核電站以可靠性為中心的維修

1、核電站以可靠性為中心的維修                        【摘要】核電站的維修不同于常規(guī)電站或其它工業(yè)部門的維修，因為它的規(guī)模巨大、設(shè)備復雜，而停 運帶來的損失也很大，并且在核安全以及保護公眾健康方面甚為重要。為此，核電站對維修 工作提出很高的要求。文獻4指出，核電站維修部門的短期任務(wù)是盡快修復損壞了的設(shè) 備，保證機組的安全可靠運行。長期的任

2、務(wù)是對故障進行分析，找出對策，制訂和完善切實 可行的維修計劃，并予以實施。維修有兩層含義：維護系統(tǒng)與設(shè)備按設(shè)計正常運行；修復失效的系統(tǒng)與設(shè)備使其恢復設(shè)計的 運行能力。與之相適應(yīng)，維修一般分為兩種類型：預防性維修與糾正性維修。糾正性維修過 程一般為故障診斷、臨時處理、計劃準備、最終修復和再鑒定試驗。設(shè)備故障無法絕對避免 ，因而糾正性維修是一種被動的活動，所以維修部門均在預防性維修上下功夫。預防性維修也包括計劃、實施、試驗三個步驟。與糾正性維修不同的是，預防性維修是在系 統(tǒng)或設(shè)備失效以前采取行動，避免設(shè)備失效。預防性維修分類方法目前各國尚未統(tǒng)一，一般 分為以下兩種：A 周期性維修：按預先制定的時間

3、表(根據(jù)制造廠提供的維修手冊和有關(guān)程序)實施維修， 而不考慮設(shè)備的狀況如何。周期性維修的理論基礎(chǔ)是設(shè)備失效的浴盆曲線(見圖)。t1以前是初期故 障期，t1到t2期間屬偶然故障期，t2以后是耗損故障期。在t2到來之前的t3時刻進行維修或 更換部分設(shè)備，避免耗損故障期的到來。再經(jīng)過一個偶然故障期，到達t4。t5-t3即為設(shè)備 維修的周期。B 預見性維修：英文Predicative Maintenance,文獻4和8中譯為判斷性維修 。這個 術(shù)語用于不需要拆卸而能提供有效監(jiān)督的方法，特別適用于運行中的復雜機械設(shè)備。它通過 監(jiān)測設(shè)備，采集、積累數(shù)據(jù)來判斷故障是否有可能發(fā)生，選擇設(shè)備維修的最佳時機。進行

4、 預 見性判斷的數(shù)據(jù)資料來自于振動監(jiān)測、潤滑油分析、聲學監(jiān)測、紅外拍照測溫、絕緣電阻測 量等。改造與更換活動既可以是糾正性維修也可以是預防性維修。機組換料大修基本上是一種周期 性檢修，但其過程涉及到幾乎所有類型的維修活動。維修活動對機組的安全與性能舉足輕重，各國核電站均十分重視維修，制定各自的預防性 維修大綱，并根據(jù)維修實踐的經(jīng)驗反饋不斷完善，取得了很大的成績。12 核電站維修的誤區(qū)當人們認真回顧維修思想的發(fā)展過程，并深入地考察各國核電站預防性維修大綱的時候 ，會發(fā)現(xiàn)各國核電站先后都存在過以下的誤區(qū)：A 認為預防性維修越多，維修大綱就越完善。的確，有可能應(yīng)盡量多地安排實施預防性維 修 活動，但

5、是，除了維修需要人力物力外，執(zhí)行不必要的預防性維修會降低設(shè)備的可用率。B 認為一個好的預防性維修大綱可以消滅所有的故障。有的核電站某一時期的維修方 針是“以預防性維修消滅糾正性維修”。事實上，設(shè)備故障是無法絕對避免的，而且，如設(shè) 備對安全或發(fā)電并不關(guān)鍵，采用故障后維修比周期性維修常常經(jīng)濟得多。C 認為預防性維修即為周期性維修。提到PM，很多人認為既可以是Periodic Maintenance, 也可以是Preventive Maintenance,將其混為一談。這并不是因為英文不好，主要原因是， 在很多核電站，預防性維修目前基本上只是一種基于時間的維修-周期性維修?？茖W分析 與實踐表明，周期

