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        核電廠的設(shè)備全面分級方法與實(shí)踐

        2018-12-18 13:24:20李建楊智翔
        中國設(shè)備工程 2018年23期
        關(guān)鍵詞:頻度后果核電廠

        李建,楊智翔

        (中國廣核集團(tuán)蘇州熱工研究院有限公司,廣東 深圳 518000)

        1 核電廠設(shè)備全面分級方法的介紹

        設(shè)備可靠性是標(biāo)準(zhǔn)核電績效模型中安全經(jīng)濟(jì)發(fā)電相關(guān)的核心流程之一和重要支撐,但電廠資源有限,只有將有限的資源用于對安全、經(jīng)濟(jì)、管理等有重要貢獻(xiàn)的設(shè)備上,并優(yōu)化設(shè)備可靠性管理,才能實(shí)現(xiàn)核電的核心競爭力和業(yè)績目標(biāo)。在世界核電行業(yè)幾十年的實(shí)踐過程中,已經(jīng)形成了一套廣泛使用的INPO(Institute of Nuclear Power Operations)AP913(Equipment Reliability Process Description)設(shè)備可靠性管理流程,為保障核電廠安全經(jīng)濟(jì)發(fā)電作出了重要貢獻(xiàn)。其中進(jìn)行設(shè)備全面分級是設(shè)備可靠性管理流程的基本出發(fā)點(diǎn),在對設(shè)備全面分級的基礎(chǔ)上,對關(guān)鍵、重要的設(shè)備進(jìn)行有針對性的管理,加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測、實(shí)施動態(tài)管理、持續(xù)改進(jìn)設(shè)備可靠性管理策略、加強(qiáng)中長期項(xiàng)目管理以及預(yù)防性維修等,從而保障電廠設(shè)備的可靠性水平。基于INPO AP-913框架,形成了一套核電廠設(shè)備全面分級方法,并在中國改進(jìn)型三環(huán)路壓水堆(CPR1000)機(jī)組中得到了具體實(shí)踐。

        1.1 分級的前提條件

        設(shè)備全面分級主要考慮了以下前提條件假設(shè):

        (1)機(jī)組運(yùn)行在0~100%功率區(qū)間或其它任何一個機(jī)組狀態(tài)。

        (2)基于單一設(shè)備故障準(zhǔn)則。

        (3)主控室操縱員和現(xiàn)場操作員可以按照電廠管理規(guī)定,對報警和異?,F(xiàn)象保持應(yīng)有、及時的響應(yīng),并且可以按照報警卡和相關(guān)運(yùn)行程序進(jìn)行干預(yù)。

        1.2 分級原則

        設(shè)備全面分級主要包含4個維度:設(shè)備關(guān)鍵度、設(shè)備運(yùn)行頻度、設(shè)備工作環(huán)境和設(shè)備失效后果的顯、隱性。

        (1)設(shè)備關(guān)鍵度?;趩我辉O(shè)備故障準(zhǔn)則,考慮機(jī)組運(yùn)行在0~100%功率區(qū)間或其它任何一個狀態(tài)下,根據(jù)設(shè)備失效導(dǎo)致的后果,確定設(shè)備關(guān)鍵度。表1給出了具體的劃分準(zhǔn)則。

        從表1可知:C級設(shè)備的失效后果最為嚴(yán)重,將立即導(dǎo)致機(jī)組的核安全和可用性降級,其失效后果不可接受;S級設(shè)備失效不會立即導(dǎo)致機(jī)組的核安全和可用性降級,但是增加了不安全因素和重大設(shè)備被損壞的概率,這些設(shè)備故障出現(xiàn)的頻率非常低,且只產(chǎn)生極少量共因故障,才能接受。E級設(shè)備失效不導(dǎo)致機(jī)組的核安全和可用性降級,但實(shí)施預(yù)防性維修成本低于不實(shí)施預(yù)防性維修的設(shè)備運(yùn)行至失效的成本。R級設(shè)備失效不導(dǎo)致機(jī)組的核安全和可用性降級,不需要任何預(yù)防性維修,可任其運(yùn)行至失效。

        表1 設(shè)備關(guān)鍵度劃分準(zhǔn)則

        (2)設(shè)備運(yùn)行頻度。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行方式數(shù)據(jù),確定設(shè)備運(yùn)行頻度,分別為高運(yùn)行頻度(H)和低運(yùn)行頻度(L)。表2給出了具體的劃分準(zhǔn)則。

        表2 設(shè)備運(yùn)行頻度的劃分準(zhǔn)則

        (3)設(shè)備工作環(huán)境。根據(jù)設(shè)備工作環(huán)境數(shù)據(jù),確定設(shè)備工作環(huán)境,分別為惡劣環(huán)境(S)和一般環(huán)境(M)。表3給出了具體的劃分準(zhǔn)則。

