聶成平，胡建群，王 欣（中核核電運行管理有限公司， 浙江 海鹽 314300）

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核電廠火災探測和報警系統(tǒng)預防性維修大綱優(yōu)化

聶成平，胡建群，王 欣
（中核核電運行管理有限公司， 浙江 海鹽 314300）

摘要：通過對預防性維修大綱編制和優(yōu)化原則介紹，以核電廠火災探測報警系統(tǒng)預防性維修大綱的優(yōu)化為實例，說明了根據(jù)現(xiàn)場實際，遵循合理原則，采取合適方式對預防性維修大綱進行優(yōu)化，提高關鍵設備可靠性，節(jié)約運行成本，達到保障核電廠安全穩(wěn)定運行的目的。

關鍵詞：預防性維修策略； 核電廠；報警系統(tǒng)；火災探測

CLC number：TM623 Article character： A Article ID： 1674-1617（2016）01-083-06

美國INPO（Institute of Nuclear Power Operations）發(fā)布的AP-913（《Equipment Reliability Process Description》），將核電廠設備可靠性管理工作分為設備分級、監(jiān)督、持續(xù)改進、缺陷維修、設計變更和壽期管理六大部分。而預防性維修（簡稱預維）及其優(yōu)化工作則是持續(xù)改進工作的重要內(nèi)容。預維大綱往往是在核電廠投運初期就編制完成，而核電廠設備的實際狀態(tài)總是不斷變化的；另外，內(nèi)外部經(jīng)驗反饋、電廠經(jīng)營政策變化（如機組大修周期延長、備件的國產(chǎn)化替代）等原因，會導致原預維大綱無法適應實際情況，必須針對性地對預維大綱進行優(yōu)化調(diào)整。否則，不僅達不到通過預維工作防止設備失效的目的，甚至可能出現(xiàn)預定的預維工作無法執(zhí)行從而影響機組大修工作的情況；另外，預維大綱優(yōu)化能及時糾正預維大綱編制中的人因失誤。所以，預維優(yōu)化的成果在很大程度上決定了核電廠設備可靠性持續(xù)改進的效果。

預維優(yōu)化在國外管理先進的核電廠已經(jīng)有了多年的執(zhí)行經(jīng)驗，但國內(nèi)核電廠還處于探索起步階段。如何借鑒國外的成功預維優(yōu)化經(jīng)驗并加以應用和推廣，對我國核電廠的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行有著重要的作用。

1 預維優(yōu)化的目標和方法

1.1 預防性維修的重要性

由于受到運行條件的限制，核電廠的設備從投運開始，就處于一個不斷降質(zhì)的過程，直至變?yōu)椴缓细?。對于核電廠來說，核安全生死攸關，對核安全重要的設備不允許出現(xiàn)不合格，必須萬無一失。另外，核電廠運行的經(jīng)濟效益對部分設備的可靠性也有嚴苛要求。而預維就是要對這種自然降質(zhì)過程進行人為干預，阻止關鍵重要設備出現(xiàn)故障。

預防性維修是指為了防止或延緩S S C s （Structures， Systems， and Components 構筑物，系統(tǒng)和設備）發(fā)生故障的維修活動。其與缺陷維修的本質(zhì)區(qū)別在于維修活動的實施對象是功能正常的設備。根據(jù)實施的方式不同，預維可以細分成周期性預維、預測性預維及策略性預維三種，預維優(yōu)化主要針對周期性預維。

1.2 預防性維修優(yōu)化的目標

預維內(nèi)容包括針對設備的預維項目以及項目實施周期。預維項目包括諸如儀表的標定、設備易損部件的檢查、更換等。而實施周期則是相鄰的兩次預維活動之間的時間間隔，所以預維優(yōu)化的目標包括預維項目的增減和或?qū)嵤┲芷诘暮侠硌娱L或縮短。

1.3 預防性維修大綱的編制和優(yōu)化原則

核電廠設備眾多，雙機組動輒數(shù)萬臺。預維大綱的編制必須依據(jù)一定的原則，才能確保大綱的合理性。結合AP—913的推薦和國外核電廠的實施經(jīng)驗，將預維大綱的編制和優(yōu)化原則總結如下：

