核電廠振動管理體系的建立

胡 偉

（陽江核電有限公司，廣東陽江 529941）

0 引言

核電廠利用核裂變反應產生的能量來發(fā)電，其眾多的機械設備大致可分為旋轉機械和靜止機械兩大類。旋轉機械在核電廠的生產運行過程中占有重要位置，大到汽輪發(fā)電機組、一回路冷卻劑泵，小到各種類型的泵與風機，無處不在。為了使核電廠安全、穩(wěn)定地運行，保證旋轉機械的安全穩(wěn)定運行就尤為重要。在眾多的旋轉機械監(jiān)測參數中，振動是重中之重。同樣，靜止機械連接著電廠各個系統(tǒng)設備，其作用也不容小覷。如果把旋轉機械比作心臟的話，那么靜止機械就是連接整個血液回路的血管，兩者中任何一個出現問題都會造成巨大傷害。因此，對核電廠設備進行振動監(jiān)測分析的工作十分重要。

本文以陽江核電廠為例，對核電廠生產準備期間的振動管理工作進行深入的總結分析，以期做好經驗傳承，為振動管理工作的優(yōu)化完善提供依據。

1 振動管理體系的建立

1.1 提前謀劃，開展針對性的專業(yè)技能培訓

良好的人員技能培訓是做好工作的前提，是保障機組安全穩(wěn)定運行的基礎。在生產準備階段提前謀劃，針對專業(yè)人員進行系統(tǒng)化培訓，組織人員參與成熟基地的日常生產、移交接產及大修工作，學習成熟電站的工作模式。經過一至兩年的成熟電站在崗培訓后，返回所在電廠開展生產準備前期工作，制定振動監(jiān)測標準體系，采購振動監(jiān)測儀表，搭建振動監(jiān)測數據庫系統(tǒng)。

從實際情況來看，安排人員到成熟運行電站和移交接產電站進行培訓，是最直接也是最好的人員培訓方式，可以更好地了解本專業(yè)的工作模式，對于后續(xù)人員的成長有很好的幫助，同時可以與成熟電廠的專業(yè)人員建立良好的人際關系，為后續(xù)新電廠的后援技術支持和經驗反饋等搭架良好的溝通平臺。安排人員去外部參加專項培訓不僅可以很好地提高人員的專業(yè)技能，也可以接觸到其他外部單位的人員，了解外部單位的工作模式及經驗反饋等信息。安排人員深度參與工程安裝、調試工作，可以更好地了解現場的設備。上述培訓方式都是人員培訓的很好選擇。

1.2 早做準備，提前進行設備采購配置

“工欲善其事必先利其器”，振動檢測分析儀表及數據庫系統(tǒng)就是振動專業(yè)的“器”。振動參數是現場設備運行狀態(tài)的一個重要指標，振動監(jiān)測數據庫是為了對陽江核電現場旋轉機械、靜止機械等設備的振動情況進行數據存儲、趨勢分析、故障診斷等工作的開展而建立起來的，對現場設備運行狀態(tài)及故障原因分析有著深刻意義。振動監(jiān)測系統(tǒng)的建立，既為現場監(jiān)測工作的全面開展打下了堅實基礎，同時也為核電設備的健康、穩(wěn)定運行提供了技術支持。以陽江核電廠為例，2012 年8 月3 日陽江振動專業(yè)在相關IT 技術人員及廠家人員的協助下，成功實現了陽江核電站振動監(jiān)測數據庫的服務器、客戶端軟件的安裝與調試工作，正式部署到陽江本地服務器的環(huán)境中進入運行階段。陽江核電廠至此具備了自主進行現場設備振動測量分析的能力，此時距離陽江1 號機冷態(tài)試驗開始時間（2013 年3 月25 日）尚有近8 個月的時間。

除了日常振動測量設備儀表的采購，一些專有儀表的采購工作也需提前進行，如汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測設備、動平衡儀專用儀表等，做好儀器使用培訓，以確保在機組調試開始之前具備現場使用條件。

1.3 收集設備信息，制定振動監(jiān)測標準管理體系

設備的振動標準制定、振動測量方案以及測量數據分析都需要設備信息，因此收集設備重要信息在振動監(jiān)測體系中有著重要作用。收集各系統(tǒng)設備的運行維修手冊，進行關鍵設備振動信息提取，是準備階段需要執(zhí)行的最重要的工作之一。設備的安裝布置、詳細結構、軸承信息、聯接型式、運行模式等都會影響后續(xù)的振動測量分析工作。以陽江核電廠為例，陽江1 號機在冷試前完成近200 臺重要設備的信息收集、標準制定工作，大大提高了移交接產過程中的工作效率，提高了工作便捷度。同樣在陽江2 號～6 號機一直在延續(xù)這種做法，并同步進行各機組設備不同點的識別，以便后續(xù)設備狀態(tài)的橫向對比，更好地積累運行經驗。

