfehlergrössen, die Beurteilungskriterien der PD sowie evtl. erforderliche weitere Unterlagen oder Technische Begründungen.
  • Die QSt überwacht und bewertet die Praktischen Demonstrationen. Technische Unterlagen, wie z.B. Prüfvorschriften und Technische Begründungen werden von der QSt geprüft und akzeptiert.
  • Die QSt erstellt für jedes Qualifizierungsvorhaben einen zusammenfassenden Qualifizierungsbericht. Sie archiviert alle relevanten Unterlagen des Qualifizierungsvorhabens in einem Qualifizierungsdossier und stellt Zertifikate aus.
  • Zur kontinuierlichen Verbesserung des Qualifizierungsprozesses wertet die QSt die Erfahrungen aus den Einsätzen qualifizierter Prüfsysteme in den Schweizer Kernkraftwerken aus.
Aufgaben des KKW (Kraftwerkbetreiber) und der Prüffirma
  • Ein Qualifizierungsvorhaben wird in der Regel vom betreffenden Kraftwerk durch Eingabe einer Anmeldung und eines Qualifizierungskonzepts bei der QSt initiiert. 
  • Das anmeldende Kraftwerk schlägt in einem Qualifizierungskonzept den aus seiner Sicht sinnvollsten Weg der Qualifizierung vor.
  • Das anmeldende Kraftwerk ist zuständig für die Bereitstellung der für eine Qualifizierung nach Schweizer Regelwerk erforderlichen Informationen über die zu prüfenden Kraftwerkskomponenten (Prüfobjekt), die Prüfaufgabenstellung und das vorgesehene Prüfsystem, bestehend aus der Prüfvorschrift, dem Prüfpersonal und der gesamten gerätetechnischen Prüfausrüstung.
  • Dazu zählen insbesondere:
    • Definition der Prüfaufgabe (geltendes Regelwerk, spezielle Auflage, usw.)
    • Eigenschaften der Prüfobjekte (Werkstoffe, Geometrien, Herstellung, Reparaturen usw.)
    • Ergebnisse vorangegangener Prüfungen
    • Schädigungsmechanismen und Fehlertypen am Prüfobjekt
    • Bestimmung der maximal zulässigen Fehlergrösse im Prüfobjekt (z.B. bruchmechanische Bestimmung)
    • Vorschlag der Qualifizierungsfehlergrössen
  • Verantwortlich für die Bereitstellung des zu qualifizierenden Prüfsystems ist im Allgemeinen eine Prüffirma. Sie ist beauftragter Unterlieferant des verantwortlichen Kraftwerks.  In ihrer Rolle als fachlich kompetenter Partner ist die Prüffirma zuständig für die Bereitstellung aller Unterlagen über das von ihr entwickelte Prüfsystem:
    • Prüfvorschrift mit Beschreibungen und Vorgaben für die Arbeitsprozesse
    • Festlegungen zu Anforderungen und Ausbildung des Prüfpersonals
    • Beschreibung der Prüfgeräte und des notwendigen Zubehörs
    • Technische Begründungen, wenn vom KKW oder der QSt angefordert
  • In Abhängigkeit von den Besonderheiten eines Qualifizierungsvorhabens kann es erforderlich werden, Technische Begründungen im Sinne der ENIQ-Methodik zu erstellen, z.B. über die Auswahl des Prüfverfahrens, über das gewählte Gerätesystem, über die Gestaltung von Testkörpern und Testfehlern oder über das gewählte Vorgehen beim Leistungsnachweis des Prüfsystems.
Aufgaben und Verantwortlichkeiten des LAQ
  • Der Lenkungsausschuss macht strategische Vorgaben für die Entwicklung des Qualifizierungssystems ohne auf das operative Geschäft der Qualifizierungsstelle Einfluss auszuüben. Er überprüft die Arbeiten der Qualifizierungsstelle auf Einhaltung der Bestimmungen des Vertrags über „Errichtung und Betrieb“ der Qualifizierungsstelle.
  • Er koordiniert die Qualifizierungsvorhaben der Schweizer Betreiber.
  • Der Lenkungsausschuss besteht aus Vertretern der Schweizer Betreiber und des SVTI.
Aufgaben und Verantwortlichkeiten des FBQ
  • Der FBQ erarbeitet Lösungsvorschläge zu übergeordneten fachlichen und methodischen Fragen der Qualifizierung von ZfP-Systemen in der Schweiz.
  • Der FBQ wird besetzt mit fachkompetenten Vertretern der Schweizer Betreiber, des SVTI und der Aufsichtsbehörde.
  • Der FBQ fungiert auch als Schiedsstelle in strittigen fachlichen und methodischen Fragen der Qualifizierung von ZfP-Systemen in der Schweiz.
Testkörper