1）依據(jù)設備的設計功能對核電廠安全、經(jīng)濟運行的重要性進行分級，依據(jù)分級結果，制定相應的預維策略。對核安全和經(jīng)濟性重要的設備安排周到的預維項目及相對較短的實施周期；而對于那些重要一般的設備則少安排甚至不安排預維工作。這樣開展設備管理工作，才能既保證核電廠安全、經(jīng)濟性的運行，又能節(jié)省人力、物力和財力的投入，達到節(jié)約運行成本的目的。根據(jù)AP-913（第四版）推薦，可以將核電廠設備分為關鍵（Critical Component）、重要（Noncritical Component）和一般設備（Runto-Failure Component）三級；或進一步將關鍵設備（Critical Component）細分成非常關鍵（High Critical Component）和關鍵（Low Critical Component）兩級從而形成四級分級。

2）考慮設備的運行環(huán)境是否存在差別。核電廠的系統(tǒng)和設備眾多，同一類型設備的運行環(huán)境有時差別非常大。而設備的運行環(huán)境直接決定了其使用壽命。所以，對運行環(huán)境比較惡劣（如高溫、高輻射、潮濕等）的關鍵重要設備，其預維策略相對于環(huán)境條件較好的同類設備，必須有所區(qū)別。通過有效的預維工作，消除惡劣環(huán)境對其使用壽命的影響，只有這樣，才能保證那些運行在惡劣環(huán)境里的關鍵重要設備的可靠性。

3）考慮設備的運行強度差別。能動設備壽命與其運行強度（如轉機設備的轉動小時數(shù)，電氣設備的啟停次數(shù)等）密切相關。所以在制定設備預維大綱的時候，必須考慮設備運行強度差別。對于運行強度大的設備，應縮短其易損部件的檢查或更換周期等。反之，對于運行強度比較小的設備，通過延長檢查或更換周期，既保證了其可靠性，又能節(jié)約核電廠的運行成本。

4）根據(jù)設備的實際狀態(tài)優(yōu)化預維大綱。只有根據(jù)設備的實際狀態(tài)進行預維策略的調(diào)整，才是有針對性和最有效的優(yōu)化。設備的實際狀態(tài)的獲取渠道包括現(xiàn)場工作人員（尤其是維修人員）的反饋和設備修前狀態(tài)數(shù)據(jù)（AS-FOUND）等。

5）跟隨核電廠運營政策的改變調(diào)整預維大綱。有時核電廠的運營政策會有比較大的調(diào)整（如核電廠的大修周期改變、備件的國產(chǎn)化替代等），則設備的預維周期也必須進行相應的調(diào)整。

6）法規(guī)要求、內(nèi)外部經(jīng)驗反饋、新的維修技術、設備變更改造、設備故障率的高低、是否出現(xiàn)降級趨勢等也是預維優(yōu)化的重要依據(jù)。

另外，也可參照設備R C A（R o o t Cause Analyze 根本原因分析）或利用RCM （Reliability Centered Maintenance 可靠性為中心的維修）結果對預維大綱進行優(yōu)化。

總之，要避免電廠內(nèi)同一類型的設備不區(qū)分其重要性、運行環(huán)境以及運行強度等因素的差異，簡單的安排雷同的預維策略。并且還應根據(jù)設備的實際狀態(tài)、核電廠運營策略、法規(guī)要求及新技術采用等情況，結合RCA、RCM應用成果等對預維大綱進行不斷優(yōu)化，以適應變化的情況，不斷提高設備可靠性。

2 火災探測報警系統(tǒng)預維優(yōu)化

依據(jù)AP-913推薦的預維編制和優(yōu)化原則，以秦三廠CANDU機組火災探測和報警系統(tǒng)預維大綱為樣本，對如何通過預維大綱的優(yōu)化來提高設備可靠性并節(jié)約運行成本進行實例解析。

2.1 系統(tǒng)簡介

秦三廠CANDU機組火災探測和報警系統(tǒng)為從美國GRINNELL公司進口的全套設備。系統(tǒng)由九個控制盤，組成一個總線型的局域網(wǎng)。主要功能為火災探測，并向主控室和現(xiàn)場提供報警，同時觸發(fā)報警區(qū)域的通風系統(tǒng)連鎖。在滿足條件的情況下，電磁閥/電磁激發(fā)器（主控室煙烙燼系統(tǒng)）得電，向報警區(qū)域噴淋消防水或煙烙燼氣體。

