核電站核設(shè)備維護(hù)工作流程優(yōu)化研究

趙寧濤

（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東深圳 518124）

1 引言

核電站利用核反應(yīng)產(chǎn)生的核能進(jìn)行發(fā)電， 雖然核電站發(fā)電效果較傳統(tǒng)火力發(fā)電、清潔能源發(fā)電較好，但是核電站發(fā)電的安全性也是影響其大范圍應(yīng)用的主要因素之一[1]。核電站核設(shè)備需要定期維護(hù)保養(yǎng)，不僅是為了保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，更是對(duì)核能發(fā)電安全的檢查。 設(shè)備維護(hù)流程優(yōu)化的研究主要是從預(yù)防性和全局檢修兩個(gè)方面著手。 本文對(duì)核電站核設(shè)備維護(hù)工作流程進(jìn)行研究?jī)?yōu)化，并對(duì)流程優(yōu)化效果進(jìn)行驗(yàn)證。

2 核電站核設(shè)備維護(hù)流程問(wèn)題分析

當(dāng)前核電站核設(shè)備維護(hù)工作流程主要存在以下問(wèn)題。

1）設(shè)備維護(hù)效率低。 從通知單提出到工單準(zhǔn)備、校核、計(jì)劃安排、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行，中間需要經(jīng)過(guò)的環(huán)節(jié)很多，缺陷存活時(shí)間長(zhǎng)，效率低。

2）設(shè)備維護(hù)效果未達(dá)到預(yù)期。 設(shè)備缺陷存在反復(fù)出現(xiàn)的情況，或同類型缺陷未根治。 反映出預(yù)防性維修大綱策略制定不合理或缺陷信息管理、原因分析不到位，導(dǎo)致影響維護(hù)效果[2]。

3 設(shè)備維護(hù)工作流程優(yōu)化

3.1 核電設(shè)備狀態(tài)定量分析

為更好地對(duì)核電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)， 需要避免依據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)備狀態(tài)。 因此，進(jìn)行設(shè)備維護(hù)工作時(shí)，首先應(yīng)計(jì)算如下設(shè)備狀態(tài)定量指標(biāo)。 核電設(shè)備的可靠度由其內(nèi)部的各個(gè)部件壽命統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)決定。 其中，設(shè)備工作時(shí)間經(jīng)驗(yàn)函數(shù)與核設(shè)備可靠度函數(shù)之間的關(guān)系如下：

式中，R（t）為設(shè)備的可靠度函數(shù)；J（t）為設(shè)備部件工作時(shí)間經(jīng)驗(yàn)函數(shù)；s（t）為運(yùn)轉(zhuǎn)至?xí)r刻停止的部件試樣數(shù)；b（t）為運(yùn)轉(zhuǎn)至t時(shí)刻不停止的部件試樣數(shù)。 根據(jù)核設(shè)備在維護(hù)前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以得到該設(shè)備的可靠度，確定設(shè)備的最佳檢修期[3]。

核電設(shè)備失效率η（t）與其內(nèi)部部件有效工作時(shí)間相關(guān)，關(guān)系式如下：

式中，n（t）為時(shí)間Δt內(nèi)失效的部件數(shù)；N為核設(shè)備中的部件總數(shù)；ti為設(shè)備部件失效的總時(shí)長(zhǎng)。 由上述計(jì)算得到核設(shè)備的失效率，可以確定其維護(hù)優(yōu)先級(jí)。

核電設(shè)備不能超負(fù)荷也不能低于標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷運(yùn)行， 其等效運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)可以用于確定設(shè)備的定期維護(hù)間隔。 核設(shè)備等效運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)Td計(jì)算公式如下：

式中，Tra為核設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間；k為設(shè)備的運(yùn)行啟動(dòng)次數(shù)；Ti為當(dāng)次運(yùn)行啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

