設(shè)備可靠性分級(jí)在AP1000核電機(jī)組的應(yīng)用

沈秀波

摘要：設(shè)備可靠性分級(jí)主要識(shí)別電站各設(shè)備關(guān)鍵度等級(jí)，進(jìn)而采取不同的管理策略。設(shè)備可靠性分級(jí)是電站可靠性工作的基礎(chǔ)，它直接支持預(yù)防性維修大綱、定期試驗(yàn)大綱及系統(tǒng)監(jiān)督方案開發(fā)等工作，該方法能夠識(shí)別不可見的設(shè)備失效，為設(shè)備定期試驗(yàn)提供支持，設(shè)備功能組管理將具有同一隔離邊界的設(shè)備同時(shí)維修，便于維修計(jì)劃的安排，提高工作效率。AP1000核電機(jī)組可靠性分級(jí)方法與傳統(tǒng)分析方法有著很大區(qū)別，該文主要講述了AP1000核電機(jī)組的設(shè)備可靠性分級(jí)方法及優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)介紹了設(shè)備可靠性分級(jí)過程。

關(guān)鍵詞：可靠性 分級(jí) 預(yù)測(cè)性維修 AP1000

中圖分類號(hào)：TH218 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0074-02

以可靠性為中心的維修（RCM）是目前國(guó)際上流行的用以確定有形資產(chǎn)預(yù)防性維修需求，優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)分析方法。傳統(tǒng)的方法都是從系統(tǒng)功能入手，通過失效模式和影響分析（FMEA）確定系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備關(guān)鍵度級(jí)別，難度較大，AP1000核電機(jī)組采用簡(jiǎn)化處理方法，從系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備入手，分析各設(shè)備失效對(duì)系統(tǒng)和電站的影響，最后根據(jù)西屋給出的設(shè)備可靠性（ER）關(guān)鍵度問題清單來確定設(shè)備的關(guān)鍵度，同樣保證了設(shè)備關(guān)鍵度等級(jí)和預(yù)防性維修策略的合理性，同時(shí)節(jié)省了大量分析的時(shí)間。

1 AP1000設(shè)備可靠性分級(jí)方法介紹

設(shè)備可靠性分級(jí)方法采用了規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的方法，失效模式進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理便于分析，列出系統(tǒng)功能和功能失效對(duì)系統(tǒng)和電站的影響，最后根據(jù)西屋ER關(guān)鍵度問題清單給出設(shè)備分級(jí)。

1.1 ER關(guān)鍵度問題清單

西屋給出的ER關(guān)鍵度問題清單結(jié)合了設(shè)計(jì)可靠性保證大綱（D-RAP），最終安全分析報(bào)告（FSAR）第16章節(jié)中技術(shù)規(guī)格書（TS）、投資保護(hù)短期可用性控制（STACS）及美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)10 CFR50.6關(guān)于核電站維修有效性監(jiān)控的要求（維修規(guī)則MR）等對(duì)生產(chǎn)發(fā)電的影響將設(shè)備關(guān)鍵度分為四級(jí)等級(jí)，分別為高關(guān)鍵CC1、關(guān)鍵CC2、非關(guān)鍵NC和RTF，這份清單是可靠性分級(jí)的判定依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。CC（Critical Component）：關(guān)鍵設(shè)備。關(guān)鍵設(shè)備失效會(huì)失去或使支持電站的重要功能降級(jí)，主要是核安全和生產(chǎn)發(fā)電相關(guān)的一些設(shè)備。AP1000 ER分級(jí)將關(guān)鍵設(shè)備分為高關(guān)鍵（High-Critical，CC1）和關(guān)鍵（Critical，CC2）。遵循非計(jì)劃故障“零許可”原則，制定并應(yīng)用維修策略來預(yù)防非計(jì)劃故障。NC（Noncritical Component）：非關(guān)鍵設(shè)備。不滿足CC分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，也不滿足RTF 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但值得進(jìn)行預(yù)防性維修的SSCs。其失效會(huì)使人員安全、工業(yè)安全、環(huán)境安全或輻射安全危害的增加變得不可接受，如直接支持關(guān)鍵設(shè)備工作的SSCs；或更換部件用時(shí)長(zhǎng)，無法使所需設(shè)備得到及時(shí)修復(fù)的SSCs，均是非關(guān)鍵設(shè)備。RTF（Run-To-Failure）：故障檢修設(shè)備，不需進(jìn)行預(yù)防性維修，故障后果和風(fēng)險(xiǎn)是可接受的設(shè)備，該設(shè)備一直運(yùn)行到需要維修為止，此時(shí)采取糾正性維修。