        表3 設(shè)備工作環(huán)境的劃分準(zhǔn)則

        (4)設(shè)備失效后果的顯、隱性。根據(jù)設(shè)備失效后,工作人員能否知道,確定設(shè)備失效后果的顯、隱性。知道則為顯性,如運(yùn)行設(shè)備失效等;不知道則為隱性,如備用設(shè)備、保護(hù)設(shè)備失效等。

        2 核電廠的設(shè)備全面分級方法實(shí)踐

        核電廠可靠性管理工作中,主要以系統(tǒng)為單元,采用上述方法逐一對各系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行全面分級,得到所有設(shè)備的關(guān)鍵信息:包括功能位置、功能位置描述、房間號、失效后果、設(shè)備關(guān)鍵度、設(shè)備運(yùn)行頻度、設(shè)備工作環(huán)境和設(shè)備失效后果的顯、隱性等。

        下面以CPR1000某核電廠定子冷卻水系統(tǒng)(GST)為例,說明核電廠設(shè)備全面分級方法的具體應(yīng)用。

        GST系統(tǒng)是閉式系統(tǒng),其基本功能是利用低電導(dǎo)率的除鹽水在定子繞組空心導(dǎo)線內(nèi)的循環(huán)流動,對定子繞組和出線端子進(jìn)行冷卻,冷卻水吸收的熱量,通過冷卻器輸送到常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)。為了說明方便,本文給出GST系統(tǒng)的流程簡圖,見圖1,圓筒形的頭箱(001CW)保證系統(tǒng)中充滿冷卻水,并給水泵提供壓頭;頭箱上部覆蓋氮?dú)?,并設(shè)置有氫氣泄漏測量裝置(001QD);冷卻水通過水泵(001/002PO,2×100%容量)做功后,經(jīng)過逆止閥(001VD/002VD)壓入冷卻器(001/002RF,2×100%容量),由溫度控制閥來調(diào)節(jié)冷卻水的流量,經(jīng)冷卻后的冷卻水進(jìn)入過濾器(001FI),通過孔板調(diào)節(jié)后,進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子繞組的進(jìn)水環(huán)形母管、中性端子和出線端子;吸收了繞組熱量的冷卻水由出水母管進(jìn)入水泵入口,完成一個循環(huán);系統(tǒng)低點(diǎn)設(shè)置了排污閥(006VD)。同時,有一股連續(xù)的冷卻水經(jīng)過離子交換器(001DN)進(jìn)行小循環(huán),承擔(dān)GST系統(tǒng)冷卻水的凈化功能。001CW液位低信號或001SD/002SD/003SD三取二流量低信號均將觸發(fā)跳機(jī)。

        圖1 GST系統(tǒng)流程簡圖

        2.1 關(guān)鍵度為C級的設(shè)備

        根據(jù)本文第1.2節(jié)對設(shè)備關(guān)鍵度劃分原則的描述,下面列舉了部分關(guān)鍵度為C級的設(shè)備。

        (1)頭箱(001CW)。在機(jī)組正常運(yùn)行過程中,001CW介質(zhì)外漏,001CW液位下降至預(yù)設(shè)定值時,將觸發(fā)跳機(jī)信號,機(jī)組立即停機(jī),因此關(guān)鍵度為C級。因?yàn)槠涮幱谶B續(xù)運(yùn)行的狀態(tài),且工作環(huán)境比較惡劣,所以運(yùn)行頻度和工作環(huán)境分別為H和S。失效后果為顯性。部分研究中,認(rèn)為001CW屬于失效不可信的靜態(tài)設(shè)備,因此不將其分級至“立即停機(jī)或停堆”等級。但在容器模糊可靠度計(jì)算研究領(lǐng)域中,認(rèn)為001CW盡管可靠度較高,但仍然有不可忽視的風(fēng)險。本文采取了保守策略,充分考慮了001CW外漏失效的后果,并將其關(guān)鍵度定為C級。

        (2)流量開關(guān)平衡閥(003VD/004VD/005VD)。閥門003VD/004VD/005VD分別是流量開關(guān)001SD/002SD/003SD的平衡閥。由于001SD/002SD/003SD這3個流量開關(guān)的壓力信號來自同一條取樣支管,當(dāng)任一平衡閥內(nèi)漏,導(dǎo)致001SD/002SD/003SD測量值同時偏小,將觸發(fā)自動停機(jī)信號,機(jī)組立即停機(jī),因此關(guān)鍵度為C級。因?yàn)槠洳恍枰l繁動作,且工作環(huán)境良好,所以運(yùn)行頻度和工作環(huán)境分別為L和M。失效后果為顯性?!?01SD/002SD/003SD這3個流量開關(guān)的壓力信號來自同一條取樣支管”,屬于設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié),不滿足獨(dú)立性設(shè)計(jì)中要求的保持多重系統(tǒng)或部件之間的獨(dú)立原則,由此增加了自動停機(jī)的風(fēng)險。為了提高系統(tǒng)的可靠性,建議實(shí)施技術(shù)改造,將001SD/002SD/003SD壓力信號修改為來自3條獨(dú)立的取樣支管,完成后,003VD/004VD/005VD關(guān)鍵度將不再為C級。

