王岳輝,朱俊賢
(1.山東核電有限公司,山東 煙臺(tái) 265116;2.煙臺(tái)北方星空自控科技有限公司,山東 煙臺(tái) 264003)
海陽(yáng)核電廠作為國(guó)家三代核電自主化依托項(xiàng)目,一期工程建設(shè)2臺(tái)AP1000機(jī)組,裝機(jī)容量為2×125萬(wàn)kW,目前2臺(tái)機(jī)組均已經(jīng)投入商運(yùn),并已完成第一次大修。海陽(yáng)核電廠在調(diào)試期間初步建立了振動(dòng)管理體系,歷經(jīng)第一個(gè)燃料循環(huán)和第一次大修的檢驗(yàn)優(yōu)化,目前趨于完善。振動(dòng)專業(yè)圓滿完成了兩臺(tái)機(jī)組調(diào)試和生產(chǎn)階段全廠振動(dòng)問題的分析及處理,為海陽(yáng)核電安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)大的支撐。
本文結(jié)合海陽(yáng)核電廠振動(dòng)管理體系建立的過程,著重闡述了振動(dòng)管理關(guān)鍵要素,包括振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)體系、振動(dòng)監(jiān)測(cè)體系、振動(dòng)處理機(jī)制和支持體系、振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)、松脫部件異常分析等,以更好的指導(dǎo)后續(xù)振動(dòng)管理工作。
海陽(yáng)核電振動(dòng)管理工作覆蓋了全廠所有系統(tǒng)設(shè)備,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)所有振動(dòng)問題,全部由振動(dòng)專業(yè)進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)。海陽(yáng)核電廠振動(dòng)工作主要包括下述幾個(gè)方面:
1)旋轉(zhuǎn)機(jī)械;
2)靜止機(jī)械,包括管道、小支管、閥門等;
3)重要主機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和處理:包括汽輪機(jī),主泵等;
4)特殊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和處理,包括松脫部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、堆芯吊籃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、CRDM風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、ADS-4振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。
5)其他廠內(nèi)振動(dòng)問題處理。
振動(dòng)專業(yè)負(fù)責(zé)對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量、分析評(píng)價(jià)、故障診斷、趨勢(shì)分析、功能再鑒定等,負(fù)責(zé)建立和維護(hù)振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù),制定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
海陽(yáng)核電振動(dòng)專業(yè)深入研究國(guó)內(nèi)、國(guó)外各類設(shè)備的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),建立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼駝?dòng)標(biāo)準(zhǔn)體系,主要包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)、管道振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和閥門振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
首先,考慮廠家提供的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)廠家給出的限值比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和ISO 標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格時(shí),可以采用廠家給出的限值;當(dāng)廠家給出的限值與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比更加寬松時(shí),應(yīng)要求廠家必須正式說明理由,并確保機(jī)器在較高振動(dòng)值下運(yùn)行不會(huì)損壞。
