關于核電壓力容器設備可靠性的研究

郭飛

摘 要：當前，對核能利用是否安全的關鍵就在于核設施是否可靠，以及可靠的程度核對核設施運行的監管質量上。壓力容器是核電廠中的一個關鍵設備，其運行的性能對核能發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，從設備功能分解、可靠性建模兩個方面進行了分析探討，以使核電設備的安全性得到保證。

關鍵詞：核電壓力容器;設備;可靠性

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

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，人們在生存生活方面需要的能源會越來越多，因此，人們開始了對清潔能源的探索，以實現節能環保，并獲得可持續發展。在這個過程中，核能由于其自身的優勢，尤其是能源經濟性較高，并具有環境友好性，使其成為當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，既為人們的生產生活提供了方便，為人們帶來一種清潔能源，又使人們遭受核事故帶來的災難。不過，在各國核領域專家不斷對核能的利用進行深入研究的基礎上，當前已經逐漸的解決了核反應理論上的難題，當前，對核能利用是否安全的關鍵就在于核設施是否可靠，以及可靠的程度核對核設施運行的監管質量上。壓力容器是核電廠中的一個關鍵設備，其運行的性能對核能發電的安全有著直接的影響。此外，可以使用多種方法來評估壓力容器的性能，文章在評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備的設計與制造的質量。

可靠性主要是指在規定的條件下，產品在一定的時間內執行所要求的功能的能力。當前，在多個領域都應用了可靠性概念，比如汽車、電子產品等。近些年，在核電產品的設計中也逐漸的引入了可靠性概念，使核電產品的設計與制造的質量在一定程度上有了保障。與常規的電子產品相比，核電壓力容器由于在結構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，從設計角度分析壓力容器的可靠性。

1 設備功能分解

（1）產品結構樹。組成充水罐結構的部件非常多，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的產品結構樹。相較于產品的組成結構，產品結構樹具備下面幾個方面的特點：第一，不包含不具備特殊功能以及結構的緊固件和標準件;第二，不包含不利于產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，對于這類部件，可以對其進行合并。

充水罐就是根據其具備的結構特征來對產品結構樹進行確定。對可靠性展開分析，產品結構樹是一個重要的基礎，利用構建結構樹，就能夠構建起可靠性分析的基本框架構建，以后在分析產品結構的可靠性時就能夠通過結構樹的脈絡來進行。

（2）工況和環境分析。充水罐的運行和使用條件是重要的設計參數，也是進行可靠性分析的眾多環節中非常重要的環節，其規定是在設計規格書中作為設計輸入。在分析設備的故障模式時，要全面考慮到設備運行工況以及運行環境。

核電廠充水罐的工況通常分為設計、試驗與使用三種，其中，使用工況又分為三種，即正常工況、事故工況與預計運行事件。

分析環境條件主要包括以下方面，設備在運行期間環境的溫度、濕度，以及一些外部條件，比如工作介質等。

（3）維護條件。對于絕大多數核電壓力容器來說，都屬于靜設備，不可維修，這也是核電壓力容器進行可靠性分析時與其它的產品存在的不同。但是，為了使充水罐的可靠性得到保證，在進行設計時，要進行在役檢查，使產品能夠保證全壽期都可靠運行。

（4）功能分解。充水罐主要有兩個方面的功能，第一，儲存去離子水，為補充換熱介質提供方便，能夠保證時刻向反應堆壓力容器內進行補充;第二，使罐體的結構保證完整，使核電廠內部管路及設備能夠保證穩定。正是由于充水罐具有以上兩種功能，在進行可靠性分析時，需要在功能方面，對充水罐進行分解。

2 可靠性建模

對產品進行分析時，可靠性建模與預計也是非常重要的環節。進行可靠性分析包括多個流程，其中的一個基本流程就是以可靠性建模為基礎，對數據進行分析，然后對產品的可靠性程度指標進行預計并評價。在產品從研制到生產使用的整個過程中，都貫穿著可靠性數據分析，此外，在對產品進行研制的過程中開展的可靠性工程活動有一定的需求，而可靠性數據分析的任務與目的就由該需求所決定。但是，核電壓力容器的產品不能夠修復，并且核電產品不同于其它產品，自身具有特殊性，這就決定了對此類產品進行可靠性預計沒有太大意義。同時，壓力容器類產品缺少相關的可靠性數據，并且樣本數量不足，這就決定了可靠性預計的說服力不大。因此，對核電壓力容器設備進行可靠性定量評價，其主要目的不是進行可靠性預計，而是考查設備的使用壽命。此外，設備出現故障后，通過進行分析可以將發生故障的原因找出來，并以此為基礎，對指導設計的準則進行總結，比如，該筒體就是通過分析得到當前使用的預防措施，如“采用裕度設計原則進行設計”，“合理選材”等。在以后進行設計時，按照這些設計原則進行設計，可以使筒體的設計更加可靠。

3 結語

綜上所述，核電壓力容器設備與其它類型的設備相比，具有其自身的特殊性，要使設備的設計、制造與運行的質量能夠得到保證，并且進行有效的監督，一個有效的方式就是對核電壓力容器進行可靠性分析，這個方式也是未來對核電進行設計的一個發展的方向。并且，在核電壓力容器的設計及制造中將可靠性概念引進來，能夠有效的保證核電設備的安全性。

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