以可靠性與技術特性為中心的維修技術在核電站的應用

蘇州熱工研究院 王位

關鍵字：RCM；RtCM；維修；核電站

引言

傳統的RCM分析方法的應用為應對核電站電力生產的特殊性，提高電站系統運行的可靠性與設備的可用率，降低維修成本，提供了強大的理論依據。但為應對所需要維護的有形資產（設施、設備和建筑物）的數量和種類大幅度增加，設計越來越復雜、維修技術不斷更新以及維修體制的認識進一步深化[1]，以便更高效地提升核電站系統的可靠性，電站在傳統RCM技術的不斷完善的基礎上，積極探索研究并創新，提出改進型RCM方法RtCM（Reliability and Technical centered Maintenance，以可靠性與技術特性為中心的維修）以達到將系統內設備進行分類并重點管理的目的，同時利用定量化分析提高對復雜設備的分析效率[2]。

1 RtCM分析方法及流程

RtCM分析方法繼承了傳統RCM方法的主要流程和思路，在此基礎上對傳統RCM技術方法進行了優化和改進。相較于傳統RCM分析方法，RtCM分析方法引入了設備技術特性分析與設備分級管理的理念，有效的將維修模版數據庫與分析資源配置相結合，是對設備在現有使用條件下，明確維修需求的一種高效且經濟的系統工程方法。

RtCM分析方法與傳統RCM方法基本思路相同。首先對系統進行功能與故障分析，明確系統內各故障的后果；然后用規范化的邏輯決斷方法，確定出故障后果的預防性對策，最后確定合理維修活動需求[3]。

RtCM分析流程遵循RCM分析思路，同樣需要回答必不可少的七個問題，依次是：

在當前運行環境下，用戶需要設備提供什么功能及相關的性能標準？

什么情況下設備功能將無法實現？

哪些功能故障相關的設備是值得管理的？

引起設備失效的故障模式有哪些？

故障模式發生后的影響及后果分別是什么？

哪些工作可以預測或預防以上故障模式？

如果無法預測或預防該故障模式，那么對其后果如何管理？

只有保證按照順序回答以上七個問題，才能稱之為“RtCM過程”。其中，第三個問題“哪些功能故障相關的設備是值得管理的”是將設備分級管理理念引入的關鍵。此環節可以把直接導致嚴重的功能級故障后果發生的設備篩選出來，剩下的部分通過RTM（Run to Maintenance，運行至維修）評判過程來確認。按照不同的設備重要度，將值得管理的設備明確，將分析資源進行合理分配，以達到把資源配置進行合理分配的目的。

回答后續的問題則需要將設備的技術特性分析加入進來，并借助已有的維修模版，根據設備實際運行狀態制定對設備的維修策略。確認具體采用糾正性維修、預防性維修、狀態監測與預測性維修、定期試驗，還是改造。具體分析流程見圖1。

圖1 RtCM技術方法流程圖

2 RtCM分析的應用與實踐

2.1 某核電站核島冷凍水系統（DEG）簡介

該核電站DEG系統是一個封閉的冷卻系統，包含三列50%容量冷凍機組/冷凍水循環泵，并由核島除鹽水分配系統（SED）補水管線進行補給的膨脹水箱來保證DEG系統冷凍水循環泵有足夠的吸入壓頭。

該系統主要用于冷卻每臺機組下列通風系統的空氣：安全殼連續通風系統（EVR）；反應堆堆坑通風系統（EVC）；核輔助廠房通風系統（DVN）；核燃料廠房通風系統（DVK）；輔助給水泵房通風系統（DVG）；核取樣系統（REN）的二回路設備冷卻水系統（RRI）側，以防止發生敏感元件、電氣設備以及支承反應堆壓力容器由于混凝土的過熱所產生的不可逆破壞等不安全現象。

該電站DEG系統冷凍機組101/201/301GF為離心式制冷機組，制冷原理屬于相變制冷，即利用制冷劑由液態轉化為氣態時的吸熱效應來獲取冷量的。它是由壓縮機、冷凝器、節流孔板、蒸發器四個主要部分組成。他們之間由管道依次連接，形成一個封閉系統，通過冷凝器將相變時產生的熱量通過冷卻水排到RRI系統中。

該制冷機壓縮機和電機由制冷劑冷卻。冷卻流程是通過在冷凝器中引出一條冷卻主管線，然后分成兩段冷卻回路：一路通過油冷卻器對壓縮機潤滑油回路冷卻，使潤滑油溫降低；另一路直接進入壓縮機及電機軸承進行冷卻，經過壓縮機及電機后的制冷劑與通過油冷卻器的制冷劑一起由回流管線重新回收到壓力較低的蒸發器中。

