關(guān)于核電壓力容器設(shè)備可靠性的研究

郭飛

摘 要：當(dāng)前，對(duì)核能利用是否安全的關(guān)鍵就在于核設(shè)施是否可靠，以及可靠的程度核對(duì)核設(shè)施運(yùn)行的監(jiān)管質(zhì)量上。壓力容器是核電廠中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行的性能對(duì)核能發(fā)電的安全有著直接的影響。因此，本文主要以核電廠的立式充水罐為例，從設(shè)備功能分解、可靠性建模兩個(gè)方面進(jìn)行了分析探討，以使核電設(shè)備的安全性得到保證。

關(guān)鍵詞：核電壓力容器;設(shè)備;可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.170

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們?cè)谏嫔罘矫嫘枰哪茉磿?huì)越來越多，因此，人們開始了對(duì)清潔能源的探索，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，并獲得可持續(xù)發(fā)展。在這個(gè)過程中，核能由于其自身的優(yōu)勢(shì)，尤其是能源經(jīng)濟(jì)性較高，并具有環(huán)境友好性，使其成為當(dāng)前解決人類面臨的能源問題的一種重要的途徑。但是，核能在人們研究利用的過程中，既為人們的生產(chǎn)生活提供了方便，為人們帶來一種清潔能源，又使人們?cè)馐芎耸鹿蕩淼臑?zāi)難。不過，在各國核領(lǐng)域?qū)＜也粩鄬?duì)核能的利用進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，當(dāng)前已經(jīng)逐漸的解決了核反應(yīng)理論上的難題，當(dāng)前，對(duì)核能利用是否安全的關(guān)鍵就在于核設(shè)施是否可靠，以及可靠的程度核對(duì)核設(shè)施運(yùn)行的監(jiān)管質(zhì)量上。壓力容器是核電廠中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行的性能對(duì)核能發(fā)電的安全有著直接的影響。此外，可以使用多種方法來評(píng)估壓力容器的性能，文章在評(píng)估核電壓力容器性能的過程走主要從可靠性的方面來制定方案，從而有效保障核電設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量。

可靠性主要是指在規(guī)定的條件下，產(chǎn)品在一定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行所要求的功能的能力。當(dāng)前，在多個(gè)領(lǐng)域都應(yīng)用了可靠性概念，比如汽車、電子產(chǎn)品等。近些年，在核電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中也逐漸的引入了可靠性概念，使核電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量在一定程度上有了保障。與常規(guī)的電子產(chǎn)品相比，核電壓力容器由于在結(jié)構(gòu)及功能上都有其特殊的性能，因此，分析其可靠性的思路和方法存在著很大的差異。本文主要以核電廠的立式充水罐為例，從設(shè)計(jì)角度分析壓力容器的可靠性。

1 設(shè)備功能分解

（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。組成充水罐結(jié)構(gòu)的部件非常多，為了使可靠性分析的開展更加順利、方便，首先，生成以可靠性分析為基礎(chǔ)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。相較于產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹具備下面幾個(gè)方面的特點(diǎn)：第一，不包含不具備特殊功能以及結(jié)構(gòu)的緊固件和標(biāo)準(zhǔn)件;第二，不包含不利于產(chǎn)品正常功能或性能的部件;第三，一些部件雖然所處位置不同，但是所具有的功能可能相同，對(duì)于這類部件，可以對(duì)其進(jìn)行合并。

充水罐就是根據(jù)其具備的結(jié)構(gòu)特征來對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行確定。對(duì)可靠性展開分析，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹是一個(gè)重要的基礎(chǔ)，利用構(gòu)建結(jié)構(gòu)樹，就能夠構(gòu)建起可靠性分析的基本框架構(gòu)建，以后在分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可靠性時(shí)就能夠通過結(jié)構(gòu)樹的脈絡(luò)來進(jìn)行。

