陳秀娟

（三門核電有限公司，三門 317112）

設備可靠性管理理念已廣泛應用于國外核電廠的設備管理中，并為其帶來了顯著的經(jīng)濟效益［1，2］。美國核電運行研究所（INPO）總結經(jīng)驗并編制了一系列以設備可靠性為中心的管理程序。在我國，隨著三門核電AP1000首堆工程調試工作的展開，三門核電在借鑒國外核電廠管理經(jīng)驗的基礎上，逐步將設備可靠性管理理念應用于三門核電AP1000機組的設備管理中。設備可靠性管理首先對設備進行了等級劃分，然后針對不同等級的設備，采取不同的可靠性管理策略。因此，借鑒國外的經(jīng)驗，建立一套科學合理的，適用于AP1000機組的設備可靠性分級標準，是設備可靠性管理的基礎和前提。

1 AP1000核電廠設備可靠性分級原則制定依據(jù)

開展設備可靠性管理的首要工作是設備的可靠性（Equipment Reliability，ER）分級。引進INPO的可靠性理念［3-5］，管理總體流程如圖1所示，同時結合自身設計特點，根據(jù)設備在核電廠安全運行中的重要程度，從核安全、風險、電力生產(chǎn)、工業(yè)安全、環(huán)境安全、法律法規(guī)要求、維修經(jīng)濟性等多個角度綜合考慮，制定出設備的可靠性分級原則。三門核電一期工程采用的是美國西屋公司的AP1000核電技術，現(xiàn)有的設備分級方法有3種：核安全等級、風險等級、電力生產(chǎn)關鍵性等級。這3種分級分別是從不同的角度考慮制定出的，將作為可靠性分級原則的制定依據(jù)。

圖1 設備可靠性管理流程圖Fig.1 Equipment reliability process diagram

核安全分級原則是基于設備對核安全的影響程度，參考美國核學會（ANS）［6］的核安全要求，將設備分為安全相關設備與非安全相關設備［7，8］。其中A、B、C級被用于限制廠區(qū)外照射，保證冷卻劑壓力邊界完整性，或用于反應堆安全停堆并保持其處于安全停堆狀態(tài)的安全相關構筑物、系統(tǒng)和設備的分組，相當于美國核學會的安全1、2、3級［9］。非安全相關設備對核安全的影響程度很小。

從核電廠堆芯損壞的概率和對公眾安全影響的角度出發(fā)，通過建立模型，應用概率風險評估（PRA）、確定論分析和專家決策等方法，得出設備對核電廠設計基準事件的貢獻程度。根據(jù)貢獻程度的不同，將設備定義為風險設備和非風險設備。AP1000 的PRA的主要內容包括：始發(fā)事件及事件樹分析，成功準則分析，單個系統(tǒng)分析，人因可靠性分析，共因失效分析，嚴重事故分析，劑量分析，氫氣控制分析和地震裕度分析等［10］。這樣，既保證系統(tǒng)和設備的可靠性，又做到合理性，經(jīng)濟性。滿足了安全管理部門要求營運單位遞交確定論的安全分析報告和PSA分析報告［11］。

AP1000合同中要求：核電廠的平均可用性93%，可靠性目標為非計劃停堆率每年少于1次［12］。要達到這一目標，需要分析設備故障對電力生產(chǎn)的影響，如反應堆停堆、強迫停堆、降功率等。與前面描述的核安全分級、風險分級不同，該分級是根據(jù)設備對核電廠電力生產(chǎn)影響的嚴重程度，將其分為R-1、R-2、R-3和NR4個等級。

此外，還首次引入了10CFR50.65“核電廠維修有效性的監(jiān)測要求”（簡稱維修規(guī)則，Maintenance Rule，MR）［13］和 INPOAP-913 的設備篩選原則［14］。根據(jù)MR中的設備篩選原則，核安全等級與風險等級將有助于進行MR范圍內設備的篩選。MR范圍內的設備包括核安全A、B、C類設備及部分非安全相關設備，也包含高風險設備。

2 AP1000核電廠設備可靠性等級

INPO將設備分為關鍵（CC）、非關鍵（NC）、運行至失效（RTF）3個等級。通過與國外電廠的交流與對標，國外電廠如Voglte等均在借鑒INPO的基礎上，根據(jù)自身實際對設備可靠性等級進行細化。結合三門核電AP1000項目的實際設計特點，又將CC級設備細分為CC1級設備和CC2級設備。

