羅育智LUO Yu-zhi

（蘇州熱工研究院有限公司，深圳518035）

0 引言

汽輪機是核電廠的重大設(shè)備，其穩(wěn)定運行直接影響核電廠的安全和效益。中廣核在運核電廠為保證汽輪機的可靠性，開展和實施了汽輪機全壽期標準化管理，包括汽輪機進行從商運開始直至退役整個壽期內(nèi)的設(shè)備管理活動，旨在保證汽輪機在整個壽期內(nèi)的安全可靠及穩(wěn)定運行。汽輪機全壽期標準化管理中的重要工作內(nèi)容是依據(jù)壽期內(nèi)工程階段和運營階段的設(shè)備數(shù)據(jù)信息對設(shè)備狀態(tài)進行評估，由于汽輪機壽期時間跨度長，設(shè)備管理活動多且分散，因此汽輪機相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的集成方式就顯得極為重要。

1 汽輪機全壽期數(shù)據(jù)

汽輪機在生命周期中經(jīng)歷了設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行、維修、退役等階段[15]，汽輪機全壽期數(shù)據(jù)指的是這些階段中業(yè)務(wù)活動所涉及的技術(shù)信息[3-5]，主要包含了下面幾種類型的數(shù)據(jù)：

1.1 汽輪機基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

汽輪機基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括設(shè)計、制造、安裝數(shù)據(jù)，主要存在于核電廠的系統(tǒng)手冊、運行維修手冊和安裝報告中，以技術(shù)信息的形式在文件中體現(xiàn)，這些文件是核電廠從工程階段移交給運行階段的重要技術(shù)資料。核電廠運行階段各專業(yè)工作均需要以此文件為基礎(chǔ)開展工作，為了方便技術(shù)人員利用，需要將文件中的圖片、表格、文字等內(nèi)容整理形成數(shù)據(jù)格式，包括設(shè)備部件的設(shè)計參數(shù)、材料、檢測點限值、故障、專用工具、質(zhì)量報告、無損檢測等信息，既有針對汽輪機整體或大的子設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，也有描述更小零部件的數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)整理過程中，按照核電廠的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)：電廠、機組、系統(tǒng)、設(shè)備，形成以功能位置編碼為核心的數(shù)據(jù)，對汽輪機零部件信息，通過零部件的文字描述在數(shù)據(jù)中進行標識。

1.2 測量數(shù)據(jù)

汽輪機的測量數(shù)據(jù)主要分為以下幾種類型：

1.2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)

汽輪機監(jiān)測數(shù)據(jù)主要由汽輪機上的傳感器給出的連續(xù)測量數(shù)據(jù)，也包括對監(jiān)測數(shù)據(jù)采用數(shù)學模型進行智能監(jiān)控的數(shù)據(jù)，反應(yīng)汽輪機實時物理參數(shù)信息和趨勢報警信息[11]，如：溫度、壓力、振動等，汽輪機的傳感器在功能上也屬于一種設(shè)備，會給出功能位置編碼，核電廠的技術(shù)人員通常會用傳感器的功能位置編碼來描述某個測點的信息。需要說明的是，傳感器是位于汽輪機的某個部位的，因此傳感器功能位置編碼的測點信息實際上是隱含了汽輪機的零部件信息和位置信息[14]。

1.2.2 維修測量數(shù)據(jù)

在維修過程中需要記錄的汽輪機零部件的數(shù)據(jù)信息，并與汽輪機零部件的標準值進行比對，以此來判斷設(shè)備狀況，這些測量信息與部件和部件位置直接相關(guān)。在實際工作中，維修技術(shù)人員希望能在相同的汽輪機部位間，以及不同的維修時間上進行比對測量數(shù)據(jù)，因此對部件信息的定義有著明確的規(guī)定，以便維修技術(shù)人員能夠找到正確的數(shù)據(jù)進行設(shè)備狀況評估。數(shù)據(jù)內(nèi)容以報告文檔的方式保存，通過功能位置關(guān)聯(lián)維修報告的方式可以查找數(shù)據(jù)信息，有關(guān)部件的定義也是通過文字描述的方式進行規(guī)范。核電廠正在開展維修程序結(jié)構(gòu)化的工作，維修工作過程中涉及的部件描述，也希望能夠統(tǒng)一形成標準的部件定義，后續(xù)維修過程所記錄的數(shù)據(jù)將會直接形成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并與相應(yīng)的零部件信息關(guān)聯(lián)。

