核電廠淘汰品解決方案探討

曾其權(quán)

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東 深圳 518124）

大亞灣核電廠自投產(chǎn)以來，已經(jīng)運(yùn)行了近20年，核電廠的電氣和儀控設(shè)備已老化，目前存在以下問題：(1)設(shè)備故障多；(2)設(shè)備老舊備件無法采購；(3)設(shè)備功能不能滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求而需要改造。因此，積極開展核電廠的淘汰品管理工作，不斷優(yōu)化淘汰品處理方案，是保證核電廠設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命的一項(xiàng)重要工作。

一、淘汰品典型處理方案

淘汰品的典型處理方案有過剩市場采購、特別制造、設(shè)備翻新、物項(xiàng)替代、反向設(shè)計(jì)、改造和商品化7種方式。淘汰品處理方案選擇流程見圖1所示。在緊急情況下，應(yīng)同時(shí)推進(jìn)幾種解決方案，以保證最快速地解決淘汰品問題。在非緊急情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮成本最低的解決方案。

在淘汰品處理過程中，安全、可用和成本是必須遵循的3個(gè)基本原則。安全是指電廠的核安全必須優(yōu)先得到保證；可用是指保證機(jī)組的可用率；在安全和可用的前提下，考慮備件的標(biāo)準(zhǔn)化、減少備件種類和庫存量以降低核電廠的運(yùn)營成本。

圖1 淘汰品處理方案選擇流程

1.過剩市場采購

過剩市場是指產(chǎn)品雖然已經(jīng)停產(chǎn)，但是在其他電廠、企業(yè)或銷售單位仍然有庫存產(chǎn)品供出售。過剩市場采購?fù)ǔＪ亲羁焖佟⒆罱?jīng)濟(jì)的淘汰品解決方案，但是該種方式往往只能解決短期備件問題，除非通過過剩市場可以采購到滿足電廠壽命周期內(nèi)需用的足夠備件。

2.特別制造

特別制造是指制造廠重新進(jìn)行淘汰品的生產(chǎn)制造，這種情況會(huì)導(dǎo)致采購價(jià)格過高。為解決電廠長期存在的備件問題，應(yīng)考慮一次性采購足夠數(shù)量的備件，以滿足電廠壽命周期內(nèi)的使用要求。為降低特別制造的采購成本，還應(yīng)考慮與其他電廠或該產(chǎn)品的其他用戶聯(lián)合進(jìn)行采購。

3.設(shè)備翻新

設(shè)備翻新是指采購貯存足量的設(shè)備上使用的零部件或易損件，及時(shí)對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和易損件更換，以保證設(shè)備的可用性。設(shè)備翻新通常用于電子類設(shè)備，如電源或板件等。對大型設(shè)備，如高壓電機(jī)、水泵、閥門等進(jìn)行翻新處理，也是一個(gè)較好的解決淘汰品問題的途徑。

4.物項(xiàng)替代

物項(xiàng)替代是指從市場上選用與原始物項(xiàng)功能等效且可以互換安裝的物項(xiàng)來取代原始物項(xiàng)。通常而言，物項(xiàng)替代是一種靈活、便捷且能長期解決淘汰品問題的方法。在物項(xiàng)替代的選型過程中，必須遵循替代物項(xiàng)與原始物項(xiàng)的功能等效、可互換安裝和相容性的原則。對核安全相關(guān)的物項(xiàng)，還必須考慮設(shè)計(jì)制造規(guī)范的一致性。

5.反向設(shè)計(jì)

反向設(shè)計(jì)是指根據(jù)原始物項(xiàng)的技術(shù)參數(shù)和測試結(jié)果，重新設(shè)計(jì)功能相同的物項(xiàng)。反向設(shè)計(jì)是一個(gè)重新設(shè)計(jì)和制造的過程，其成本較高。通常而言，反向設(shè)計(jì)是在無法進(jìn)行替代時(shí)采用的一種辦法。對原始物項(xiàng)進(jìn)行復(fù)制的反向設(shè)計(jì)，存在侵犯商業(yè)秘密和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)。但如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)超過專利保護(hù)有效期或約束條件允許非贏利的最終用戶解決自身問題時(shí)，則該方法面臨的風(fēng)險(xiǎn)很小，甚至無風(fēng)險(xiǎn)。

6.設(shè)計(jì)變更

設(shè)計(jì)變更的典型方式就是改造。由于改造過程的復(fù)雜性，以及新引入設(shè)備性能的不確定性和維修經(jīng)驗(yàn)的匱乏等問題，使改造成為成本最昂貴的淘汰品處理方式。因此，設(shè)計(jì)變更通常是解決淘汰品問題的最后手段。

