核電廠生產(chǎn)隔離信息化輔助可行性分析

鮑文軍

摘要：本文結(jié)合多年核電廠隔離工作經(jīng)驗，對核電廠隔離的隔離規(guī)則進行總結(jié)，并對核電廠生產(chǎn)隔離信息化輔助的實現(xiàn)方式進行探討，得出該類系統(tǒng)在基于設備信息充分的前提下在技術(shù)上是可行的。

關(guān)鍵詞：核電廠隔離信息化、核電廠隔離計算機輔助、隔離規(guī)則

1. 引言

核電廠隔離工作是核電廠日常生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，通過建立能夠可靠保障人身安全、設備安全、核安全的工作邊界，來確保核電廠日常預防性維修及檢修工作的安全順利進行。由于核電廠系統(tǒng)設備及圖紙資料數(shù)量龐大且接口復雜，工作人員在隔離的準備過程中易產(chǎn)生錯誤，從而導致隔離邊界失效事件發(fā)生。隨著計算機技術(shù)與核電控制系統(tǒng)的結(jié)合和發(fā)展，生產(chǎn)隔離的信息化成為可能，核電廠隔離信息化引入將幫助核電廠人員在隔離邊界確定、隔離執(zhí)行過程準備、隔離風險分析及隔離執(zhí)行經(jīng)驗反饋調(diào)取等環(huán)節(jié)提供便利和高效的輔助，同時可供運行人員對機組設備故障維修的運行策略進行推演輔助。

2. 隔離的定義及日常流程

隔離是指對明確界定的設備，按確定的狀態(tài)要求，進行操作后用掛牌、上鎖的方式禁止對其進行任何操作的運行行為，以避免人員在工作中受到傷害。

日常隔離準備在保證隔離邊界滿足工作需要的同時，需確保對日常生產(chǎn)影響降至最小，以在留有足夠的安全裕度的前提下產(chǎn)生經(jīng)濟效益。日常隔離存在周期如圖1所示：

隔離指令的確定需以受控制的、有效的圖紙和文件作為依據(jù)，以確保指令的準確有效。核電廠工藝系統(tǒng)流程復雜，接口眾多，極易在編制指令過程中產(chǎn)生錯誤。當前核電廠在隔離指令的編制過程中，通過管理手段設置多道審核的方式來盡量確保指令的正確性，并由此付出了大量的管理和人力成本。日常工單通常分為日常定期試驗工單和維修消缺工單，由于日常定期試驗工單相對工作內(nèi)容固定，在一個燃料循環(huán)時間內(nèi)可基本固化隔離方式，所以此類工單的隔離信息化輔助需求不大;而日常缺陷可能發(fā)生在任何設備，隔離編制的信息化輔助將體現(xiàn)其價值。日常工單按涉及維修專業(yè)分為機械、電氣及儀控三大類，其中涉及工藝系統(tǒng)的隔離需要牽涉的范圍最廣也最為復雜。以下針對工藝流體隔離的計算機信息化輔助實現(xiàn)形式進行闡述。

3. 工藝流體隔離的一般規(guī)則

隔離點確定準則如下：

1）工作對象不得作為其他工作的隔離邊界設備，因為其狀態(tài)在工作過程中可能需要改變，不能確保嚴格關(guān)閉。

2）如果系統(tǒng)/設備的隔離可能導致被其支持的系統(tǒng)/設備造成損壞，則被支持的系統(tǒng)/設備也應隔離。

3）設備隔離時應先隔離設備的電源，然后隔離設備的機械部分。

5）對于選擇作為隔離邊界的閥門應考慮設備的可達性;

6）盡量不以氣動閥作為隔離邊界，除非執(zhí)行特定的補充手段;

7）調(diào)節(jié)閥不能用于隔離目的的關(guān)閉，除非在得到批準并以適當手段保證其密封;

8）壓力控制閥和逆止閥不能作為隔離邊界;

9）蝶閥在作為隔離邊界時需格外關(guān)注其橡膠內(nèi)襯失效導致的隔離失效;

10）電動閥作為隔離邊界時，閥門本體及其電源的隔離點應掛牌，但如果無手輪或位置不可達的閥門本體可不掛牌;

11）針對電動/氣動閥門的驅(qū)動機構(gòu)上工作時，要求對供電和供氣進行隔離掛牌;并考慮閥門的開關(guān)動作對系統(tǒng)可能的影響，從而采取附加的隔離措施。

12）安全閥正向不能作為隔離邊界，反向可以作為隔離邊界;

13）針對高溫、高壓系統(tǒng)需要考慮使用雙重隔離保護，一般判斷標準如表格1：

如果如果需要使用雙重隔離但不具備實施條件的，可使用簡單隔離但必須采取補償措施確保隔離邊界的可靠性。推薦的補償措施包括：開工前進行"零能量"檢查、工作期間使用盲板封堵隔離邊界設備無源側(cè)管道等。

14）當其它隔離方式不可用時，冰塞可作為工藝流體的隔離手段，但對應的管道尺寸及設備影響應予以評估;

3. 隔離邊界點確認計算機輔助

通過對隔離點的確定準則可知，如果要實現(xiàn)計算機輔助，需要計算機程序模擬隔離指令編制人員對工作對象的隔離范圍進行確定，該項輸入需要在工單準備人在工作指令準備過程中予以確定，該輸入需涉及工作對象設備、是否涉及工藝管道開口、工作過程中是否會導致設備狀態(tài)改變等。