1.2.3 專業(yè)檢測類數(shù)據(jù)

專業(yè)檢測包括在役檢查、定期試驗、性能檢測、油水化學檢測等專業(yè)對汽輪機設(shè)備進行的專項檢查信息，在役檢查通過無損探傷的技術(shù)手段給出汽輪機部位的狀態(tài)，定期試驗通過試驗驗證設(shè)備部位功能可用，性能檢測涉及機組出力相關(guān)性能試驗、振動等，油水化學檢測驗證汽輪機潤滑油、抗燃油的油質(zhì)情況，均與汽輪機部件和部件位置相關(guān)，檢測結(jié)果以報告文檔的方式保存，通過功能位置關(guān)聯(lián)維修報告內(nèi)容，技術(shù)內(nèi)容涉及零部件的描述信息。

1.3 備件數(shù)據(jù)

汽輪機備件是維修活動的基礎(chǔ)，備件數(shù)據(jù)與功能位置數(shù)據(jù)、工單、采購訂單等業(yè)務(wù)直接相關(guān)，備件的定義是根據(jù)維修需求來確定的，需要到最小的可更換零件，也可以對應(yīng)大的可更換子設(shè)備，因此備件與汽輪機零部件直接對應(yīng)。

1.4 技術(shù)管理數(shù)據(jù)

技術(shù)管理數(shù)據(jù)是圍繞汽輪機可靠性管理服務(wù)的工作過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，日常工作包括缺陷通知單、工單、經(jīng)驗反饋、技術(shù)問題管理、可靠性數(shù)據(jù)、質(zhì)量偏差、不符合項等，技術(shù)信息包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容與汽輪機設(shè)備相關(guān)的功能位置編碼關(guān)聯(lián)，這些業(yè)務(wù)著重于汽輪機的缺陷、故障等問題的管理和處理，主要以功能位置編碼和技術(shù)問題描述來進行跟蹤，形成閉環(huán)，在設(shè)備狀況的描述中會涉及到汽輪機零部件，不過汽輪機零部件的描述不統(tǒng)一。長期技術(shù)管理活動包括：老化壽命評估管理、技術(shù)監(jiān)督、工程改造、應(yīng)急預(yù)案、停機保養(yǎng)、維修大綱等，這些技術(shù)信息同樣與汽輪機相關(guān)的功能位置編碼關(guān)聯(lián)，技術(shù)內(nèi)容也會描述到汽輪機零部件，汽輪機零部件的描述也不統(tǒng)一。

2 汽輪機零部件

中廣核在運核電廠汽輪機管理涉及汽輪機本體以及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，包括：抗燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)、調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)、截止閥系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、定子冷卻水系統(tǒng)等。以中廣核集團某核電廠汽輪機為例，汽輪機本體按照物理結(jié)構(gòu)主要分為：高壓缸、低壓缸、發(fā)電機、勵磁機、軸承箱等[12-13]，在電廠的拆解結(jié)構(gòu)中針對主要的設(shè)備結(jié)構(gòu)進行了功能位置編碼，核電廠相關(guān)業(yè)務(wù)以功能位置編碼對象進行標識和描述，如：高壓缸、低壓缸、低壓轉(zhuǎn)子等[1-2]。對組成這些設(shè)備的更小的部件結(jié)構(gòu)的技術(shù)信息描述，主要以各業(yè)務(wù)范疇自身的定義為主進行劃分和描述，如維修工作過程，會對測量部位進行定義，設(shè)備部件的中文描述加位置信息進行描述和定位，如“汽輪機前、后軸承的絕對振動值、相對振動值”，這些部件描述的信息體現(xiàn)在維修報告中，僅技術(shù)人員在查閱維修報告時能夠識別。因此可以看出僅僅利用功能位置編碼作為各專業(yè)數(shù)據(jù)匯集的對象不能滿足通過信息系統(tǒng)直接定位業(yè)務(wù)應(yīng)用所需數(shù)據(jù)的要求，同時需要在全廠范圍內(nèi)統(tǒng)一零部件的描述以便在共同的零部件標識上匯集各方面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，方便技術(shù)人員查閱和使用。