        2.2 關(guān)鍵度為S級的設(shè)備

        根據(jù)本文第1.2節(jié)對設(shè)備關(guān)鍵度的劃分原則的描述,下面列舉了部分關(guān)鍵度為S級的設(shè)備。

        (1)水泵(001PO/002PO)。在機(jī)組正常運(yùn)行過程中,當(dāng)001PO(或002PO)失效,增加了進(jìn)入定子繞組和出線端子的低電導(dǎo)率除鹽冷卻水流量不足的風(fēng)險,從而增加了重要設(shè)備被損壞的概率。因此關(guān)鍵度為S級。因?yàn)槠涮幱谶B續(xù)運(yùn)行的狀態(tài),且工作環(huán)境比較惡劣,所以運(yùn)行頻度和工作環(huán)境分別為H和S。失效后果為顯性。

        (2)泵出口逆止閥(001VD/002VD)。在機(jī)組正常運(yùn)行過程中,當(dāng)001VD(或002VD)失效拒開,若疊加002PO(或001PO)故障跳閘,將導(dǎo)致定子冷卻水的流量低,從而自動停機(jī),增加了停機(jī)停堆風(fēng)險,因此關(guān)鍵度為S級。因?yàn)槠涮幱陬l繁動作狀態(tài),且工作環(huán)境比較惡劣,所以運(yùn)行頻度和工作環(huán)境分別為H和S。失效后果為隱性。研究結(jié)果表明:通過對冗余泵組的可靠性定量計(jì)算,認(rèn)為止回閥的可靠性影響了整個泵組可靠性的提高,使得由貯備帶來的優(yōu)勢被嚴(yán)重削弱。對于001VD/002VD失效拒開的隱性后果,應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視,必要時采取定期試驗(yàn)等方式來加強(qiáng)管理。

        2.3 關(guān)鍵度為E級的設(shè)備

        根據(jù)本文第1.2節(jié)對設(shè)備關(guān)鍵度劃分原則的描述,將離子交換器(001DN)關(guān)鍵度定為E級。

        在機(jī)組正常運(yùn)行過程中,001DN失效會導(dǎo)致定子冷卻水電導(dǎo)率緩慢上漲,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相關(guān)儀表進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并發(fā)出報警。一旦發(fā)現(xiàn)異常,可以采取措施控制事故的發(fā)展并糾正不良后果,不會導(dǎo)致機(jī)組的核安全和可用性降級。但實(shí)施必要的預(yù)防性維修,可以有效延長設(shè)備的使用壽命,其成本低于不實(shí)施預(yù)防性維修的設(shè)備運(yùn)行至失效的成本。因此關(guān)鍵度為E級。因?yàn)槠涮幱陬l繁折損的運(yùn)行狀態(tài),且工作環(huán)境良好,所以運(yùn)行頻度和工作環(huán)境分別為H和M。失效后果為顯性。

        2.4 關(guān)鍵度為R級的設(shè)備

        根據(jù)本文第1.2節(jié)對設(shè)備關(guān)鍵度的劃分原則的描述,將疏水閥(006VD)關(guān)鍵度定為R級。

        在機(jī)組正常運(yùn)行過程中,006VD失效會導(dǎo)致部分介質(zhì)泄漏,但漏量較小,不影響系統(tǒng)整體的水裝量,可以采取在線堵漏等維修方式進(jìn)行及時處理。不會導(dǎo)致機(jī)組核安全和可用性降級,且不需要任何預(yù)防性維修,可任其運(yùn)行至失效,有效節(jié)約了核電廠的運(yùn)維成本。因此關(guān)鍵度為R級。

        3 結(jié)語

        本文介紹了核電廠的設(shè)備全面分級方法的基本概念和原理,并運(yùn)用該方法對CPR1000某核電廠的GST系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)踐,得出了如下研究結(jié)論:

        (1)通過實(shí)施設(shè)備全面分級,可以明確區(qū)分設(shè)備的重要程度,為制定不同的管理方法和措施提供重要依據(jù),有助于提升電廠設(shè)備的可靠性水平,并降低運(yùn)維成本。

        (2)部分失效概率低的設(shè)備,若其失效后果嚴(yán)重,應(yīng)當(dāng)保守決策,充分考慮潛在風(fēng)險。

        (3)設(shè)計(jì)階段應(yīng)采取合理的設(shè)計(jì)措施,保證電廠的可靠性水平。

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