（2）工況和環(huán)境分析。充水罐的運(yùn)行和使用條件是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，也是進(jìn)行可靠性分析的眾多環(huán)節(jié)中非常重要的環(huán)節(jié)，其規(guī)定是在設(shè)計(jì)規(guī)格書中作為設(shè)計(jì)輸入。在分析設(shè)備的故障模式時(shí)，要全面考慮到設(shè)備運(yùn)行工況以及運(yùn)行環(huán)境。

核電廠充水罐的工況通常分為設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與使用三種，其中，使用工況又分為三種，即正常工況、事故工況與預(yù)計(jì)運(yùn)行事件。

分析環(huán)境條件主要包括以下方面，設(shè)備在運(yùn)行期間環(huán)境的溫度、濕度，以及一些外部條件，比如工作介質(zhì)等。

（3）維護(hù)條件。對(duì)于絕大多數(shù)核電壓力容器來說，都屬于靜設(shè)備，不可維修，這也是核電壓力容器進(jìn)行可靠性分析時(shí)與其它的產(chǎn)品存在的不同。但是，為了使充水罐的可靠性得到保證，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行在役檢查，使產(chǎn)品能夠保證全壽期都可靠運(yùn)行。

（4）功能分解。充水罐主要有兩個(gè)方面的功能，第一，儲(chǔ)存去離子水，為補(bǔ)充換熱介質(zhì)提供方便，能夠保證時(shí)刻向反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充;第二，使罐體的結(jié)構(gòu)保證完整，使核電廠內(nèi)部管路及設(shè)備能夠保證穩(wěn)定。正是由于充水罐具有以上兩種功能，在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，需要在功能方面，對(duì)充水罐進(jìn)行分解。

2 可靠性建模

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析時(shí)，可靠性建模與預(yù)計(jì)也是非常重要的環(huán)節(jié)。進(jìn)行可靠性分析包括多個(gè)流程，其中的一個(gè)基本流程就是以可靠性建模為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后對(duì)產(chǎn)品的可靠性程度指標(biāo)進(jìn)行預(yù)計(jì)并評(píng)價(jià)。在產(chǎn)品從研制到生產(chǎn)使用的整個(gè)過程中，都貫穿著可靠性數(shù)據(jù)分析，此外，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行研制的過程中開展的可靠性工程活動(dòng)有一定的需求，而可靠性數(shù)據(jù)分析的任務(wù)與目的就由該需求所決定。但是，核電壓力容器的產(chǎn)品不能夠修復(fù)，并且核電產(chǎn)品不同于其它產(chǎn)品，自身具有特殊性，這就決定了對(duì)此類產(chǎn)品進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)沒有太大意義。同時(shí)，壓力容器類產(chǎn)品缺少相關(guān)的可靠性數(shù)據(jù)，并且樣本數(shù)量不足，這就決定了可靠性預(yù)計(jì)的說服力不大。因此，對(duì)核電壓力容器設(shè)備進(jìn)行可靠性定量評(píng)價(jià)，其主要目的不是進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，而是考查設(shè)備的使用壽命。此外，設(shè)備出現(xiàn)故障后，通過進(jìn)行分析可以將發(fā)生故障的原因找出來，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則進(jìn)行總結(jié)，比如，該筒體就是通過分析得到當(dāng)前使用的預(yù)防措施，如“采用裕度設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)”，“合理選材”等。在以后進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，按照這些設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使筒體的設(shè)計(jì)更加可靠。

3 結(jié)語

綜上所述，核電壓力容器設(shè)備與其它類型的設(shè)備相比，具有其自身的特殊性，要使設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行的質(zhì)量能夠得到保證，并且進(jìn)行有效的監(jiān)督，一個(gè)有效的方式就是對(duì)核電壓力容器進(jìn)行可靠性分析，這個(gè)方式也是未來對(duì)核電進(jìn)行設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展的方向。并且，在核電壓力容器的設(shè)計(jì)及制造中將可靠性概念引進(jìn)來，能夠有效的保證核電設(shè)備的安全性。

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