1.2 設(shè)備功能和功能失效

設(shè)備可靠性分級(jí)過程中列出系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備所有功能，如：泵有打水功能，內(nèi)部為高溫高壓或放射性液體時(shí)，有包容功能；閥門有開關(guān)功能；變送器有調(diào)節(jié)控制報(bào)警功能等。功能失效，就無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能。

1.3 失效模式和失效是否可見

在做設(shè)備可靠性分級(jí)將設(shè)備失效模式進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，便于分級(jí)有效開展，如泵失效模式為泵損壞，而沒有真正說明泵的失效模式為葉輪磨損等。失效模式是否可見對(duì)于日后工作有著極其重要的影響，設(shè)備在正常工作配置情況下，若發(fā)生失效，可以觸發(fā)報(bào)警、操縱員可以馬上發(fā)現(xiàn)及為可見失效，例如泵跳閘即為可見失效，備用泵無法啟動(dòng)則為不可見失效。

1.4 設(shè)備可靠性分級(jí)流程

設(shè)備可靠性分級(jí)時(shí)首先列出設(shè)備所有功能，然后分析每個(gè)功能失效對(duì)系統(tǒng)影響，進(jìn)而分析對(duì)電站的影響，最后根據(jù)ER關(guān)鍵度問題清單給出設(shè)備分級(jí)，如發(fā)電機(jī)定子冷卻水泵功能為“在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，從冷卻水箱向發(fā)電機(jī)定子線圈提供冷卻水”，失效為“定子冷卻水泵損壞”，失效對(duì)系統(tǒng)影響“定子冷卻水壓力降低后，備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)”，失效對(duì)電站影響“該設(shè)備故障將導(dǎo)致100%喪失冗余，從而增加電力生產(chǎn)迅速喪失的潛在風(fēng)險(xiǎn)”，最后根據(jù)西屋給出的問題清單，設(shè)備分級(jí)為“CC2-3”。分級(jí)時(shí)要根據(jù)預(yù)防性維修模板選擇設(shè)備工作頻度、工作環(huán)境，為以后掛接PM模板形成預(yù)防性維修項(xiàng)目提供輸入。失效在做設(shè)備可靠性分級(jí)時(shí)，首先確認(rèn)功能組內(nèi)主設(shè)備分級(jí)，其他設(shè)備再圍繞主設(shè)備進(jìn)行分級(jí)，因?yàn)橹髟O(shè)備的分級(jí)將影響到附屬設(shè)備的分級(jí)，如泵為關(guān)鍵設(shè)備，泵出入口隔離閥在泵需要檢修時(shí)隔離，無法關(guān)閉或關(guān)嚴(yán)將影響關(guān)鍵設(shè)備的修復(fù)，這時(shí)根據(jù)ER關(guān)鍵度問題清單判定即為NC-7，但若泵不是關(guān)鍵設(shè)備，隔離閥無法關(guān)閉這個(gè)失效分析中就為RTF。

2 分析方法特點(diǎn)

（1）與傳統(tǒng)的可靠性分級(jí)方法對(duì)比：核電是最早引入和應(yīng)用RCM方法進(jìn)行可靠性管理的行業(yè)之一，1984年，美國(guó)電力科學(xué)院（EPRI）將RCM應(yīng)用到核電站系統(tǒng)設(shè)備的預(yù)防性維修優(yōu)化中，取得了很好的成果。但是，隨著實(shí)際工藝系統(tǒng)的日益復(fù)雜化，系統(tǒng)中包含的設(shè)備數(shù)量和類型日益增加，經(jīng)典RCM方法在進(jìn)行該類系統(tǒng)分析時(shí)，單單是故障模式影響分析（FMEA）一項(xiàng)任務(wù)就得耗費(fèi)數(shù)月甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，影響了分析進(jìn)度，占用了大量的資源；同時(shí)，可能由于未能對(duì)一些關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行足夠詳細(xì)分析而影響了分析的質(zhì)量。本分析方法對(duì)傳統(tǒng)RCM進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，從系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備功能入手，開發(fā)出規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備可靠性分析流程，有效減少了傳統(tǒng)RCM方法人因因素導(dǎo)致的結(jié)果偏差，使不同人員得出相對(duì)統(tǒng)一的結(jié)果，減少管理成本，大幅提高分析效率，為電站設(shè)備制定科學(xué)合理的預(yù)防性維修策略、定期試驗(yàn)策略、性能監(jiān)督策略，從而提升電站整體可靠性水平，并大幅降低電站的維修成本。

