設備維修策略優化方法分析

大亞灣核電運營管理有限責任公司 彭步虎 陳杰 馬凌云

引言

核安全是核電行業發展的命脈，設備的可靠運行是實現核安全的基礎。同時在電力行業市場競爭日益激烈的今天，運營成本也是企業發展考慮的重要因素。從而，如何制定和優化設備的維修策略顯得尤為重要。在保證設備可靠性的前提下，降低維修成本是制定和優化維修策略的目的之一。

目前，行業內制定和優化維修策略的方法主要有RCM（以可靠性維修中心的維修）、FMECA（故障模式及影響分析）、故障模板等，結合各方法的特長制定和優化維修策略是設備可靠性管理發展的方向。

1 維修優化方法

1.1 維修策略

維修策略是指為了維持該設備的可靠性而采取的措施，包括預防性維修項目、定期試驗、定期切換等。維修策略確定了需要執行的內容和周期，也是維修策略的核心內容和難點。

在維修內容描述需要關注兩點：一是應用行業通用的約定俗成的語言如年檢、解體檢查、密封性試驗等，目的是避免理解偏差；二是包括描述包含該策略管理的主要的故障模式如更換密封件、檢查密封面等等內容，目的是后續優化維修策略時方向明確，同時保存好過程分析文件。

維修策略的對象是設備，在維修策略中設備是唯一的，避免執行維修時出現走錯間隔；維修策略中的設備清單應包括本次檢修活動包含的所有設備的總和。

舉例：

設備 內容 周期001-PO(001-RR；001-MO；001-FI；003-AF；011-PO)泵組年度檢查:1)靠背輪的年度換油；聯軸器狀態和對中的年度檢查；高速和低速聯軸檢查：目視檢查低速聯軸器齒輪可達表面脂；2)空氣冷油器的年度檢查清潔；3)電機年度清理集油盒,檢查底部呼吸孔沒有堵塞,檢查電動機地腳螺栓防松墊片是否異常,檢查校驗電機地腳力矩；4)目視檢查齒輪箱的齒輪咬合情況；5)電動予潤滑泵的年度檢查和潤滑；6)化驗潤滑油箱內的潤滑油油質；7)檢查清理過濾器濾芯。1 年

如上表格中的維修策略，是針對一泵組的年檢項目，內容包括了泵、電機、聯軸器、過濾器、冷油器等相關設備的檢查，在設備清單中備注頁包括這些設備的管理。

1.2 維修策略優化方法分析

RCM是通過回答七個問題的方式經過嚴格的邏輯判斷制定出設備的維修策略：在現行使用環境下，設備的功能及相關性能指標是什么？什么情況下設備無法實現其功能？引起各種功能故障的原因是什么？各種故障發生時會出現什么情況？什么情況下的故障至關重要？做些什么工作才能預防各種故障？找不到適當的預防性工作應怎么辦？

由上可知，RCM分析從系統功能出發，分析影響功能實現的故障模式，并根據故障影響應用RCM決斷邏輯進行維修策略的選取。

在故障影響的類別上有安全、環境、生產和非生產四類。在決斷邏輯中有先后順序，即狀態監測、定期維護、定期更換、綜合維修、定期試驗、糾正性維修和定期試驗。狀態監測優先選擇，因其及時發現設備缺陷，采取行動，避免設備二次損壞；發現缺陷，進行處理，避免故障；維修的針對性更強；不需要對設備進行破壞性解體檢查，人因故障率低；成本低，降低維修放射性劑量。改造放在最后一位，當故障影響不可接受、故障發生的概率不可接受且沒有合理的預防性維修手段時采用改造來管理該故障模式。

FMECA是通過分析系統或設備中每一個可能發生的故障模式，確定其對系統或設備（運行、功能或狀態）所產生的影響，并提出補償或減輕故障后果的措施的可靠性分析方法（可參考GJB 1391-2006），其與RCM分析的核心理念是相通的，都是通過故障后果和故障模式來確定維修策略。