振動標準的制定是一門很深的學問，核電廠獲取振動標準的來源可能有多種渠道，設備運行維修手冊、國家標準、行業(yè)標準、采購技術規(guī)格書等，都可能給出一個設備的振動標準。這同時也帶來了一個問題，從不同渠道獲得的振動標準之間會存在一定的沖突，由于大多數振動標準文件是推薦性的、并非強制標準，因此在眾多標準中選擇一個合適的標準就顯得尤為重要。結合陽江核電廠多年的經驗來看，國家標準為標準制定的最低要求，所有標準的制定必須嚴于國家標準，在滿足國家標準的前提下首推設備運行維修手冊提供的標準，因為設備運行維修手冊的編寫工作是由設備制造廠家編寫的，設備廠家對自己設計生產的設備給出的振動控制標準普遍具有更強的針對性。

1.4 深度參與工程安裝、調試工作，獨立監(jiān)督驗收設備振動

在移交接產過程中，及早介入，參與工程安裝、調試工作，便于熟悉現場設備安裝運行工作，有利于后期故障診斷能力的提升。振動專業(yè)人員進過專業(yè)的培訓，建立旋轉機械振動管理體系，深度介入移交接產過程中，獨立監(jiān)督旋轉機械振動狀態(tài)。以陽江核電廠為例，6 臺機組調試期間共自主完成旋轉機械振動測量分析評價設備近2500 臺/次，出現旋轉機械振動問題的設備近100 臺，并主動參與旋轉機械振動問題的處理工作，確保設備移交良好狀態(tài)的同時也提升了隊伍能力，為機組商運后穩(wěn)定運行打下堅實的基礎。

1.5 參與調試期間振動問題解決，提升隊伍能力

在機組調試期間不可避免會出現很多問題，有些問題可能不會在后續(xù)機組商運過程中出現，因此這些鍛煉隊伍的機會是難能可貴的。由于陽江項目調試期間設備振動采取自主測量分析的形式，所以參與到問題處理的機會就會多一些、話語權會更重一些。在機組的調試期間，處理過EAS/RIS 電機振動問題、APA 電機振動問題、RCV 齒輪箱振動問題、RRM/DVK 等風機振動問題等，每個問題的處理過程均有一定難度，但是在整個問題的處理過程中人員可以增長經驗拓寬視野，對后續(xù)隊伍能力的提升有很大幫助。

1.6 生產準備期間的小支管普查工作

在核電廠管線眾多的老化問題中，疲勞是主要失效機理之一，其中尤以振動疲勞最為突出。根據國內外核電站運行經驗反饋，核電站有很多公稱直徑等于或小于2 英寸（5.08 cm）的小支管，當管線振動較大時小支管與主管連接處的焊縫容易出現振動疲勞失效，導致焊縫處出現裂紋甚至斷裂。裂紋產生的主要原因是小支管的布置方式容易導致應力集中，在有激振源的情況下會出現較大振動、進而振動疲勞失效。這類可能因振動疲勞而導致失效的小支管被稱為振動疲勞敏感小支管，簡稱“敏感管”。因此，在機組商運前，必須對電廠敏感小支管進行篩選及普查治理工作，在冷試、熱試和機組沖轉啟動階段分別對核島、常規(guī)島的小支管進行振動普查。

在現場測量前，提前進行管線清單梳理、現場踩點，現場測量后進行計算分析、問題處理。以陽江4 號機為例，具體情況見表1。

表1 陽江4 號機小支管現場測量情況匯總 根

發(fā)現的問題優(yōu)先推動在工程期間完成處理，如果拖到商運后處理不僅會很難尋找處理窗口，而且會成為機組安全運行的隱患。

由于生產準備期間工作的特殊性，主線工作以工程為指導，因此需提前與工程做好溝通，落實普查的保溫腳手架等前提條件及測量窗口等要求，以保證此工作的正常開展。

1.7 重大設備的調試參與

核電廠的重大設備很多，應高度重視主泵、汽輪發(fā)電機組、柴油機等設備，因此很有必要參與到這些設備的調試過程，及早發(fā)現問題，避免留下隱患。同時參與過程也是經驗積累的過程，對人員培養(yǎng)也很重要。