Die Testkörper mit den darin enthaltenen Testfehlern sind der entscheidende Massstab für die Beurteilung des Leistungsvermögens von Prüfsystemen. Sie müssen deshalb die tatsächliche Situation des Prüfobjekts und der erwarteten oder postulierten Fehler ausreichend genau nachbilden. Vereinfachungen bei der Gestaltung von Testkörpern sind zulässig, wenn sie technisch begründbar sind.

Die Herstellung von wirklichkeitsnahen Testfehlern in Testkörpern ist eine der herausforderndsten Aufgaben in einem Qualifizierungsvorhaben. Passende natürlich entstandene Fehler mit bekannten Abmessungen stehen in der Regel bei Qualifizierungen nicht zur Verfügung. Das Herstellungsverfahren für künstlich einzubringende Fehler in Testkörpern muss deshalb so ausgewählt werden, dass die erzeugten Fehler eine möglichst gleichartige Signalantwort für das ausgewählte Prüfverfahren ergeben wie natürlich entstandene Fehler im Prüfobjekt. Die künstliche Erzeugung von Testfehlern sollte die Werkstoff- und Gefügeeigenschaften in der Umgebung der einzubringenden Testfehler möglichst nicht verändern.

Testfehler, die für die Qualifizierung von Ultraschallprüfungen gut geeignet sind, können möglicherweise für die Qualifizierung von Oberflächenrissprüfungen mit Wirbelstrom ungeeignet sein.

Aus diesen Gründen wird die vom Betreiber vorgeschlagene Gestaltung von Testkörpern und Testfehlern von der QSt überprüft und in der Regel in einer Technischen Begründung definitiv festgelegt.

Darüber hinaus ist es Aufgabe der QSt, die Positionen, Abmessungen und gegebenenfalls weitere relevante Charakteristika von Testfehlern in den hergestellten Testkörpern unabhängig von den Angaben der Herstellfirma in angemessener Weise zu verifizieren.

Ablauf eines Qualifizierungsvorhabens

Qualifizierungskonzept

Die SVTI-Festlegung NE-14 regelt die wiederkehrend durchzuführenden zerstörungsfreien Prüfungen in Schweizer Kernkraftwerken. Darüber hinaus können Sonderprüfprogramme oder kraftwerksspezifische Auflagen der Aufsichtsbehörde für die Definition einer Prüfaufgabe ausschlaggebend sein.

Das jeweilige Prüfziel wird abgeleitet von den an der zu prüfenden Komponente wirkenden Schädigungsmechanismen. Ausgehend von den tatsächlichen Betriebsbelastungen sind die aufzufindenden Fehlertypen und ihre spezifischen Eigenschaften möglichst vollständig zu

erfassen, z.B. mit Hilfe des Alterungsüberwachungsprogramms. Dadurch kann das Prüfziel der WKP sinnvoll festgelegt werden.

Aus Betriebsbelastungen entstandene Fehler sollen von Prüfsystemen für die WKP möglichst frühzeitig erkannt werden, bevor sie zu sicherheitstechnisch relevanten Auswirkungen führen können.

Deshalb muss für jeden Fehlertyp die maximal zulässige Grösse am konkreten Fehlerort ermittelt werden. Aus dieser maximal zulässigen Fehlergrösse wird durch den Kraftwerksbetreiber unter Anwendung eines Sicherheitszuschlags, der auch die Toleranzen des Prüfsystems und das mögliche Fehlerwachstum im festgelegten Prüfintervall berücksichtigt, die für den Leistungsnachweis des vorgesehenen Prüfsystems massgebliche Qualifizierungsfehlergrösse vorgeschlagen.