設(shè)備維護(hù)工作優(yōu)先級(jí)除了根據(jù)設(shè)備自身的狀態(tài)、 設(shè)備安全等級(jí)等確定，還需要考慮設(shè)備維護(hù)經(jīng)濟(jì)性。 核設(shè)備大型維護(hù)時(shí)，設(shè)備維護(hù)的成本會(huì)增加，而且設(shè)備停機(jī)會(huì)造成核電站發(fā)電量降低，減少了發(fā)電收益。 但是設(shè)備經(jīng)過(guò)大型維護(hù)保養(yǎng)后設(shè)備的性能提升，發(fā)電量增加提升經(jīng)濟(jì)效益。 核電設(shè)備維護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益E計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)（x）為設(shè)備大型檢修后，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電的單位增長(zhǎng)量函數(shù)；Cw為對(duì)核設(shè)備停機(jī)維護(hù)時(shí)的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)以上設(shè)備狀態(tài)定量指標(biāo)，評(píng)定設(shè)備維護(hù)的優(yōu)先級(jí)。

3.2 調(diào)整設(shè)備維護(hù)人員隊(duì)伍

對(duì)核電站整體組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，明確核設(shè)備運(yùn)維責(zé)任。調(diào)整設(shè)備維護(hù)人員隊(duì)伍組成，以設(shè)備工程師為核心，建立具有明顯年齡、經(jīng)驗(yàn)層次的設(shè)備維護(hù)分隊(duì)。 明確維護(hù)人員隊(duì)伍的工作分工，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備類型、設(shè)備所處生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將所有的維護(hù)人員分配至設(shè)備維護(hù)的各個(gè)工作流程。 合理調(diào)配維護(hù)人力，提升維護(hù)工作開(kāi)展效率。

3.3 設(shè)備信息融合與集成管理

在已經(jīng)建成的核設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控自動(dòng)化體系基礎(chǔ)上， 形成設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管平臺(tái)。 將所有的設(shè)備維護(hù)信息統(tǒng)一集成至信息平臺(tái)中， 將設(shè)備信息融合， 以便于在檢修過(guò)程中識(shí)別設(shè)備異常。 結(jié)合上文提出的設(shè)備狀態(tài)定量分析指標(biāo)， 利用證據(jù)（Dempster-Shafer，D-S）理論對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控信息進(jìn)行融合。 核設(shè)備信息融合評(píng)估設(shè)備狀態(tài)框架圖如圖1 所示。

圖1 設(shè)備狀態(tài)信息融合框架

在核設(shè)備狀態(tài)信息平臺(tái)中， 所有信息都以統(tǒng)一的格式存儲(chǔ)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)間相關(guān)性糾正了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。 設(shè)備維護(hù)的各個(gè)工作流程環(huán)節(jié)都可以從融合信息集成平臺(tái)中獲取其上下游環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，形成工作環(huán)節(jié)間的相互監(jiān)督。 利用設(shè)備狀態(tài)信息融合框架的反饋結(jié)果，管理不同維護(hù)流程環(huán)節(jié)設(shè)備狀態(tài)。 根據(jù)不同工作流程中設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化，調(diào)整維護(hù)工作順序，優(yōu)化工作環(huán)節(jié)管理。

3.4 建立工作流程優(yōu)先級(jí)制度

科學(xué)、 全面的工作流程優(yōu)先級(jí)制度能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備維護(hù)工作的一體化控制[4]。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)的定量指標(biāo)可以確定設(shè)備間的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于整體設(shè)備維護(hù)工作流程，其優(yōu)先級(jí)要由預(yù)防維護(hù)判斷結(jié)果確定。

優(yōu)化后的設(shè)備維護(hù)工作流程圖如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后的設(shè)備維護(hù)流程圖

在申請(qǐng)階段， 有預(yù)防維護(hù)工作判定設(shè)備維護(hù)優(yōu)先級(jí)和設(shè)備維護(hù)方式。 根據(jù)設(shè)備維護(hù)的長(zhǎng)期規(guī)劃制定設(shè)備的維護(hù)工單。維護(hù)操作時(shí)，檢測(cè)設(shè)備是否存在缺陷，經(jīng)驗(yàn)證后，生成維護(hù)工單。 按照工單上標(biāo)注的內(nèi)容，由維修處執(zhí)行設(shè)備維護(hù)操作。 維修質(zhì)量檢驗(yàn)后，更新工單信息，結(jié)束設(shè)備維護(hù)。 由上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了對(duì)核電站設(shè)備維護(hù)工作流程優(yōu)化研究。 優(yōu)化后的流程中結(jié)合對(duì)設(shè)備狀態(tài)的定量分析，增強(qiáng)了對(duì)設(shè)備維護(hù)工作的管控，有效減少了不必要的環(huán)節(jié)。