7.商品化

商品化是指把商品級物項(xiàng)通過鑒定后證明其可以應(yīng)用于核安全相關(guān)位置的過程，主要包括2個(gè)步驟：(1)通過技術(shù)評估(包括試驗(yàn))證明商品級物項(xiàng)的功能、失效模式和關(guān)鍵特性參數(shù)是否能夠滿足核電廠的安全使用需求；(2)根據(jù)客觀證據(jù)證明采購的物項(xiàng)與評估的物項(xiàng)完全一致。技術(shù)評估是分析物項(xiàng)的功能和失效模式，證明商品級物項(xiàng)滿足核電廠的使用要求，把對物項(xiàng)的具體要求轉(zhuǎn)化為詳細(xì)準(zhǔn)確地采購文件的過程。商品級物項(xiàng)的驗(yàn)收是為了確保所采購的物項(xiàng)滿足技術(shù)評估所指定的采購技術(shù)要求。商品化處理流程見圖2。

二、大亞灣核電廠淘汰品處理案例

1.板件翻新

圖2 商品化流程

電氣儀控板件的使用壽命約為10~15a，而板件上使用的電解電容、光耦等易老化元器件的使用壽命則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于板件的壽命。由于電子元器件老化失效引起板件的使用壽命降低成為目前存在的現(xiàn)實(shí)問題。為維持電廠的備件可用性，進(jìn)行翻新處理是最經(jīng)濟(jì)的一種淘汰品處理方式。需要重點(diǎn)關(guān)注的是，必須嚴(yán)格控制板件翻新質(zhì)量，確保處理后的板件具有較高的可靠性。

以電源板件翻新為例，板件失效的主要原因是電解電容器老化。通過技術(shù)分析，電解電容的使用壽命約為5a，通過更換電容器可延長板件的使用壽命和儲(chǔ)存壽命。從2005年開始，大亞灣核電廠已對庫存電源板件進(jìn)行了批量翻新處理，處理后使用效果良好。該種處理方式簡單、相對成本低，為電廠備件采購節(jié)約了大量資金。對其他板件，也可通過分析易損件的使用壽期（如光耦、繼電器等），對元器件進(jìn)行更換，以實(shí)現(xiàn)獲取長壽備件的目的。

2.核島電動(dòng)頭處理

大亞灣核電廠一回路相關(guān)系統(tǒng)使用了近百臺(tái)電動(dòng)頭，主要是BERNARD公司生產(chǎn)的SR系列電動(dòng)頭。大亞灣核電廠曾多次在進(jìn)行定期試驗(yàn)時(shí)發(fā)生因SR系列電動(dòng)頭過負(fù)荷動(dòng)作導(dǎo)致閥門拒動(dòng)的故障，成為影響機(jī)組安全的潛在隱患。經(jīng)電廠技術(shù)部門分析確認(rèn)，該系列電動(dòng)頭離合器的行星齒輪容易因磨損導(dǎo)致卡死，離合器存在設(shè)計(jì)缺陷。SR50以下的電動(dòng)頭其力矩傳輸機(jī)構(gòu)也存在問題，導(dǎo)致力矩開關(guān)拒動(dòng)。同時(shí)，經(jīng)與BERNARD公司聯(lián)系得知，SR系列產(chǎn)品為BERNARD公司20世紀(jì)80年代兼并的法納烏公司的產(chǎn)品，正在逐步停產(chǎn)，無法繼續(xù)采購。由于這些電動(dòng)頭均承擔(dān)著核安全相關(guān)功能，其設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)要求很高，因價(jià)格昂貴庫存?zhèn)浼苌佟Ｒ虼耍琒R系列電動(dòng)頭淘汰品的問題亟待解決。

SR系列電動(dòng)頭失效的主要原因是離合器行星齒輪磨損。從維修角度考慮，采取更換離合器星輪的方式最為快捷經(jīng)濟(jì)。但SR系列電動(dòng)頭面臨停產(chǎn)，且離合器的星輪架采用非圓曲線設(shè)計(jì)，加工制造困難。20世紀(jì)90年代，法國BERNARD公司某中國合作伙伴曾嘗試復(fù)制離合器，并委托具有多坐標(biāo)激光測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量、繪制。在制造的5臺(tái)樣機(jī)中有3臺(tái)出現(xiàn)間歇性電機(jī)轉(zhuǎn)軸抱死現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)離合器磨損，使該部件成了機(jī)械傳動(dòng)的瓶頸。可見，通過特別制造行星齒輪進(jìn)行維修更換的可靠性不高。更換星輪雖然可以暫時(shí)滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，但是并沒有從根本上解決離合器設(shè)計(jì)缺陷問題，電動(dòng)頭失效風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。