在廠家未提供振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于核島及常規(guī)島內(nèi)的泵,振動(dòng)區(qū)域邊界按照GB/T 29531—2013 《泵振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法》,報(bào)警(驗(yàn)收)值設(shè)定為B 區(qū)域上限;停機(jī)值設(shè)置為C 區(qū)域上限。對(duì)于BOP、SRTF及力能區(qū)域的泵,根據(jù)泵出廠數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià),振動(dòng)可按照GB/T 29531—2013 《泵振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法》,報(bào)警(驗(yàn)收)值不超過B 區(qū)域上限1.25倍,停機(jī)值設(shè)置為C 區(qū)域上限。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)幅值變化超過振動(dòng)基準(zhǔn)值25%時(shí),應(yīng)診斷研究并查明原因,必要時(shí)采取相應(yīng)措施。
電機(jī)空載時(shí)按照GB10068—2008 軸中心高為56 mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量評(píng)定及限值》設(shè)定限值,電機(jī)帶載時(shí)的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)按照ISO 10816-1(GB 6075-3)設(shè)定。
通風(fēng)機(jī)按照J(rèn)B/T 8689—2014《通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測(cè)及其限值》設(shè)定限值,剛性支撐報(bào)警值為4.6 mm/s,停機(jī)值為7.1 mm/s;撓性支撐報(bào)警值為7.1 mm/s,停機(jī)值為11.2 mm/s。
管道、小支管振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)按照ASME-OM-S/G PART3 要求執(zhí)行[1]。閥門(包括閥門所包括的各元器件)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)首先看廠家有無(wú)要求,如無(wú)具體標(biāo)準(zhǔn),則按照閥門所在管道標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
在調(diào)試和運(yùn)行期間,振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)一直是個(gè)熱點(diǎn)問題,但表現(xiàn)形式有所不同。在調(diào)試階段,部分采購(gòu)合同中對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)不明確,甚至存在多個(gè)相互矛盾的標(biāo)準(zhǔn),再加上建安期間設(shè)備基礎(chǔ)施工質(zhì)量問題、安裝質(zhì)量問題等,振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的矛盾突出,需要協(xié)調(diào)的處室和單位較多。在運(yùn)行和大修階段,主要是由于檢修質(zhì)量,而引發(fā)關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)論。在調(diào)試階段,海陽(yáng)核電以合同和國(guó)標(biāo)為依據(jù),逐步建立和統(tǒng)一了全廠設(shè)備振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在日常運(yùn)行和大修中不斷優(yōu)化,有效的指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)工作。
海陽(yáng)核電廠以INPO-AP913為基礎(chǔ),借鑒西屋公司設(shè)備分級(jí)經(jīng)驗(yàn),對(duì)全廠設(shè)備進(jìn)行設(shè)備分級(jí),分為關(guān)鍵Ⅰ級(jí)、關(guān)鍵Ⅱ級(jí)、非關(guān)鍵級(jí)和RTM四級(jí)。在此基礎(chǔ)上,振動(dòng)專業(yè)對(duì)所有關(guān)鍵Ⅰ級(jí)和關(guān)鍵Ⅱ級(jí)設(shè)備進(jìn)行梳理,編制旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量大綱,定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)非關(guān)鍵級(jí)旋轉(zhuǎn)機(jī)械,由維修專業(yè)在巡檢和檢修過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
對(duì)關(guān)鍵Ⅰ級(jí)和關(guān)鍵Ⅱ級(jí)設(shè)備,按照旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量大綱的周期,定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵Ⅰ級(jí)設(shè)備定期測(cè)量周期為3個(gè)月,關(guān)鍵Ⅱ級(jí)定期測(cè)量周期為6個(gè)月,反應(yīng)堆廠房設(shè)備定期測(cè)量周期為一個(gè)換料大修[2]。非關(guān)鍵級(jí)旋轉(zhuǎn)機(jī)械及靜止機(jī)械不需要定期振動(dòng)測(cè)量,由維修專業(yè)在日常巡檢和維修過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè),主要包括維修后的再鑒定振動(dòng)測(cè)量、設(shè)備切換后的振動(dòng)測(cè)量等;這些工作無(wú)固定的周期,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況臨時(shí)觸發(fā)。