CC1級設備，滿足下列一種或多種情況：

（1）失效后將喪失高風險的MR功能（等同于高風險等級）；

（2）失效后短期內（7天內）對生產(chǎn)有直接或重大影響（包括生產(chǎn)R-1、R-2級設備）；

（3）失效后會觸發(fā)專設安全設施。

CC2級設備，滿足下列一種或多種情況：

（1）包含于技術規(guī)格書、應急運行規(guī)程中的設備；

（2）失效7天或以上，對生產(chǎn)造成影響，或存在潛在風險（包括生產(chǎn)R-3類設備）；

（3）失效后完全喪失對放射性廢物的處理能力；

（4）失效導致關鍵換料途徑延長。

NC級設備，下列一個或多個問題回答為“是”即可：

（1）是否為重要系統(tǒng)功能的冗余設備？

（2）設備失效是否會導致其他關鍵設備的失效？

（3）設備失效是否會導致人員所受輻射增加？

（4）設備失效是否有任何工業(yè)安全問題？

（5）設備是否涉及相關法律法規(guī)的要求，失效后將導致管理當局采取行動？

（6）設備失效是否會阻礙關鍵設備的及時修復？

（7）部件的更換時間是否過長，導致所需維修的設備得不到及時修復？

（8）設備或類似設備是否有應被消除的過度糾正性維修？

（9）相比故障后的修復或替換，是否存在更為經(jīng)濟的預防性維修？

RTF級設備：此類設備失效后的風險和后果可接受，不需安排任何預測性和預防性維修，且延長這類設備的壽命既有難度又不經(jīng)濟。

因此，根據(jù)上述判定原則，將設備最終劃分為4個等級：CC1、CC2、NC、RTF。

根據(jù)設備對核電廠安全、生產(chǎn)影響的緊急程度對CC級設備再細化，將CC1級設備作為核電廠管理的重中之重，有利于設備的精細化管理。

此外，在等級判定的基礎上，又進行了分級的延伸。增加了設備的工作頻度、工作環(huán)境以及功能設備組（FEG）的判定。

表1 ER分組矩陣表Table 1 Equipment reliability（ER）group matrix

根據(jù)設備的工作循環(huán)和加載的數(shù)量來判定工作頻度，分為“高（H）”和“低（L）”；根據(jù)設備運行時內部和外部環(huán)境條件，將工作環(huán)境狀況分為“良好（M）”和“惡劣（S）”。然后與設備可靠性等級結合，形成12個ER分組，見表1。這項分組采用了美國電科院（EPRI）［15］的預防性維修模板，為預防性維修大綱的開發(fā)工作提供支持，可在一定程度上減少預防性維修大綱的編制難度。

功能設備組（Functional Equipment Group，F(xiàn)EG）由圍繞主設備的多個設備/子設備組成，具有共同的系統(tǒng)隔離特征或者可同時退出運行。FEG中各個設備的全部工作可以同時判定、同時安排。如圖2所示，一臺泵的FEG需要由電機或驅動單元，泵的零部件，支持或輔助系統(tǒng)（潤滑油或密封油設備）以及供應電源等組成。

圖2 泵功能設備組的示意圖Fig.2 Diagran of functional equipment group for a pump

FEG可應用于運行隔離、維修計劃的安排與維修活動的實施。將具有相同隔離特征的FEG內各設備的維修工作合理地安排在一起，在盡量減少運行隔離的同時，也簡化了維修計劃的安排，有利于減少維修活動的管理周期。

3 AP1000核電廠設備可靠性分級過程

設備分級工作以系統(tǒng)為單位進行。分級過程主要由設備可靠性管理工程師組織，由系統(tǒng)工程師負責實施，由各領域經(jīng)驗豐富的專家組成的專業(yè)技術小組審查。

分級之前需要收集系統(tǒng)相關的資料，如系統(tǒng)說明書、圖紙、技術規(guī)格書、核電廠運行規(guī)程、設計文件、PRA文件等。分級時主要有3個層次的內容：系統(tǒng)層級的功能分析，設備層級的故障模式和影響分析以及設備的等級判定。首先，分析系統(tǒng)功能重要性。即依照MR重要性、風險重要性、電力生產(chǎn)關鍵性3方面的判定原則，分析每個系統(tǒng)功能對核電廠的重要程度。其次是設備層級的故障模式和影響分析。分析設備可能的失效模式，以及失效后對系統(tǒng)功能有何影響。第三是設備的等級判定。依照上述設備可靠性分級原則，劃分相應的等級。如果某設備滿足多個判斷依據(jù)，則依照“從高原則”進行劃分。具體分析過程如圖3所示。

圖3 ER分級分析過程Fig.3 Analytical process of the ER classification

4 設備分級過程中需注意的幾個問題

隨著分級工作的逐步深入，總結了幾個需特別注意的問題。

（1）需要分級的設備范圍：可靠性分級主要涉及生產(chǎn)設備，作為設備的一項基礎信息，需納入設備的信息管理中。非生產(chǎn)類設備（如工器具等）不采用可靠性管理模式，故無需進行可靠性分級。

（2）分析過程中，要把握一條主線，即分析設備可能出現(xiàn)的故障模式，設備的失效是否會使相應的系統(tǒng)喪失功能，系統(tǒng)功能喪失對核電廠又會產(chǎn)生何種影響。因此，最好按照設備所支持的系統(tǒng)功能將設備分組，這樣按組依次分析，既能夠理清思路，不致出錯，又能提高工作效率。