（2）定期試驗(yàn)：一般來說大部分嚴(yán)重的事故都是由隱形失效設(shè)備（不可見失效）引起的，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，兩臺(tái)100%配置的發(fā)電機(jī)定子冷卻水泵，A泵運(yùn)行B泵備用，在2.4章節(jié)已經(jīng)提到，A泵跳閘為可見失效，B泵無法啟動(dòng)為隱形失效，正常運(yùn)行中A泵跳閘，B泵若無法啟動(dòng)將導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，B泵若能啟動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生任何影響，即隱形失效設(shè)備對(duì)于系統(tǒng)乃至電站運(yùn)行可靠性有著重要的影響，我們這套分析方法能夠識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的失效模式是否可見，然后根據(jù)分析的結(jié)果，對(duì)NC及CC隱形失效功能重要的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備和重要邏輯進(jìn)行定期試驗(yàn)，通過定期試驗(yàn)來提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備和重要邏輯的失效。

（3）功能設(shè)備組（FEG）：將具有相同隔離特征完成同一個(gè)功能的設(shè)備放到同一個(gè)組內(nèi)，即功能設(shè)備組，可以減少運(yùn)行隔離，便于維修計(jì)劃的安排，減少維修活動(dòng)的管理周期。分級(jí)工作前需要將工藝流程圖上同一功能設(shè)備組內(nèi)的設(shè)備框在一起并給出功能組編號(hào)，同時(shí)在自己開發(fā)的軟件設(shè)備可靠性平臺(tái)（ERM）上將設(shè)備劃在同一功能組內(nèi)?？煽啃苑旨?jí)結(jié)束后，將分級(jí)結(jié)果和所屬功能組同時(shí)導(dǎo)入到信息化管理系統(tǒng)中，生產(chǎn)計(jì)劃人員可以根據(jù)導(dǎo)入的信息合理的規(guī)劃?rùn)z修設(shè)備和項(xiàng)目，真正做到了組內(nèi)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢修隔離，大大提高了工作效率。

（4）預(yù)防性維修：我們對(duì)EPRI預(yù)防性維修模板（PM模板）進(jìn)行了本地化處理，根據(jù)設(shè)備可靠性分級(jí)關(guān)鍵度，關(guān)鍵（C）和非關(guān)鍵（NC），工作環(huán)境惡劣（S）和良好（M），工作頻度高（H）和低（L）形成八列與預(yù)防性維修項(xiàng)目和周期相關(guān)的列表。設(shè)備可靠性分級(jí)是基礎(chǔ)性工作，主要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備關(guān)鍵度進(jìn)行識(shí)別，為預(yù)防性維修大綱提供輸入，設(shè)備可靠性分級(jí)時(shí)需根據(jù)預(yù)防性維修模板（PM模板）選擇設(shè)備工作環(huán)境和工作頻度，設(shè)備工作環(huán)境、工作頻度均在預(yù)防性維修模板中有相應(yīng)定義。設(shè)備可靠性分級(jí)完成后，根據(jù)設(shè)備關(guān)鍵度等級(jí)、運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行工況掛接PM模板形成維修策略并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。

3 結(jié)語

隱形失效設(shè)備故障對(duì)系統(tǒng)影響更大，我們這套分析方法能夠識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)隱形失效設(shè)備，進(jìn)而開發(fā)定期試驗(yàn)，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備失效問題。AP913中關(guān)于設(shè)備可靠性的6個(gè)模塊中設(shè)備分級(jí)是基礎(chǔ)，為以后開發(fā)預(yù)防性維修大綱、定期試驗(yàn)大綱、系統(tǒng)監(jiān)督等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

以可靠性為中心的維修在中國(guó)起步較晚，雖然在中國(guó)核電行業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用，但很多核電廠還是無法擺脫傳統(tǒng)定期維修的觀念，浪費(fèi)了大量人力和物力，但整個(gè)電站的可靠性和可用性并未得到大幅度提升。對(duì)于任何一個(gè)大型工業(yè)體來說，至少有80%以上的失效與運(yùn)行時(shí)間無關(guān)，所以在做系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的預(yù)防性維修項(xiàng)目，更應(yīng)該注重預(yù)測(cè)性維修手段，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期失效征兆，減少不必要的定期維修，才能更好的保證整個(gè)電站的可靠性。

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