Den auf diese Weise ermittelten Qualifizierungsfehler muss das vorgesehene Prüfsystem auch in ungünstigen Positionen sicher auffinden können.

Für den Leistungsnachweis eines Prüfsystems müssen die realen Einsatzbedingungen am Prüfobjekt vor Ort berücksichtigt werden. Insbesondere sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:

  • Zugänglichkeit und räumliche Einschränkungen am Prüfort
  • Umgebungsbedingungen (Medium, Lage, hohe Temperaturen)
  • Prüfung unter Wasser (z.B. Innenprüfung RDB)
  • Hohe radioaktive Strahlungsbelastung

 

Auswahl und Beauftragung einer Prüffirma

Aufgrund des Prüfziels legt der Betreiber das anzuwendende Prüfverfahren und die Prüftechnik fest. Zur Erreichung des Prüfziels können auch mehrere Prüfverfahren/-techniken erforderlich sein. Basierend darauf wird der Betreiber einen Lieferanten auswählen. Dabei sind Lieferanten im Vorteil, die bereits bestehende Leistungsnachweise vorlegen können, welche dem Prüfziel möglichst nahekommen.

 

Technische Begründungen

Technische Begründungen sind im Schweizer Qualifizierungssystem immer dann gefordert, wenn für ein Prüfsystem Festlegungen getroffen werden, die über den allgemeinen Wissens- und Erfahrungsstand eines auf Stufe 3 nach ISO 9712 zertifizierten ZfP-Experten hinausgehen.

Die Notwendigkeit der Erstellung von Technischen Begründungen und ihre Themenstellungen werden zwischen Betreiber und QSt abgestimmt.

Fakten und Erkenntnisse, die im Rahmen eines Qualifizierungsverfahrens praktisch demonstriert werden, bedürfen im Regelfall keiner Technischen Begründung.

Die Technische Begründung Prüfsystem (TB PS) hat einerseits die Funktion die von der Prüffirma geltend gemachten Einzelnachweise zu beschreiben, die Einflussparameter zwischen Nachweis- und Qualifizierungssituation zu vergleichen und ihre Relevanz für die aktuelle Prüfaufgabe und das vorgeschlagene Prüfsystem zu begründen, andererseits mittels Darlegung dokumentierter Nachweise des zu qualifizierenden Prüfsystems den Umfang der Praktischen Demonstrationen zu rechtfertigen (wenn möglich eine Reduktion des Umfangs oder gar ein Verzicht).

Die Technische Begründung Testkörper (TB TK) beinhaltet die Gestaltung von Testkörpern und Testfehlern. (siehe auch Kap. 6.1.3.)

 

Bestehende Leistungsnachweise und Qualifizierungen

Leistungsnachweise welche bei ausländischen Qualifizierungsstellen erbracht wurden, werden im Rahmen schweizerischer Qualifizierungsvorhaben durch die QSt überprüft und wenn möglich übernommen.

Zu diesem Zweck besteht eine enge Zusammenarbeit mit ausländischen Qualifizierungsstellen. Insbesondere zählen diejenigen Qualifizierungsstellen dazu, welche ebenfalls nach der ENIQ-Methodik vorgehen.

Gleiches gilt für die "Performance Demonstration Initiative" (PDI) des "Electric Power Research Institute" (EPRI) in den USA. Dort werden Qualifizierungen auf Basis des für WKP geltenden ASME BPV Code durchgeführt. Wiederkehrende Prüfungen folgen den Vorgaben der Section XI dieses Codes. Qualifizierungen von Ultraschallprüfungen werden z.B. nach den Festlegungen des Appendix VIII dieser Section XI praktiziert.

 

Festlegung des Qualifizierungsumfangs

Aufgrund des vom Betreiber festgelegten Prüfverfahrens und den bereits bestehenden Leistungsnachweisen schlägt er der QSt im Qualifizierungskonzept den Qualifizierungsumfang, d.h.