對(duì)于關(guān)鍵級(jí)設(shè)備,均定期監(jiān)測(cè),考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的可達(dá)性,以及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用,監(jiān)測(cè)方式有所不同。
對(duì)于大部分關(guān)鍵級(jí)旋轉(zhuǎn)機(jī)械,均定期人工振動(dòng)測(cè)量,記錄振動(dòng)幅值、頻譜等,作為后續(xù)設(shè)備運(yùn)維的依據(jù)。
對(duì)有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械,如果設(shè)備可達(dá),依然按照周期定期人工振動(dòng)測(cè)量,采集頻譜。如果設(shè)備不可達(dá),在功能再鑒定時(shí)振動(dòng)測(cè)量并記錄振動(dòng)幅值和頻譜等基準(zhǔn)數(shù)據(jù),日常運(yùn)行時(shí)采用DCS讀數(shù)等方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)重要旋轉(zhuǎn)機(jī)械及管道,如汽輪發(fā)電機(jī)組、主泵、ADS-4級(jí)管道等,在大修期間在機(jī)柜端外接采集系統(tǒng)采集基準(zhǔn)數(shù)據(jù),后續(xù)生產(chǎn)階段實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
在機(jī)組調(diào)試和生產(chǎn)過程中,根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)、同行/廠家的經(jīng)驗(yàn)、機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況等因素綜合考慮,及時(shí)優(yōu)化調(diào)整定期監(jiān)測(cè)的范圍和頻率,以保障機(jī)組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
經(jīng)振動(dòng)測(cè)量后梳理出的敏感旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)增加振動(dòng)測(cè)量頻度,如果測(cè)量結(jié)果表明設(shè)備的振動(dòng)處于報(bào)警范圍,則上述規(guī)定的試驗(yàn)周期要至少縮短一半,直至振動(dòng)異常原因已查明且已采取糾正措施使振動(dòng)恢復(fù)正常水平。對(duì)于沒有納入振動(dòng)大綱定期監(jiān)測(cè)的,則納入旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)大綱中按照關(guān)鍵級(jí)設(shè)備的要求進(jìn)行監(jiān)測(cè),加大監(jiān)測(cè)頻率,直至振動(dòng)水平恢復(fù)到正常水平。
在日常振動(dòng)測(cè)量中,一個(gè)很重要的問題是部分旋轉(zhuǎn)機(jī)械測(cè)量的窗口問題,海陽(yáng)核電仔細(xì)梳理設(shè)備切換周期和定期試驗(yàn)窗口,在此基礎(chǔ)上和定期測(cè)量周期匹配起來(lái),并納入日常生產(chǎn)計(jì)劃的范疇,很好的解決了測(cè)量窗口的問題。
在調(diào)試期間,在各個(gè)設(shè)計(jì)工況下對(duì)全廠轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械、靜止機(jī)械、管道以及小支管進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量,測(cè)量振動(dòng)幅值、頻譜等參數(shù),建立基準(zhǔn)。對(duì)于主泵、汽輪機(jī)和ADS-4等重點(diǎn)設(shè)備,還在各個(gè)工況下單獨(dú)接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備,保存振動(dòng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)作為運(yùn)行期間設(shè)備評(píng)估的一個(gè)依據(jù)[3]。
在大修之前,需要把所有相關(guān)轉(zhuǎn)機(jī)測(cè)量一次,作為大修的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。排查出來(lái)的已劣化或接近劣化的設(shè)備,振動(dòng)專業(yè)分析振動(dòng)原因,提出治理建議,維修專業(yè)據(jù)此制定治理方案,在大修期間實(shí)施,極大了減少了關(guān)鍵設(shè)備振動(dòng)異常對(duì)大修工期的影響。對(duì)于主泵、汽輪機(jī)和ADS-4等主要設(shè)備,還需大修后啟機(jī)過程中再次測(cè)量,作為下一個(gè)燃料循環(huán)日常運(yùn)行的依據(jù)。
振動(dòng)問題一般具有復(fù)雜、疑難等特點(diǎn),振動(dòng)問題的產(chǎn)生是工程、機(jī)械、電氣、儀控多因素的體現(xiàn),振動(dòng)問題的處理涉及到制造廠、建安、檢修等多個(gè)環(huán)節(jié),需要電廠采購(gòu)、調(diào)試、運(yùn)行、維修、振動(dòng)等多個(gè)專業(yè)協(xié)同處理[4]。