4 維護(hù)流程優(yōu)化效果研究

本節(jié)將在實(shí)際的核電設(shè)備維護(hù)工作中， 對(duì)比優(yōu)化前后的設(shè)備維護(hù)流程是否提升了工作效率與工作質(zhì)量， 從而評(píng)價(jià)流程優(yōu)化是否實(shí)際可行。

4.1 優(yōu)化效果研究?jī)?nèi)容

在某核電站中開(kāi)展本次研究，隨機(jī)選擇20 部核電設(shè)備作為不同維護(hù)工作流程的應(yīng)用對(duì)象。 從設(shè)備中按照設(shè)備類型的不同，隨機(jī)抽取10 部設(shè)備組成驗(yàn)證組，剩余為對(duì)比組。 驗(yàn)證組設(shè)備維護(hù)使用優(yōu)化后流程，對(duì)比組則使用優(yōu)化前的流程。 對(duì)比流程優(yōu)化前后，設(shè)備維護(hù)效率、設(shè)備工單風(fēng)險(xiǎn)比例兩個(gè)方面，綜合表征優(yōu)化效果。

4.2 優(yōu)化效果分析

分別在對(duì)比組和驗(yàn)證組設(shè)備維護(hù)工作中應(yīng)用優(yōu)化前后的工作流程。 設(shè)備維護(hù)工作流程時(shí)間對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備維護(hù)工作流程時(shí)間對(duì)比h

分析表1 中的數(shù)據(jù)可知，不同核設(shè)備維護(hù)時(shí)，應(yīng)用優(yōu)化前工作流程的維護(hù)時(shí)間明顯長(zhǎng)于應(yīng)用優(yōu)化后的工作流程。 應(yīng)用優(yōu)化后的流程，核設(shè)備維護(hù)所需時(shí)間明顯減少，表明維護(hù)工作效率有所提升。 從表1 中數(shù)據(jù)的平均值來(lái)看，優(yōu)化流程前的維護(hù)時(shí)間平均為11.13 h，優(yōu)化后平均維護(hù)時(shí)間降低至5.72 h，效率提升近50%。

不同維護(hù)流程對(duì)于設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估不同， 圖3 為優(yōu)化前后工作流程中的工單風(fēng)險(xiǎn)比例變化情況。

圖3 設(shè)備維護(hù)工單風(fēng)險(xiǎn)比例變化

分析圖3 中的曲線變化可知， 流程優(yōu)化前的維護(hù)工單風(fēng)險(xiǎn)比例高于優(yōu)化后的流程。 從風(fēng)險(xiǎn)控制的角度來(lái)講，維護(hù)工作對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)判斷較為模糊，會(huì)導(dǎo)致工單風(fēng)險(xiǎn)值較低。 提高工單風(fēng)險(xiǎn)值，有助于增強(qiáng)工作人員對(duì)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注，保證核電站運(yùn)轉(zhuǎn)安全。

總結(jié)以上的數(shù)據(jù)分析內(nèi)容， 按照本文研究?jī)?nèi)容優(yōu)化后的維護(hù)流程對(duì)核電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)， 能夠減少核電站維護(hù)工作損失，提升核電經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到良好的設(shè)備維護(hù)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

在核電站投入使用的過(guò)程中， 核設(shè)備維護(hù)是發(fā)電站可靠運(yùn)行的保障，也是減少設(shè)備維修成本的有效途徑。 本文就核電站核設(shè)備維護(hù)工作流程優(yōu)化進(jìn)行了研究。 通過(guò)對(duì)優(yōu)化前后的維護(hù)流程對(duì)比，驗(yàn)證了本次優(yōu)化能夠簡(jiǎn)化工作流程，提升設(shè)備維護(hù)效率。