汽輪機全壽期標準化管理方法提出將汽輪機進行三級拆分，見圖1，識別出設(shè)備、部件、零件的層級結(jié)構(gòu)，按照一定的分析原則和方法，識別出重要的零部件，通過對這些重要的零部件進行狀態(tài)評估管理，以達到汽輪機精細化管理的目的。因此確定汽輪機的零部件顆粒度，形成數(shù)據(jù)集成中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就顯得非常重要和必要。

圖1 汽輪機三級拆分示意圖

經(jīng)過對汽輪機相關(guān)業(yè)務(wù)零部件數(shù)據(jù)信息需求的分析，汽輪機零部件的描述信息主要包含下列四種類型：

2.1 運行維修手冊零部件

核電廠的運行維修手冊包含了汽輪機設(shè)備的拆解結(jié)構(gòu)詳細清單，如圖2低壓縱缸剖面圖，是汽輪機廠家對汽輪機的最小拆解單元說明，是技術(shù)人員了解設(shè)備的功能原理并進行日常維護、預(yù)防性維修等技術(shù)性工作的重要文件，因此其中的零部件信息是電廠各專業(yè)的基礎(chǔ)依據(jù)。

圖2 低壓缸縱剖面圖

2.2 維修零部件

核電廠的維修程序是維修人員維修汽輪機設(shè)備的技術(shù)依據(jù)文件，包含了汽輪機設(shè)備的拆解和組裝整個工作過程的要求，并對汽輪機零部件的測量數(shù)據(jù)進行管理和記錄。維修過程中的零部件描述是在廠家運行維修手冊零部件清單的基礎(chǔ)上結(jié)合維修管理和零部件故障管理要求形成的，是最小的維修單元。在維修過程中，為方便維修和更換，維修單元存在層次關(guān)系，即一個維修單元可以由若干個小的維修單元組成。例如：低壓缸分為低壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器、低壓內(nèi)缸、低壓外缸、低壓缸端部汽封、低壓缸軸封補償器、低壓缸排汽導(dǎo)流環(huán)、低壓缸排大氣隔膜閥、低壓缸排汽擴散段、低壓缸通流徑向汽封，其中的部件由更小的部件或零件組成，如低壓內(nèi)缸又包括低壓內(nèi)內(nèi)缸、低壓外內(nèi)缸等，低壓外缸又包括缸體、軸封膨脹節(jié)、軸封、螺栓等。

2.3 備件

備件信息是對需要采購和更換的汽輪機零部件的編碼，與設(shè)備零部件的廠家型號密切相關(guān)，為了方便維修過程的應(yīng)用，有兩個特點：一是設(shè)備零部件與備件之間存在多對多的關(guān)系，多個零部件對應(yīng)同一個備件或者一個零部件對應(yīng)多個備件；一是備件存在主備件和子備件的聯(lián)系，即一個主備件可以由幾個子備件組合形成。備件信息主要依據(jù)維修過程的需要定義相應(yīng)的備件清單。比如高壓缸中的高壓轉(zhuǎn)子整體有一個備件碼，同時組成高壓轉(zhuǎn)子的部件：葉片、平端緊定螺釘、平衡塊等也有備件碼。