6、性更換潤滑油、密封材料、滾珠軸承是正確的，但絕無必要隨意推廣到其 它維修活動。根據(jù)南非KOEBERG的資料，調(diào)查的設(shè)備中，94%設(shè)備預防性維修的負面作用大于 正面作用。D 同一類型的設(shè)備采用相同或類似的程序。因維修程序的制定很大程度上受設(shè)備制造商用 戶說明書的影響，而制造商事先并不知道其產(chǎn)品售后投運的具體情況。同一類型的設(shè)備，安 裝 環(huán)境不同，工況會不一樣，投運時間不一樣，而且在系統(tǒng)中的重要性不一樣，因此不應(yīng)該采 用完全一樣的維修程序。人們在實踐中逐漸發(fā)現(xiàn)以上問題，并認識到需研究新的維修政策 予以解決。2 RCM 思想的形成過程RCM全稱為Reliability Centered Mainte

7、nance,譯為“以可靠性為中心的維修”。RCM思想 是在軍事與航空航天工業(yè)中發(fā)展起來的。過去一直認為飛機的安全是與它的元、部件的可靠 性緊密相關(guān)的。每一元、部件的可靠性總是隨時間的增加而下降，因此必須經(jīng)常檢查并定期 翻修以恢復原有的可靠性，而檢查和翻修周期的長短是控制元、部件可靠性的重要因素， 所以認為預防工作做得越多，飛機就越可靠。這就是以定期全面翻修為主的預防性維修思想 ，其理論基礎(chǔ)就是浴盆曲線。因此，對每個產(chǎn)品都要規(guī)定一個壽命，在進入耗損故障前進行 翻修。但在以后的實踐中逐漸得到下面的幾點結(jié)論：A 對于復雜產(chǎn)品，如系統(tǒng)、設(shè)備或部件除了一、二種耗損故障占絕對優(yōu)勢外，浴盆曲線是 不適用的。

8、一般說來復雜產(chǎn)品只有早期故障期和偶然故障期而沒有耗損故障期，這是因為復 雜產(chǎn)品是由許多元、部件組成，在使用中究竟哪個出故障是偶然的，元、部件數(shù)量越多，偶 然性就越強。B 既然復雜產(chǎn)品的故障具有偶然性，因而是不可避免的。我們在設(shè)計上的對策不是預防故 障的發(fā)生，而只能是預防故障危害安全。如應(yīng)用冗余度、破損安全設(shè)計、主要故障的防護裝 置(如保險絲、斷流器)等。C 定期解體檢查不是連續(xù)監(jiān)控性的，所以在產(chǎn)品的分解檢查時，沒有客觀的辦法來鑒定其 元、部件的可靠性下降程度。因此不能提供延長其壽命的客觀基礎(chǔ)。D 系統(tǒng)的可靠性和安全性是由設(shè)計制造所確定的固有的性能，通過維修只能保持這些固有 的可靠性而不能提高它

9、。E 維修過程中人的差錯無法絕對避免，人們開始承認并且正視人因故障，從而需要努力減 少不必要的維修。由于有上面這些結(jié)論，所以就發(fā)展了預見性維修和事后監(jiān)控方式(讓產(chǎn)品一直運行到出故障 以后，采用糾正性維修，并不斷收集、分析故障情況和歷史資料，采取改造或適當?shù)念A防性 措施)，這就標志著RCM-以可靠性為中心的維修思想形成。最初的RCM方法仍只是獨立地考慮某一個設(shè)備，如文獻6中，南非RCM研究人員首先挑選 廠用66kV電動機進行RCM研究。隨著維修技術(shù)的發(fā)展，人們把系統(tǒng)論的思想與可靠性數(shù)據(jù) 結(jié)合，即不僅考慮單個設(shè)備運行的可靠性，還需研究每個設(shè)備在系統(tǒng)中的重要性(對安全、 生產(chǎn)重要性及維修的輻射與成本

10、)，從整體上把握系統(tǒng)的運行性能，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中更有針對 性地進行維修。美國電力研究所(EPRI)RCM用戶組認為，以可靠性為中心的維修思想可以大致歸結(jié)為：RCM是 一種發(fā)展與優(yōu)化維修大綱的系統(tǒng)化的評估方法。根據(jù)每一種故障的安全和運行后果，以及導 致故障的惡化機制，采用決策邏輯樹尋找系統(tǒng)的最優(yōu)的維修需求。用RCM思想制訂的維修大綱在實踐中取得了很大的成功。如B-707飛機原來的99%的產(chǎn)品是用 周期維修方式的，采用新的維修大綱后降到40%，維修費用下降了30%。在設(shè)備的復雜程度和 安全的重要性方面，核電站與航空航天工業(yè)有很大的相似性。核電領(lǐng)域引入這一思想后，效 果也十分顯著1，5，6。盡管法國電力