系統(tǒng)火災探測器包括溫度、煙霧和紅外火焰探測器三種類型。其中溫度探測器包括纜式、雙金屬溫度開關和熱電阻點式探測器三種；煙霧探測器則包括點式離子型、光電型和VESDA（Very Early Smoke Detector 極早期煙霧探測器）；而紅外火焰探測器主要設置在有油品的廠房?，F(xiàn)場設備還有三種功能模塊（觸點監(jiān)測、驅(qū)動和繼電器模塊）和手動報警設備。其中觸點監(jiān)測模塊負責各種開關（主要是消防水閥門上的壓力開關）的狀態(tài)監(jiān)測，在開關閉合時向控制盤報警；驅(qū)動模塊則負責驅(qū)動報警器和電磁閥；當電磁閥需要打開時，繼電器模塊和驅(qū)動模塊一起為電磁閥提供24 V直流電源。

現(xiàn)場設備是由控制盤直接或通過模塊間接尋址?？刂票P通過周期性的尋址，確認設備狀態(tài)（包括正常、報警和故障三種情況）。

2.2 大綱基本情況和不足

火災探測和報警系統(tǒng)預維大綱，在2009年完成審批發(fā)布。期間由于系統(tǒng)的多次變更改造工作，經(jīng)歷過兩次升版。主要不足之處如下：

1）未對系統(tǒng)設備進行分級，導致大綱內(nèi)容繁雜。大綱中涉及的設備包括了電廠兩個機組火災探測報警系統(tǒng)的所有設備，沒有依據(jù)設備的重要性進行分級管理，導致大綱過于冗長，部分項目的實用性不強，影響了大綱指導預維工作的權威性。

2）預維周期與國標的要求相沖突。大綱中，離子煙霧探測器安排了“清潔”項目，周期為12年，而GB 50166—2007要求離子感煙探測器在投用2年后，每3年進行一次清洗，所以應遵循國標要求將清洗周期改為3年。

3）運行和維修職責不清，部分項目重復。大綱中，離子煙霧探測器安排了“測試”項目，該項目與強制性運行規(guī)程98-91140-OM-730和98-91140-OM-715-B發(fā)生重復，故大綱中應刪除該項目。

4）部分項目安排周期過短。極早期煙霧探測器VESDA（Very Early Smoke Detector）的“取樣空氣流量檢查”周期為每周，維修人員檢查后發(fā)現(xiàn)每周的取樣空氣流量根本沒有明顯變化，檢查間隔安排過短，增加了維修人員不必要的工作量。

5）有的設備安排了不必要的預維工作。功能模塊（包括觸點監(jiān)測模塊、驅(qū)動模塊和繼電器模塊）、聲光報警器、報警鈴和手動報警裝置等設備安排了“清潔、檢查外表，功能測試”項目，周期為12年。其中“測試”項目與強制性運行手冊98-91140-OM-718重復，所以應在大綱中取消該項目。同時，依據(jù)設備分級導則，其分級為一般設備。根據(jù)設備管理規(guī)定，一般設備不應安排預維工作。

6）將大綱中包括了非預維項目。大綱規(guī)定每天進行煙烙燼系統(tǒng)氣瓶壓力檢查，但該項目屬于運行巡檢職責范疇，不應列入預維修大綱中。

7）未充分考慮設備環(huán)境差異，制定的預維項目和周期不合理。光電式煙霧探測器A40/54/55/56/57安排了每12年進行清潔和測試項目。但是由于其位于高放射區(qū)域內(nèi)，高放射性使這些探測器的壽命大大縮短。預維大綱沒有考慮其運行環(huán)境比其他光電式煙霧探測器惡劣這一因素，導致預維策略根本不能滿足這五個探測在一個大修周期內(nèi)正常運行的目的。

8）預維周期未隨核電廠運行政策調(diào)整。系統(tǒng)控制盤原來預維周期為18個月，與機組原大修周期同步。但后來機組大修周期已經(jīng)延長為24個月，而大綱中沒有進行相應調(diào)整。

大綱發(fā)現(xiàn)了諸多問題，與預維大綱的編寫人員業(yè)務水平、核電廠設備管理、運行政策變化等因素相關。所以，核電廠應該建立預維大綱定期審查的有效機制，使大綱中的問題得到及時發(fā)現(xiàn)并糾正。

2.3 大綱優(yōu)化策略

要對預維大綱進行優(yōu)化，首先必須對系統(tǒng)所有設備分級，篩選出需要進行預維的設備。依照分級導則，將系統(tǒng)中的設備分級如下：

1）離子煙霧探測器由于GB50166—2007有定期清洗要求，屬于法規(guī)國標等有監(jiān)管要求的設備，分級為重要設備。

2）極早期煙霧探測器（VESDA）設備價格較高，其備件從國外購買的周期超過半年，且必須有預維工作才能使其正常運行。故分級為重要設備。

3）各種功能模塊為一小塊高度集成電路板，沒有簡單易行的有效的預維項目保證其可靠性；其備件價格比較低廉，所以沒有預維的經(jīng)濟價值；在產(chǎn)品設計上其狀態(tài)可由系統(tǒng)自動檢測并有定期試驗進行功能驗證，不屬于關鍵重要設備，所以分級為一般設備。