2.2 RtCM分析方法在DEG系統中的應用

2.2.1 組建DEG系統RtCM分析小組

為了順利完成某電站DEG系統RtCM分析，組成了由運行工程師、設備管理工程師、機電儀相關維修專業工程師的RtCM分析小組。作為專業接口人或協調人，負責推動RtCM分析成果在本專業的應用，協助分析成果中所發現的本專業問題的解決保證了分析結果全面且準確。

2.2.2 DEG系統RtCM分析流程

該電站DEG系統一臺機組有714個設備，通過設備分級理念和RTM判斷，將重要的設備篩選出來后包括以下主要設備：冷凍機組，冷凍水循環泵與電機，膨脹箱，膨脹節，閥門。以該系統的一條重要功能為例，說明RtCM分析方法的具體應用過程。

確定功能和性能標準：DEG系統正常運行模式下（冷凍機組兩列運行，一臺備用），向EVR/EVC/DVN/DVK/DVG系統提供并分配流量為798m3/h、10℃左右（不低于8℃，不超過14℃）的循環冷凍水，并將冷卻盤管所回收的熱量，通過冷水機傳送給RRI。

確定相應的功能故障：DEG系統正常運行模式下（冷凍機組兩列運行，一臺備用），機組正常運行期間，完全不能提供冷凍水。

該功能故障的后果：導致相關房間溫度升高，無法保證敏感元件、電氣設備以及支撐反應堆壓力容器的混凝土的溫度，根據技術規范記第二組I0，立即監視EVC和EVR溫度，檢修必須在3天之內完成。若導致反應堆廠房和堆坑溫度過高，將產生第一組I0，機組強迫后撤。

重要設備識別：能夠引起以上功能故障的設備主要有制冷機組(101/201/301GF)、冷凍水循環泵(001/002/003PO)、膨脹節、相關閥門等。由該功能故障的故障后果分析可確認，以上設備故障有導致設備損壞或機組后撤的風險，因此該功能相關設備屬于關鍵設備，需要進行故障模式分析。

圖2 DEG系統流程簡圖

故障模式及故障影響的分析：以制冷機組(101/201/301GF)輔助設備壓縮機開關導葉執行器101MZ中間繼電器為例，結合歷史經驗和維修模版可確認：因冷凍機為調節冷量，開關導葉中間繼電器需頻繁動作，可能導致疲勞、觸點接觸不良，此時觸點阻值將明顯升高。若導致繼電器故障，導葉無法開關到位，將觸發導葉故障報警；若持續不能達到指定導葉開度，可能導致制冷機組跳閘。根據技術規范要求記第二組I0。若導致反應堆廠房和堆坑溫度過高，將產生第一組I0，機組強迫后撤。

維修策略決斷：根據設備技術特性有如下分析過程，該電站DEG系統冷凍機組開關導葉執行器101MZ的中間繼電器為OMRON的MY2NJ型號繼電器。該繼電器廠家給出的可開關動作次數為5000萬次，按照6個月夏季模式計算，一臺冷凍機每年平均運行時間為6個月，一年中可支持平均每天動作27.8萬次，原大綱每年更換過于頻繁。根據故障模式分析并結合同型號設備經驗反饋，可確定合理的更換周期為5年。最終確定大綱：檢查開關導葉中繼觸點阻值（1年）；定期更換開關導葉中繼（5年）。

維修策略匯總/法規文件對比：為有效落實已經確定的維修策略，需要將多種故障模式對應的維修手段進行匯總，并根據功能位置、維修內容、維修狀態、維修專業將維修活動進行整理，以便今后的維修活動安排。維修策略匯總后，將定期試驗監督大綱、在役檢查項目與已確認的維修活動進行對比，確保維修任務符合相關要求。

2.3 RtCM分析方法在DEG系統中的經濟效益

通過RtCM分析，發現該電站DEG系統原大綱存在較多不完善的地方，優化成果如表1：

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通過RtCM分析，增加了一些必要的用于提高設備可靠性的預防性工作，從而提高了設備可靠性。取消或延長一些不必要的維修項目，降低了維修成本。

除了以上直接經濟效益項目外，通過系統化的梳理，還發現并推動修正系統運行程序、報警卡、運行維護手冊、邏輯圖等參考文件錯誤。建立了維修大綱上游文件——維修導則，為維修大綱后續的優化和反饋提供了資源。RtCM分析小組的溝通，加強了各部門合作，促進了各專業之間的溝通與交流。

3 結論

RtCM技術方法引入了維修策略模版和設備分級、RTM評判，與傳統RCM分析相比效率更高。同時通過故障模式分析、技術特性分析、定量化分析提高了維修決策的準確性、合理性。通過某電站DEG系統RtCM分析實踐證明了RtCM方法較好的指導了維修策略的制定和優化，取得了豐富的技術成果，提高了系統設備可靠性、節約了維修資源投入。