海陽(yáng)核電從調(diào)試期開始,在公司內(nèi)部成立了振動(dòng)專項(xiàng)工作小組,統(tǒng)一協(xié)同工程、生產(chǎn)、采購(gòu)和后援單位的力量,明確設(shè)備的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)、診斷振動(dòng)異常的原因,并制定處理方案。小組組長(zhǎng)由振動(dòng)處牽頭,相關(guān)責(zé)任處室派人參加,人數(shù)以最小運(yùn)作體系執(zhí)行。
本文研究的時(shí)態(tài)RDF模型是用時(shí)間標(biāo)簽來(lái)標(biāo)記RDF數(shù)據(jù)三元組,且表示有效時(shí)間。以下就是時(shí)態(tài)RDF模型的基本定理。
振動(dòng)專項(xiàng)小組統(tǒng)籌電站內(nèi)部外資源,提供振動(dòng)問題專項(xiàng)處理平臺(tái),提升了處理問題工作效率和反應(yīng)能力。為提高振動(dòng)專項(xiàng)小組成員的積極性,專項(xiàng)組工作可以做為日???jī)效考核的輸入,并可作為技術(shù)崗位晉升積分申請(qǐng)輸入。
同時(shí),因電廠定編定額、人員經(jīng)驗(yàn)水平不足等原因,國(guó)內(nèi)各核電廠均引入了一定的專業(yè)承包商,作為業(yè)主的支援力量。海陽(yáng)核電廠結(jié)合其他兄弟電站經(jīng)驗(yàn),和電廠實(shí)際生產(chǎn)組織情況,建立了強(qiáng)大的振動(dòng)后援體系。主要考慮技術(shù)難度大、市場(chǎng)化程度高的項(xiàng)目。側(cè)重于兩個(gè)方面,一是重要的轉(zhuǎn)機(jī)和管道,包括主泵、汽輪機(jī)、ADS-4管線、小支管等。另外一個(gè)是松脫部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng),協(xié)同后援單位建立24 h響應(yīng)機(jī)制,快速響應(yīng)電廠需求。
海陽(yáng)核電采用美國(guó)艾默生過程控制公司CSI2140振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器及MHM機(jī)械健康管理振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件,建立了完整的振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù),詳細(xì)記錄每次振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù),并在生產(chǎn)部門內(nèi)共享,為設(shè)備健康管理、預(yù)測(cè)性維修提供強(qiáng)大的支撐。
振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)全面收集設(shè)備的信息,其中泵的信息包括:驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率、電機(jī)級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)子條數(shù)、定子條數(shù),泵級(jí)數(shù)、泵流量、揚(yáng)程、每級(jí)所帶葉片數(shù)、中心高、軸承型號(hào)及位置、聯(lián)軸器類型等。風(fēng)機(jī)的信息包括:驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)子條數(shù)、定子條數(shù),電機(jī)與風(fēng)機(jī)的連接方式,支撐形式,風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)、軸承型號(hào)及位置等,皮帶輪直徑、皮帶長(zhǎng)、皮帶輪轉(zhuǎn)速(界面見圖1)。
圖1 振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)界面Fig.1 Interface of vibration database
利用MHM機(jī)械健康管理振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件對(duì)每臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行組態(tài),輸入設(shè)備基礎(chǔ)信息,可以形成每臺(tái)設(shè)備的每個(gè)測(cè)點(diǎn)的故障頻率,在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障診斷時(shí),可幫助振動(dòng)分析人員快速確定振動(dòng)原因。
為規(guī)范振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器管理,專門編制了管理制度,規(guī)范服務(wù)器的軟件管理、硬件管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)錄入管理、定期檢查要求等。