主泵是核電廠中唯一的核安全一級和質量一級轉動設備，在一回路溫度由冷態(tài)至熱態(tài)變化過程中振動幅值變化明顯，存在一定的熱不平衡量，這必然會導致主泵振動速度及軸位移偏高，影響主泵及機組的安全穩(wěn)定運行，因此對主泵的振動監(jiān)測及動平衡處理是每個振動專業(yè)人員必備的核心技能。陽江6 臺機組共有主泵18 臺，有10 臺在調試期間進行過動平衡試驗，進行動平衡的概率超過50%，動平衡后主泵振動都達到了優(yōu)秀水平，確保在商運之前將主泵振動降低至一個較低的范圍內，為后續(xù)機組商運打下良好的基礎。由于CPR1000 主泵設計上沒有泵振動相位信號測量，給主泵動平衡的現場實施帶來了很大不便，陽江核電廠采用自主設計臨時支架加裝軸位移和鍵相傳感器進行測量分析，新機組可以考慮在設計階段增加鍵相測量裝置或采用轉速信號進行轉換，結合在線軸位移探頭的方式進行振動相位測量，不僅可以大大減少主泵動平衡的現場工作量和現場工業(yè)安全及輻射防護風險，且日常期間可持續(xù)監(jiān)測主泵振動相位也會提升重大設備的運行管理質量。

同樣，在汽輪發(fā)電機組調試、柴油機調試期間，也發(fā)現了很多重大缺陷，如汽輪機1#、2#和3#瓦的振動問題以及柴油機進回油管、202PO 進出口管道振動問題等，經過不斷的分析也已得到妥善處理。

1.8 KIR 系統(tǒng)提前移交管理

核反應堆壓力容器內部包括堆內構件和燃料組件，堆內構件主要由壓緊組件、吊籃組件、堆芯下支承組件等組成，各組件的部件和零件大部分通過螺釘、銷釘等連接，盡管這些連接件采取了防松、防脫措施，但在堆長期連續(xù)運行條件下，因水流沖擊和流致振動的影響，可能會使某些零件產生松動甚至脫落，從而在一回路中形成松脫部件，在施工、換料或維修時，也有在一回路系統(tǒng)內遺留金屬件（稱外來件）的可能性。設備發(fā)生部件松動，將使設備完整性受到破壞，影響其正常工作，松動部件脫落后將隨流道運動、撞擊設備和器壁，使設備和器壁受損，嚴重時導致反應堆不能正常運行。

KIR 系統(tǒng)即一回路松脫部件和振動監(jiān)測系統(tǒng)，為臨界最小系統(tǒng)，要求主泵啟動前投入運行。為更好地監(jiān)控一回路松脫部件情況，陽江項目將KIR 系統(tǒng)改為冷試最小系統(tǒng)，在冷試前完成系統(tǒng)移交，制定調試期間KIR 系統(tǒng)巡檢及異常響應制度，從機組冷試開始就聯合調試人員每日進行KIR 系統(tǒng)狀態(tài)巡檢，持續(xù)監(jiān)測一回路松脫部件。

1.9 二回路異物監(jiān)測的嘗試

在陽江6 號機調試期間，為提前發(fā)現監(jiān)測二回路可能出現的異物事件，根據水流狀態(tài)及異物可能通過或者滯留的區(qū)域，最終選取ARE 主給水管道上的孔板和彎管位置進行監(jiān)測。監(jiān)測原理及方法則是，以KIR 系統(tǒng)監(jiān)測原理為基礎，通過敲擊試驗、觸發(fā)設置調整等現場模擬方式進行適應性修改，最終確定采用加速度傳感器拾取撞擊信號用以監(jiān)測可能出現的異物撞擊，同時為排除現場人員工作或誤碰導致的干擾信息，現場對監(jiān)測區(qū)域加裝攝像頭以監(jiān)測現場狀態(tài)。最終整個陽江核電廠6 號機二回路轉水至滿功率期間，系統(tǒng)觸發(fā)了167 組信號，對每個信號進行識別后未發(fā)現有異物撞擊信號，信號觸發(fā)主要原因是人員現場作業(yè)、閥門動作還有流體擾動。這次二回路異物監(jiān)測的嘗試也為后續(xù)異物撞擊監(jiān)測的思路方法提供了很好實踐依據。

2 結束語

隨著整個核電大環(huán)境設備管理水平和理念的提升，對于組織和人員的要求也會逐漸增加。本文對陽江核電廠6 臺機組的設備振動管理經驗進行總結，并列舉一些現場實際案例，對新建核電廠的振動管理體系建立具有一定的借鑒和指導作用。