11、公司也進行了一些按時間的維修(周期性維修)，其對于預防性維修的基本態(tài)度 卻是按設(shè)備狀態(tài)8即最易于達到經(jīng)濟和技術(shù)最佳點的方法。而可靠性分析，是判 斷設(shè)備狀態(tài)的一個重要依據(jù)，因而近年來法國核電站亦加緊研究RCM技術(shù)。在大亞灣核電站 ，維修政策規(guī)定，應(yīng)開展RCM研究工作，這項工作由技術(shù)支持處實施2，目前 已開始PSA數(shù)據(jù)庫的工作。3 RCM研究的基本方法與步驟具體的工作方法與步驟如下： 系統(tǒng)選擇系統(tǒng)選擇主要考慮系統(tǒng)對電站在安全、可靠性、維修成本、輻射四個方面的重要性?？梢酝?過加權(quán)打分的方法，越是重要的越應(yīng)首先進行RCM工作。 數(shù)據(jù)與信息采集挑選系統(tǒng)后，必須盡可能多地收集這兩個系統(tǒng)的各種信息，確保在

12、RCM研究中充分考慮了系 統(tǒng)設(shè)計、運行性能與要求、系統(tǒng)運行歷史。信息包應(yīng)包括RCM研究人員所需要的所有信息， 以確定系統(tǒng)功能、系統(tǒng)邊界、功能故障模式、設(shè)備失效模式與原因、故障率等。信息的來源 主要是：-設(shè)計規(guī)范；-運行程序與技術(shù)規(guī)范；-維修與監(jiān)督要求；-圖紙、描述以及對本系統(tǒng)的已有研究；-在系統(tǒng)上進行的所有維修與監(jiān)督任務(wù)；-收集維修歷史數(shù)據(jù)，包括故障日期、原因、后果、維修主要工作等等；                  

13、60;           建立可靠性數(shù)據(jù)庫設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫記錄設(shè)備平均無故障時間、失效率、平均故障檢修時間、平均故障檢修成 本、平均預防維修時間、平均預防維修成本、設(shè)備維修輻射代價等等。其中部分參數(shù)采用理 想化，如輻射代價，可用打分的方法，最嚴重的可給10分，無輻射代價給0分。我國的秦山和大亞灣核電站投運的時間不長，仍屬投運的初期，故障原因和類型復雜。如何 減少不定性，提高分析的精度，文獻3已給出方法。多年來，通過試驗和實際運行，已 經(jīng)積累和收集了大量數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上形成了公用數(shù)據(jù)庫。核電廠可

14、以結(jié)合本廠實踐和自己 所收集的數(shù)據(jù)，對公用數(shù)據(jù)庫采用貝葉斯公式進行更新以形成專用庫。數(shù)據(jù)庫建成后，應(yīng)該是“實時”的，即每次設(shè)備故障后，輸入本次故障模式、維修時間、成 本等，數(shù)據(jù)庫能根據(jù)新的數(shù)據(jù)和有關(guān)的程序，經(jīng)過計算后更新原有數(shù)據(jù)庫。 建立系統(tǒng)故障樹系統(tǒng)論認為，系統(tǒng)是指有若干相互聯(lián)系相互作用的要素構(gòu)成的，具有特定功能的有機整體， 而系統(tǒng)包含著層次?？煽啃怨こ痰墓收蠘浞治龇椒ㄕ且环N系統(tǒng)方法，它從系統(tǒng)整體的觀點 出發(fā)，從系統(tǒng)與要素之間，要素與要素之間，以及系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的相互聯(lián)系、相互作 用中考察對象，以達到最佳地處理問題。故障樹分析法遵從系統(tǒng)方法的三條原則：整體性原 則，最優(yōu)化原則和模型化原

15、則。文獻3將故障樹分為三個等級：功能故障樹、系統(tǒng)故障樹和部件故障樹。RCM研究采用系 統(tǒng)故障樹，其頂事件是系統(tǒng)功能失效，而底事件是部件或設(shè)備的失效。故障樹分析的最終任 務(wù)是要找出導致頂事件發(fā)生的最少的最小割集數(shù)以及其相應(yīng)概率。參考系統(tǒng)手冊和系統(tǒng)流程圖，分析、確定系統(tǒng)功能、系統(tǒng)邊界、系統(tǒng)層次和系統(tǒng)失效模式等 ，建立故障樹仿真結(jié)構(gòu)。 維修的優(yōu)化決策我們采用“代價”一詞，以區(qū)別一般工業(yè)中的“費用”，核電站維修所付出的除了 設(shè)備維修 費用和系統(tǒng)停運損失費用之外，還包含有安全、輻射方面的代價。代價的另一層含義是，事 件發(fā)生的后果與事件發(fā)生的概率的乘積。進行預防性維修。核電站維修決策的基本要求是： a系統(tǒng)