  • zu erstellende technische Begründungen
  • Art und Anzahl der praktischen Demonstrationen
  • Art und Anzahl der Testkörper und Testfehler
  • Art der Personalqualifizierung

vor. Nach Prüfung der eingereichten Unterlagen wird die QSt den definitiven Qualifizierungsumfang festlegen.

 

Qualifizierungsvorschrift

In der Qualifizierungsvorschrift dokumentiert die QSt ihre Festlegungen zum Qualifizierungsumfang. Zudem legt sie darin die technischen Details zur Durchführung der praktischen Demonstration fest und definiert die dabei anzuwendenden Beurteilungsprozeduren und –kriterien.

 

Praktische Demonstration

Mit der praktischen Demonstration wird das Leistungsvermögen eines Prüfsystems (Prüfausrüstung, Prüfvorschrift, Prüfpersonal, inkl. Manipulator) nachgewiesen. D.h. sie betrifft sowohl die Datenaufnahme wie auch die Datenauswertung. Sie wird vom Betreiber organisiert und von der QSt gemäss der Qualifizierungsvorschrift überwacht, protokolliert und bewertet. Als Ergebnis einer praktischen Demonstration können sich auch Verbesserungen der verwendeten Prüfvorschrift ergeben, die dann vom Prüfpersonal rasch umgesetzt werden müssen.

Die Qualifizierung von Prüfvorschrift und gerätetechnischer Prüfausrüstung kann auch als „offener Test“ an Testkörpern mit bekannter Fehlerpopulation durchgeführt werden.

Bei komplexen mechanisierten Prüfsystemen kann der erforderliche Leistungsnachweis in zwei getrennten Schritten erfolgen:

  • Separate Demonstration des Messsystems und der Datenauswertung an Testkörpern mit einfachen Manipulatoren, die nicht für den Prüfeinsatz vor Ort vorgesehen sind.
  • Demonstration der gesamten für die reale Prüfung vorgesehenen Gerätetechnik an Attrappen in einem anschliessenden „Integraltest“.

 

Bestandteil einer praktischen Demonstration sind Interviews der QSt mit Personal für die Datenaufnahme sowie die Datenauswertung. Damit überzeugt sich die QSt ob die Vorgaben der Prüfvorschrift konsequent eingehalten werden. Bei fehlerhaften Prüfergebnissen soll dadurch zudem versucht werden die Ursache zu ergründen.

 

Qualifizierungsdossier

Das Ergebnis der Qualifizierung eines Prüfsystems wird von der QSt in einem Qualifizierungsbericht dargestellt.

Dokumente, die wichtiger Bestandteil eines Qualifizierungsprojekts sind, werden gemeinsam mit diesem Ergebnisbericht in einem Qualifizierungsdossier zusammengefasst.

Unterlagen über Eigenschaften von Testfehlern in nicht offenen Testkörpern („Blindtestkörper“) werden in der QSt getrennt archiviert und sind nicht Bestandteil der projektspezifischen Qualifizierungsdossiers.

Der Anmelder eines Qualifizierungsprojekts, in der Regel das betreffende KKW, erhält eine Kopie des Qualifizierungsdossiers ohne Angaben über nicht offene Testkörper.

Zertifikate

Nach erfolgreicher Qualifizierung eines Prüfsystems werden von der QSt Zertifikate für die Prüfvorschrift und das Prüfpersonal ausgestellt.

Im Zertifikat der Prüfvorschrift werden der aktuelle Geltungsbereich und die genaue Kennzeichnung der qualifizierten Prüfvorschrift mit Revisionsnummer angegeben. Nach dem Schweizer Regelwerk ist die Qualifizierung von Prüfvorschriften ohne zeitliche Begrenzung gültig.

Zertifikate für Prüfpersonal werden entsprechend dem tatsächlich durchgeführten Leistungsnachweis der jeweiligen Person ausgestellt. Nach dem Schweizer Regelwerk ist die Qualifizierung von Prüfpersonal für fünf Jahre gültig. Nach Ablauf der 5 Jahre kann sich das Prüfpersonal bei der QSt requalifizieren.