在隔離信息化系統(tǒng)中需對電廠系統(tǒng)設備進行數(shù)據(jù)庫建立，數(shù)據(jù)庫應包含以下信息：

1）主設備屬性：該設備可用性是否會直接導致系統(tǒng)功能的部分喪失。以驅(qū)動流體工質(zhì)閉式循環(huán)的系統(tǒng)為例，主設備屬性并非僅限于該系統(tǒng)的泵，該泵的入口閥及出口閥也應納入主設備。屬于此類設備應隔離能量輸入設備，并在隔離注意事項中給出根據(jù)相應規(guī)程停運能動設備的提示信息;

2）被支持系統(tǒng)屬性：該設備的可用性是否會導致被支持系統(tǒng)的功能降級，此類設備應考慮被支持設備的狀態(tài)后撤;

3）工藝流向?qū)傩裕汗べ|(zhì)在系統(tǒng)中的正常的流向，能判斷本設備的上游設備及下游設備;

4）設備類型屬性：電機、電動閥、手動閥（排氣閥、疏水閥、隔離閥）、蝶閥、氣動調(diào)節(jié)閥、氣動隔離閥、安全閥、逆止閥，可作為能否作為隔離邊界的判斷輸入;

5）工質(zhì)特性屬性：壓力、溫度、化學屬性（酸堿）、易燃易爆、放射性等，對于具備以上屬性的系統(tǒng)開口維修工作，需考慮雙重隔離/吹掃等補償措施;

6）設備可達屬性：布置高度、密閉空間，對于布置較高或需要進入密閉空間才能實施隔離的待選定隔離點，可擴大隔離至上游或下游無此屬性的設備閥門，且擴大后的邊界閥門無主設備屬性。同時設備可達性屬性可自動提醒相應的腳手架工單準備和高處/密閉空間作業(yè)風險分析開展;

隔離邊界點的確認規(guī)則，界定了作為隔離邊界的多項設備屬性，進而可以確定隔離邊界閥門，確定隔離的影響范圍，以便于觸發(fā)主設備停運風險的分析流程。

4. 疏水排氣流道計算機輔助

疏水排氣需求的輸入也來自于工單準備人輸入，隔離信息化系統(tǒng)應能根據(jù)工藝系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)屬性，給出系統(tǒng)開口工作的疏水排氣注意事項。對設計上設置疏水排氣流道的隔離邊界，盡量在開工前進行疏水排氣。需要特別給出警示信息的主要由以下幾類：

1）工藝管道內(nèi)存在氫氣等易燃易爆氣體，如果有動火或開口檢修等易導致氫爆等風險活動，在隔離卸壓外另需吹掃至合格水平;

2）工藝管道內(nèi)存再酸、堿等腐蝕性介質(zhì)或含有毒有害介質(zhì)，應提醒工作人員進行人身防護;

3）對工藝管道內(nèi)存在放射性工質(zhì)的疏水排氣工作，應考慮人員的輻射防護及對電站放射性釋放率的影響;

4）對于凝汽器連接的設備/管道/疏水/排氣前，需考慮失去真空的風險;

5）對于工藝管道內(nèi)存有潤滑油、柴油等需要特別收集處理的工質(zhì)，應給出提示聯(lián)系相應歸口部門。

疏水排氣多采用高排氣低疏水的方式。選取的疏水閥和排氣閥的布置高度直接影響隔離邊界的疏水效果，這就要求增加疏水閥和排氣閥與系統(tǒng)其它設備的相對高度的屬性，該屬性應覆蓋所有設備（包括法蘭）。對于隔離邊界內(nèi)無疏水排氣流道或者只有一個流道的情況，需給出提示信息。另外對于無永久疏水收集的管線的疏水排氣閥，應給出提示連接臨時管線。

5. 其它計算機輔助

隔離在現(xiàn)場執(zhí)行的過程中遵循一定的執(zhí)行順序，這就要求在隔離指令符合該順序要求，規(guī)則如下：

1）能動設備先確認停運，再隔離其電源;

2）隔離邊界指令執(zhí)行先于疏水排氣指令;

3）能動設備的停運及隔離應先于其支持系統(tǒng)隔離;

4）隔離先高能側(cè)、后低能側(cè)（如：泵的出口側(cè)先，入口側(cè)后）;

在滿足以上規(guī)則的條件下，隔離指令順序可進一步根據(jù)現(xiàn)場房間區(qū)域布置進行優(yōu)化，設備現(xiàn)場布置集中的隔離邊界設備指令應集中羅列，以便于現(xiàn)場執(zhí)行。

6. 結(jié)語

通過對核電廠隔離規(guī)則的分析，得出基于現(xiàn)場設備詳實的信息數(shù)據(jù)的支持下，核電廠隔離的信息化輔助是可行的。通過計算機信息化邏輯輔助，并結(jié)合形象的流程圖形界面，可以降低隔離準備人員的工作強度，減少隔離準備的時間，也能一定程度拓寬隔離錯誤的防御縱深。

但核電廠隔離信息化需要大量的原始數(shù)據(jù)輸入，這就需要電站設計單位和電廠管理人員的前期的頂層設計，并在該框架下，推動數(shù)據(jù)庫的建立。核電廠的管理信息化大潮正席卷各行各業(yè)，相信該類系統(tǒng)會在該領(lǐng)域展露拳腳。

參考資料

[1]G-OP-GBP-219 Rev9，設備隔離和掛牌，SMNPC.2019.

[2] NMP-AD-003，Equipment Clearance and Tagging，SNC.2016.

[3]INPO 05-005，Guidelines for Performance Improvement at Nuclear Power Stations，2005.