不同點是FMECA從設備出發分析故障模式和后果，特點是方便快捷，缺點是容易遺漏設備在系統中的某項功能。FMECA通過對故障的嚴酷度和故障概率通過矩陣的方式標示，如下示意圖，嚴酷度I類最嚴重，故障概率A級發生概率最高，可以根據落在不同區域進行分類管理。

故障概率嚴酷度 A級 B級 C級I類II類III類

分級與故障模板同樣是通過設備可靠性分析判定設備的級別，業界有三分法和四分法兩種。故障模板是同一類設備預防性維修項目的集合，根據設備等級、運行頻率和運行環境來進行選擇合適的策略。如右表所示。

設備分級+故障模板就可以快速的制定一個設備的維修策略。該方法方便快捷，尤其適合新建電廠維修策略的制定，但前提是已經完成設備分級和故障模板的制定，其次是故障模板維修策略相對保守，最后，不是所有的設備都有故障模板。

1 2 3 4 5 6 7 8設備級別 關鍵C 非關鍵N使用頻率 高H 低L 高H 低L 高H 低L 高H 低L運行環境 惡劣S 正常M 惡劣S 正常M CHS CLS CHM CLM NHS NLS NHM NLM預測維修預防維修預防更換定期試驗

結合三種方法可知，維修策略的制定的核心思想是需要通過故障后果和故障模式來最終確定，在方法和判斷邏輯上有細微差別。如下表所示：

分析方法 故障影響 故障模式RCM問題4和5；分為安全、環境、生產和非生產四類問題3 FMECA EC：故障影響；通過嚴酷度和故障概率進行分級FM：故障模式分級+維修模板 設備級別的判別標準維修模板的制定過程需要進行故障模式分析

2 維修策略優化邏輯分析

結合上章節總結和分析可知維修策略制定的邏輯思路如下：

故障后果判斷：設備故障后對安全生產的影響決定了該設備是否值得管理。從上各分析方法來看都包含該內容。

故障后果分析：通過顯性和隱形的判斷確定是否需要執行定期試驗，顯性和隱形的判斷是設備的用戶（一般為運行部門）是否能知道該設備已故障，如通過報警、參數的變化、連鎖反應等判斷；通過是否有關鍵參數判斷是否進行狀態監測，狀態監測的周期取決于設備故障模式發展的速率，即發現設備參數異常到設備故障的時間，可根據公司的管理要求進行適當調整。

分析需要管理的故障模式：設備的故障模式是設備故障的原因，分析的目的是對癥下藥，是維修策略周期的決定因素，可以通過老化分析的結果來制定。通過是否有老化部件判斷是否進行定期更換；定期更換的周期取決于老化的速率，可根據業界的經驗制定后續根據設備檢查的情況進行反饋優化。

根據此邏輯制定的策略作為基礎，后續根據現場的實踐進行持續優化。

3 應用案例分析

應用案例1 給水泵汽輪機排汽隔離閥

3.1 故障模式分析

分析：通過故障影響可知該后果影響隔離檢修并及生產，需要管理；該設備的外漏會影響重要參數真空，需要進行定期的監測該參數；通過故障模式可知存在橡膠老化的部件及汽蝕，需要定期檢查。故可指定兩項維修策略來管理該設備。

應用案例2 疏水箱

分析：該疏水箱正常運行為常壓，且漏汽后果不嚴重，不值得管理，所以執行糾正性維修的策略。

應用案例3 運行泵跳閘備用泵自動啟動回路

分析：從故障后果可知對電廠機組的運行存在較大影響需要管理，正常運行時無法發現該故障，屬于隱蔽性故障，通過制定定期試驗來管理。由于把整個回路當作一個設備來進行分析，在儀表控制回路沒有明顯的、需要定期更換的設備如電解電容等時，可以只通過定期試驗來管理。

4 結論

維修策略的制定和優化，取決于該設備的重要度及可能存在的故障模式。從故障影響來判斷是否值得管理，從故障后主要參數的影響來制定合理的狀態監測任務，通過是否隱蔽性故障來制定定期試驗任務，通過是否存在影響功能的老化故障模式來制定定期預防性維修。