近年來(lái),國(guó)內(nèi)核電廠頻繁出現(xiàn)異物進(jìn)入一回路或者二回路事件,導(dǎo)致重大設(shè)備損壞和經(jīng)濟(jì)損失,各核電廠日益重視強(qiáng)化松脫部件監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能。海陽(yáng)核電廠松脫部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單臺(tái)機(jī)組采用16個(gè)傳感器,分別安裝在壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵上,監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)中松動(dòng)部件和金屬碎片的情況。此系統(tǒng)一個(gè)突出的問題是誤報(bào)很多,正常運(yùn)行時(shí)存在大量假信號(hào),存在掩蓋淹沒真實(shí)撞擊信號(hào)的情況,對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和電站運(yùn)行造成巨大的影響[5]。
有鑒于此,海陽(yáng)核電廠建立了松脫部件監(jiān)測(cè)響應(yīng)機(jī)制,協(xié)調(diào)振動(dòng)、儀控、運(yùn)行、設(shè)備等專業(yè),24 h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中松動(dòng)部件和金屬碎片的情況,如有異常,及時(shí)響應(yīng),保障電站安全。
機(jī)組啟機(jī)過程監(jiān)測(cè):每次機(jī)組啟機(jī)過程中,從主泵起泵開始,安排專人持續(xù)監(jiān)測(cè)報(bào)警情況,工程師首先初步分析和判斷,如有異常情況及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)機(jī)制。
日常持續(xù)監(jiān)測(cè):運(yùn)行、儀控、振動(dòng)在日常生產(chǎn)過程中,不定期現(xiàn)場(chǎng)巡檢,如果發(fā)現(xiàn)報(bào)警數(shù)量和報(bào)警幅值有較大變化時(shí),第一時(shí)間通知振動(dòng)專業(yè)響應(yīng),振動(dòng)工程師首先初步分析,如有異常情況及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)機(jī)制。
主控監(jiān)測(cè):松脫部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)通過DDS送到主控室,主控室在監(jiān)盤過程中,發(fā)現(xiàn)有通道較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)報(bào)警后第一次報(bào)警,或者報(bào)警幅值、報(bào)警頻率有明顯變化,也會(huì)第一時(shí)間通知振動(dòng)專業(yè)響應(yīng)。
商運(yùn)后,海陽(yáng)核電已經(jīng)和技術(shù)支持單位建立了24 h響應(yīng)機(jī)制,在類似事件處理中,均響應(yīng)迅速。能做到快速傳遞數(shù)據(jù)、同步分析、結(jié)論可信,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常有效。
振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析技術(shù)在保障電站核安全、提高設(shè)備可用率、解決重大設(shè)備故障及預(yù)測(cè)性維修等方面提供了有力支撐,經(jīng)調(diào)試、日常運(yùn)行和大修的檢驗(yàn),海陽(yáng)核電長(zhǎng)振動(dòng)管理體系是行之有效的。
1)振動(dòng)管理工作覆蓋了全廠所有系統(tǒng)設(shè)備,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)所有振動(dòng)問題,全部由振動(dòng)專業(yè)進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)及治理,極大地發(fā)揮了振動(dòng)專業(yè)的專業(yè)優(yōu)勢(shì)。
2)以合同和國(guó)標(biāo)為依據(jù),分別建立全廠旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)、管道振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和閥門振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),作為評(píng)價(jià)設(shè)備健康狀態(tài)的重要依據(jù)。
3)以設(shè)備分級(jí)為依據(jù),考慮設(shè)備可達(dá)性等因素,建立多樣化的振動(dòng)監(jiān)測(cè)體系。并根據(jù)實(shí)際情況分級(jí)建立全廠設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù),作為設(shè)備日常運(yùn)行的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
4)在大修之前,組織轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備排查,梳理敏感設(shè)備,提前準(zhǔn)備治理方案,減少了對(duì)大修工期的影響,同時(shí)在大修前后建立振動(dòng)基準(zhǔn),作為大修和日常運(yùn)行的依據(jù)。
5)建立快速響應(yīng)的松脫部件振動(dòng)監(jiān)測(cè)和異常分析響應(yīng)機(jī)制,能做到快速傳遞數(shù)據(jù)、同步分析、結(jié)論可信,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常有效。