2.4 故障部件

在設(shè)備故障模式的分析過程中，需要對汽輪機出現(xiàn)的故障情況進行全面分析，以便在發(fā)生問題的時候能快速定位故障信息，因此需要對可能發(fā)生故障的汽輪機部件或部位進行定義，明確故障部件、故障現(xiàn)象、故障原因等[6-10]，形成同類設(shè)備的標準信息，以便收集同類設(shè)備的故障數(shù)據(jù)進行可靠性分析。根據(jù)可靠性分析的要求不同，可以對汽輪機的最小零部件進行可靠性分析，可以將多個零部件組合形成的設(shè)備部位組合形成故障部件來描述，需要注意的是可靠性分析不要求對所有的零部件都進行分析。比如：將低壓缸的零部件組合定義為“末級葉片”、“汽缸體”、“隔板及其汽封裝置”、“轉(zhuǎn)子及其葉片”、“軸封體”等故障部件來進行故障分析。

2.5 汽輪機標準部件設(shè)定分析

上述的四種零部件的定義方式涉及維修、設(shè)備、物料三個專業(yè)領(lǐng)域，相對獨立，但又存在密切的聯(lián)系，依據(jù)三個專業(yè)領(lǐng)域的工作要求和相互間的關(guān)系，可以用圖3的圖示對四種零部件的關(guān)系進行描述：

圖3 零部件關(guān)系圖

其中，運行維修手冊零部件是汽輪機基礎(chǔ)信息，是產(chǎn)生維修零部件和故障部件描述內(nèi)容的基礎(chǔ)，維修過程中針對部件拆裝和部件狀態(tài)管理要求，形成有層次關(guān)系的維修零部件組合，故障部件是在對汽輪機可靠性分析過程中的汽輪機零部件或由零部件組合形成的功能部件的描述，備件信息根據(jù)維修活動（包含改造、替代等）需要產(chǎn)生，將汽輪機零部件納入采購管理形成備件信息。運行維修手冊零部件的定義雖然是基礎(chǔ)的信息，但是不能體現(xiàn)出維修單元、故障部件、備件等多個零部件組合需求。通過分析，可以建立如圖4所示的層級部件結(jié)構(gòu)。

圖4 汽輪機層次部件結(jié)構(gòu)示意圖

按照汽輪機層次部件結(jié)構(gòu)示意圖，汽輪機的低壓缸設(shè)備可以劃分為設(shè)備、部位、零件三個部分，其中部位和零件可以統(tǒng)稱部件，設(shè)備指的是實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計功能的最小裝置，對應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計中的功能位置編碼，零件對應(yīng)運行維修手冊零部件，部位由零件組成，按照設(shè)備可靠性管理、維修管理、備件管理的需要綜合定義形成。該層次結(jié)構(gòu)應(yīng)有如下特點：

零件可以小于或等于運行維修手冊描述的零部件，確定是否需要編碼數(shù)據(jù)時可以參考最小維修單元的要求。

部位的定義依賴于維修過程、備件、故障分析業(yè)務(wù)的需求，定義內(nèi)容可能發(fā)生變化。

汽輪機多層次零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計目標是為了適應(yīng)不同業(yè)務(wù)場景對汽輪機零部件的描述需求，以便形成可以匯集相關(guān)數(shù)據(jù)的標準節(jié)點，方便開展對汽輪機技術(shù)問題、設(shè)備故障的高效處理、分析、評估工作，是形成汽輪機設(shè)備數(shù)據(jù)標準的重要基礎(chǔ)工作，由于設(shè)備可靠性、維修、備件的專業(yè)需求不同，因此需要綜合各方需要逐步形成汽輪機標準層次部件結(jié)構(gòu)的定義。

3 結(jié)語

通過對汽輪機全壽期管理的理解和分析以及對汽輪機相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)情況的分析，可以看出汽輪機作為核電廠重要的重大設(shè)備，需要開展以零部件為基礎(chǔ)的精細化管理，同時通過對汽輪機全壽期業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)特點的分析，提出了多層次零部件結(jié)構(gòu)，可以保證以汽輪機零部件為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)集成的有效性和準確性。