PRS換熱器的失效模式和影響分析探討

袁宏　何戈寧　談國(guó)偉　李磊　李煥鳴

摘 要

非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)換熱器（PRS換熱器）作為非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，其工作性能及制造質(zhì)量對(duì)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的影響。本文將FMEA 與PRS換熱器結(jié)合起來(lái)，對(duì)PRS換熱器的重要零件可能出現(xiàn)的失效模式進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合原因分析了PRS換熱器在制造過(guò)程中需關(guān)注的方向，為后期PRS換熱器的制造及設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞

換熱器;失效分析;結(jié)論

中圖分類號(hào)： TQ051.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.044

0 引言

在目前的先進(jìn)反應(yīng)堆中，各國(guó)都非常強(qiáng)調(diào)非能動(dòng)安全概念，絕大部分先進(jìn)壓水堆都采用了非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)，以期提高反應(yīng)堆的固有安全性[1-2]。非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)換熱器（PRS換熱器）作為非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，其工作性能及制造質(zhì)量對(duì)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的影響。本文將FMEA與PRS換熱器結(jié)合起來(lái)，對(duì)PRS換熱器的重要零件可能出現(xiàn)的失效模式進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合原因分析了PRS換熱器在制造過(guò)程中需關(guān)注的方向，為后期PRS換熱器的制造及設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。

1 失效模式+影響分析（FMEA）

FMEA是一種可靠性設(shè)計(jì)的重要方法。它實(shí)際上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影響分析）的組合，簡(jiǎn)稱失效模式與影響分析或潛在失效模式與后果分析[3]。FMEA作為一種策劃用作預(yù)防措施工具，其主要目的是發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品/過(guò)程中潛在的失效及其后果;找到能夠避免或減少潛在失效發(fā)生的措施并且不斷地完善。能夠容易、低成本地對(duì)產(chǎn)品或過(guò)程進(jìn)行修改，從而減輕事后修改的危機(jī)，并找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施，F(xiàn)MEA流程圖見(jiàn)圖1。

對(duì)于應(yīng)用于工程上的設(shè)備來(lái)說(shuō)，建立一套完整的FMEA尤其重要，其作用之大，不僅可用來(lái)確定設(shè)備潛在的失效模式及原因，使設(shè)備故障在發(fā)生之前就得到預(yù)測(cè)，從源頭阻止設(shè)備發(fā)生故障;還可以作為設(shè)備預(yù)防保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)之一，同時(shí)可作為人員培訓(xùn)之用，指導(dǎo)日常工作。

通過(guò)對(duì)設(shè)備失效嚴(yán)重度（S）、發(fā)生率（L）進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算出RR值（風(fēng)險(xiǎn)危機(jī)度，RR=S×L），根據(jù)RR值的高低，推薦負(fù)責(zé)方案，最終目的是降低一個(gè)或多個(gè)等級(jí)。對(duì)一些嚴(yán)重問(wèn)題，雖然RR值較小，但同樣考慮拯救方案，根據(jù)S、L、RR綜合考慮，可評(píng)估失效模式/原因事件發(fā)生以及嚴(yán)重程度。

2 FMEA應(yīng)用于PRS換熱器

2.1 PRS換熱器簡(jiǎn)介

PRS換熱器的主要功能是在全廠斷電事故疊加輔助給水系統(tǒng)汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)失效的情況下，以一定的冷卻速率導(dǎo)出堆芯余熱及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)各設(shè)備的顯熱[4]。同時(shí)，PRS換熱器也構(gòu)成二回路壓力邊界的一部分。

2.2 FMEA的應(yīng)用

FMEA是一種可靠性設(shè)計(jì)的重要方法，可用作預(yù)防措施工具，本文將FMEA應(yīng)用于PRS換熱器，對(duì)傳熱管、封頭、管板重要零件進(jìn)行原因分析，梳理出了PRS換熱器可能存在的后果，可為后續(xù)設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)。

2.2.1 傳熱管（見(jiàn)表1）

2.2.2 封頭（見(jiàn)表2）

2.2.3 管板（見(jiàn)表3）

3 結(jié)論

本文將FMEA應(yīng)用于PRS換熱器，對(duì)重要零件可能出現(xiàn)的失效模式進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合原因分析梳理出了PRS換熱器可能存在的后果，為后續(xù)制造過(guò)程提出了一定的參考措施。同時(shí)，由于FMEA是一種動(dòng)態(tài)的過(guò)程，可以對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行不斷完善，將工程經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，為設(shè)備的后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)提供一定的思路及建議。

參考文獻(xiàn)

[1]周濤，李精精，琚忠云，黃彥平，肖澤軍.非能動(dòng)自然循環(huán)技術(shù)的發(fā)展與研究[J].核安全，2013，12（03）：32-36.

[2]周科，張丹，魏宗嵐，初曉，吳廣皓.壓水堆核電廠非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)對(duì)比研究[J].科技視界，2017（06）：336-337.

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[4]李峰，劉昌文，吳清，冷貴君，張曉華，鮮麟，賴建永，湯華鵬.華龍一號(hào)二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)功能論證[J].核動(dòng)力工程，2019，40（S1）：28-31.