（3）CC級設備主要是對核安全、生產(chǎn)有重要影響且不允許有非計劃故障的設備，其判定需依據(jù)核電廠各方面的資料，如系統(tǒng)設計文件、計算書、運行規(guī)程以及系統(tǒng)在核電廠各種工況下的要求等文件。NC級設備主要是從工業(yè)安全、環(huán)境安全、輻射安全、法律法規(guī)要求、維修經(jīng)濟性等角度考慮篩選出的設備，這些設備對核電廠安全生產(chǎn)的影響通常不大，采取可靠性管理策略通常能夠節(jié)約核電廠人力、物力、財力資源。另外，NC級設備的數(shù)量與核電廠的計劃成本有關。RTF設備的失效后果和風險是可接受的，延長它們的壽命既有難度又不經(jīng)濟，允許其運行直到需要維修。

（4）分級時采用“單一故障”原理，即只考慮單個設備失效后對相應系統(tǒng)、核電廠產(chǎn)生的影響。如某設備存有冗余或備用設備，則冗余或備用的設備與該設備的等級一致。

（5）特種設備的分級：核電廠的特種設備主要有壓力容器、鍋爐、安全閥、國家強制類儀表等。法律法規(guī)對這些設備有人員資質或產(chǎn)品質量等強制要求，若對核電廠的核安全、生產(chǎn)運行無重大影響時，建議將這類設備定為NC級。

5 應用簡析

對設備進行分級管理，將核電廠的人力、財力、物力資源重點放在關鍵重要設備上，保證關鍵重要設備的可靠性和可用性，能夠減少工作量和管理成本，用有限的資源獲得較大的經(jīng)濟效益。

設備的分級管理將影響核電廠多個領域的程序和工作過程。如預防性維修、預測性維修、維修規(guī)則管理、糾正性維修、工作過程管理、壽期管理、長期計劃制定等。不同等級的設備需綜合各領域的管理目標，采取不同的管理策略。

目前三門核電已開展設備可靠性分級及預防性維修工作。如從設備可靠性分級結果在除鹽水處理系統(tǒng)（DTS）預防性維修大綱中的應用來看，設備可靠性分級對預防性維修有一定程度的影響。

DTS共有設備1 273件。分別以傳統(tǒng)方式和設備可靠性分級結果兩種方式為輸入，編制預防性維修大綱的數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 經(jīng)設備可靠性分級修改前后的DTS預防性維修大綱數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison of preventive maintenance before ER classification and after

以傳統(tǒng)方式編制的DTS預防性維修大綱中，需要預防性維修的設備有390臺件，預防性維修項目共有680項。經(jīng)AP1000設備可靠性分級后，該系統(tǒng)無關鍵設備，NC級設備有159臺件，RTF設備有1 114臺件。修改后的預防性維修大綱中只有159臺件設備需要預防性維修，維修項目共232項，修改后的預防性維修大綱將大大減少后續(xù)的工作量和管理成本。仔細分析，可看出設備可靠性分級的3大優(yōu)點：第一，可靠性分級結果的應用在一定程度上減少了預防性維修工作對于經(jīng)驗的依賴。傳統(tǒng)方式?jīng)]有對DTS設備在核電廠中的重要性進行分析、判定，完全依靠經(jīng)驗給出，只有具有一定經(jīng)驗的編制人員才能編制出切合核電廠實際的大綱。這種大綱編制方式對于三門AP1000這類新建核電廠并不適用，而設備可靠性分級可以指導一些工作經(jīng)驗較少的員工，通過科學的分析，認知設備及相應系統(tǒng)在核電廠安全運行中的重要性，從而判定設備等級，更能有的放矢地編制出切實可行的大綱。第二，可靠性分級方法提供了一種規(guī)范化、標準化的流程，有效減少了因人因失誤導致的結果偏差，使不同人員得出了相對一致的結果。第三，該分級結果的應用能有效減少設備不必要的維修，減少設備的非計劃停役時間，對運行電廠也具有很好的借鑒意義。

目前，三門核電已完成了工藝系統(tǒng)的設備可靠性分級工作，經(jīng)初步統(tǒng)計，設備臺件數(shù)共3萬有余，其中CC1級、CC2級、NC級和RTF級設備的占比分別為4%、2%、24%、70%，如圖4所示。工藝系統(tǒng)中的主要設備類型（泵、閥門、儀表）的統(tǒng)計結果如圖5所示。該項統(tǒng)計數(shù)據(jù)表征了電廠資源在工藝系統(tǒng)中的配置狀況。工藝系統(tǒng)約有七成設備可采取糾正性維修，可納入可靠性管理范疇，采取可靠性管理策略的設備約占三成。設備管理的重中之重約為4%，隨著后續(xù)資源配置的逐步豐富與完善，可逐漸擴大管理范圍。

圖5 泵、儀表、閥門的等級比例圖Fig.5 A proportional diagram of pumps，instrumentation，valves

6 結論

AP1000設備可靠性分級融合了INPO與AP1000的技術特點，綜合考慮多種因素，并進行了探索性的延伸，是一套綜合性的分級方法。該方法的結果可作為核電廠優(yōu)化資源配置的依據(jù)，對預防性維修等工作具有積極的指導作用。

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