4）光電式器1A40/54/55/56/57高放射性區(qū)域，受高輻射影響，其使用壽命被大大縮短。由于其失效會導致重要區(qū)域的火災縱深防御深度減少，所以這五個探測器分級為重要設備。

5）電磁閥/電磁激發(fā)器涉及消防水或煙烙燼自動/遠程手動釋放功能，其失效導致系統(tǒng)縱深防御深度減少，所以分級為重要設備。

6）控制盤負責系統(tǒng)設備的操作（如設備隔離等）和現(xiàn)場設備的監(jiān)測，關系到整個系統(tǒng)可用性，其失效導致機組非計劃進入LCO但不需降模式，分級為重要設備。

根據(jù)分級結果，對照預維大綱優(yōu)化原則，對火災探測和報警系統(tǒng)預維大綱進行梳理，可以得到如下改進成果（詳細優(yōu)化情況以及所采用的優(yōu)化原則如表1所示）。

1）采用分級管理，預維設備數(shù)量可以由3 000多個減少到1 600個左右，削減幅度接近50%。

2）修正離子煙霧探測周期與國標要求相悖，按照國標的要求開展工作。

3）刪除與運行強制實驗重復的預維項目1 500多項。

4）采用維修人員反饋，將取樣流量檢查周期延長到每月。使VESDA的預維周期更加符合電廠實際情況。

5）刪除一般設備不必要的預維項目4 000余項。

6）去除煙烙燼系統(tǒng)預維項目中屬于運行巡檢職責的項目。

7）修改中高放射區(qū)域探測器的預維策略，將其預維項目改成“更換”，將周期改成兩年（與機組大修周期同步），保證其能在機組大修周期內(nèi)可靠運行。

表1 火災探測報警系統(tǒng)預防性維修大綱優(yōu)化Table 1 Optimization of the preventive maintenance of fire detection and alarm system

續(xù)表

8）修訂系統(tǒng)控制盤大修周期為24個月，使之與調(diào)整后的機組大修周期同步。

對大綱的優(yōu)化分別采用了設備分級、國標要求、維修反饋、設備運行環(huán)境差別和電廠運行策略調(diào)整等編制和優(yōu)化原則。

依據(jù)國外成熟的預維大綱編制和優(yōu)化原則，對大綱進行梳理，去除不需預維的設備，剔除對設備可靠性起不到實質(zhì)性提升作用的預維項目。突出諸如控制盤、煙烙燼系統(tǒng)等重要設備的預維。在系統(tǒng)的可靠性得到保障的同時，減少了大量預維工作，縮減了運行成本。同時也體現(xiàn)預維修大綱對預維工作的指導作用，使預維大綱指導預維工作的權威性得到維護。

3 結束語

國內(nèi)核電廠預維大綱優(yōu)化工作還處于起步階段，通過火災探測和報警系統(tǒng)預維大綱優(yōu)化實例解析，是對核電廠預維大綱優(yōu)化工作的一次有益的探索和嘗試，取得了一定的收獲和成果。

對核電廠設備預維大綱進行持續(xù)優(yōu)化，根據(jù)實際情況對預維大綱實施“動態(tài)”的管理。不斷提高關鍵重要設備的可靠性，節(jié)約運行成本，達到核電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的目的。

參考文獻：

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Strategy on Preventive Maintenance Optimization of Nuclear Power Plant Fire Detection and Alarm System

NIE Cheng-ping，HU Jian-qun，WANG Xin
（CNNP Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd.， Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China）

Abstract：Through introduction of the development and optimization criteria of preventive maintenance program， taking the optimization of the preventive maintenance program of nuclear power plant fire detection and alarm system as an ensample， the paper illustrates that appropriate method is adopted for optimization of the preventive maintenance， according to the site practical condition， and following reasonable principle， the reliability of critical equipment is improved，the operation cost is reduced， and the safe and reliable operation of nuclear power plant is achievement.

Key words：strategy of preventive maintenance； NPP； alarm system；fine detection

中圖分類號：TM623

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1617（2016）01-0083-06

收稿日期：2015-12-06

作者簡介：聶成平（1973—），男，湖南人，工程師，學士，主要從事核電廠可靠性管理等工作。