16、的可靠度不得低于允許的最小值R；b系統(tǒng)的維修代價Kr為最少， 或不得大于某個預定的值Krmin,即R(t)R)KrKrminJY，22(1)Krmin而設(shè)備的維修代價一般由幾個部分組成：KrKrbKrpKrcKrsJY，22(2)其中Krb-糾正性維修代價；Krp-預防性維修代價；Krc-運行監(jiān)測代價；Krs-停機損失代價。以整個系統(tǒng)的可靠性和維修代價為目標，用系統(tǒng)論的觀點考查，在時間的發(fā)展中考查，合理 地進行維修決策。運算的結(jié)果包含兩個方面：1尋找系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)，提出設(shè)備維修的 要求；2在保證整個系統(tǒng)綜合代價不變或降低的條件下，優(yōu)化原有的設(shè)備預防性維修周期 。這是RCM研究的最終目的。 比

17、較與分析將RCM研究的結(jié)果與維修大綱有關(guān)內(nèi)容進行比較，論證RCM方法是否可行，是否具有參考意義 。根據(jù)國外的經(jīng)驗，進行RCM研究后，預防性維修工作減少，設(shè)備可靠性提高。但正如美國人 說，“沒有免費的午餐”，仍需付出一定代價的。代價的一個重要方面是，設(shè)備故障診斷技 術(shù)能力需隨之提高。我們不必每年去醫(yī)院打開胸腔體檢，但光靠聽診器是不夠準確地測定健 康指標的。這一方面的問題，亦需我們進一步探討，但不作為本課題主要研究范圍。4 建議RCM研究的理論基礎(chǔ)是可靠性工程、系統(tǒng)理論和優(yōu)化理論。因為RCM涉及多個系統(tǒng)，多種設(shè)備 ，多種專業(yè)，從研究工作的開展上，可以說也是一項系統(tǒng)工程，各國核電站或是相關(guān)研究機 構(gòu)

18、都投入一定的人力、物力和時間進行這項工作。不少國家在70年代就開始了這方面的研究 ，但現(xiàn)在仍不能大量付諸實踐。其主要原因在于，人們普遍認為，設(shè)備內(nèi)部性能是否完好， 拆檢是最直觀、最令人信服的手段。而且，取消維修活動，必須有可靠的“健康指標”測量 手段為前提，而這方面的代價是不容忽視的。可以說，RCM思想在核電領(lǐng)域仍有極大的爭議 。盡管有爭議，各國并沒有停止這方面的研究，因為人們相信，RCM研究的理論基礎(chǔ)是正確的 ，其目標也是令人鼓舞的。我們國家的核電起步較晚，我們參考國外經(jīng)驗并結(jié)合自己的特點 制定維修政策，有效地開展維修工作，并積極進行了一些創(chuàng)新性的研究與實踐。1995年2月 ，I AEA在大

19、亞灣核電站舉辦了“亞太地區(qū)優(yōu)化維修提高核安全”的培訓；1996年6月，又開始了 PSA數(shù)據(jù)庫的工作。對于國內(nèi)外一些新的思想、方法，我們不只是觀望、等待，要躋身于國 際一流核電站的行列，解放思想、積極探索，是可行而且也是必要的。根據(jù)國內(nèi)核電站現(xiàn)在的情況和國外的經(jīng)驗反饋，建議開始做一些起步的研究工作，可以說是 做一個試驗。選擇典型的系統(tǒng)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)，建立系統(tǒng)功能樹(故障樹)；根據(jù)維修歷史檔案 ，建立可靠性數(shù)據(jù)庫；以系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行為目標，尋找系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)并優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi) 設(shè)備的維修周期。如分析結(jié)論合理可行，真實反應(yīng)了實際情況，并有一定的參考甚至是指導 性意義，則試驗的目的就達到了。參考文獻1 19932廣東大亞灣核電站電廠質(zhì)量管理手冊第5章維修政策第1版1996年4月3濮繼龍著壓水堆核電廠安全與事故對策原子能出版社1995年6月4李志仁核電站的維修大亞灣核電站系統(tǒng)及運行