為了解決SR系列電動(dòng)頭備件短缺問題，并從根本上杜絕電動(dòng)頭離合器設(shè)計(jì)缺陷，進(jìn)行物項(xiàng)替代是比較合理的手段。經(jīng)過與合作伙伴法國電力公司（EDF）技術(shù)溝通得知，法國EDF各電廠使用的是LR系列電動(dòng)頭。經(jīng)與原廠法國BERNARD公司溝通證實(shí)，SR系列電動(dòng)頭的后續(xù)升級產(chǎn)品是ST系列電動(dòng)頭。ST系列電動(dòng)頭取消了離合器，使用蝸輪蝸桿自鎖，提高了電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)行的穩(wěn)定性，其效率較SR系列有一定程度的提高。最終，物項(xiàng)替代經(jīng)過詳細(xì)技術(shù)論證，采用ST系列電動(dòng)頭替代了SR系列電動(dòng)頭。該方案通過了電廠技術(shù)部門和國家核安全局的審查。目前，ST電動(dòng)頭已在現(xiàn)場安裝了8臺(tái)，運(yùn)行狀況良好。

3.儀控板件仿制

與機(jī)械設(shè)備相比較，電氣儀控設(shè)備的更新?lián)Q代周期更短。為避免因單個(gè)板件的淘汰給電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，進(jìn)行仿制是對電廠影響最小的淘汰品解決方案。

仿制是反向設(shè)計(jì)的一種。是指新物項(xiàng)采用相同或相近的原材料實(shí)現(xiàn)原功能的方法。如果采用新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)原功能，實(shí)現(xiàn)手段不具有相似性，這種方法則不屬于仿制，但屬于反向設(shè)計(jì)。仿制手段可能有侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)，必須在確保安全的前提下謹(jǐn)慎使用。通常，如果原產(chǎn)品的專利保護(hù)期過期，或因原制造廠倒閉、停產(chǎn)、淘汰等因素造成無法采購的，最終用戶為了解決自身問題而進(jìn)行的非贏利仿制，不會(huì)對原制造廠造成經(jīng)濟(jì)損失，不存在侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)。如果原制造廠仍然生產(chǎn)某產(chǎn)品，且在知識(shí)產(chǎn)權(quán)有效保護(hù)期內(nèi)，核電廠僅僅為了降低成本而進(jìn)行仿制，則存在侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)杜絕該類備件的仿制工作。

大亞灣核電廠運(yùn)行多年以來，部分備件因廠家倒閉、停產(chǎn)或淘汰等因素?zé)o法采購，面臨無備件更換的情況。考慮到原廠已經(jīng)不再生產(chǎn)這些備件，從解決電廠自身備件問題的角度出發(fā)，大亞灣核電廠近年已經(jīng)陸續(xù)開展了小部分板件的國產(chǎn)化仿制工作，并取得了不錯(cuò)的成果。大亞灣核電廠板件仿制流程分為3個(gè)階段：可行性研究、試制和實(shí)驗(yàn)及批量生產(chǎn)（圖3）。首先，對板件的國產(chǎn)化仿制進(jìn)行技術(shù)可行性分析和經(jīng)濟(jì)成本分析調(diào)研，給出仿制可行性分析報(bào)告。然后，根據(jù)板件的可行性研究報(bào)告，委托協(xié)作廠家進(jìn)行板件的小批量試制及實(shí)驗(yàn)。對核級備件而言，實(shí)驗(yàn)階段尤為重要，核級鑒定試驗(yàn)必須在該階段完成，鑒定試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)結(jié)果都必須獲得國家核安全局的批準(zhǔn)或認(rèn)可。通常，仿制的板件還必須通過現(xiàn)場安裝和測試達(dá)到試驗(yàn)驗(yàn)收的目的。在證明仿制的板件與預(yù)期功能完全相符后，進(jìn)入產(chǎn)品的正式采購過程，廠家進(jìn)行批量生產(chǎn)。

圖3 板件國產(chǎn)化仿制流程

4.核級斷路器的鑒定

大亞灣核電廠直流系統(tǒng)和220VAC不間斷系統(tǒng)使用了某公司生產(chǎn)的核級斷路器，由于采購渠道不暢，面臨核級斷路器無備件更換的情況。整盤改造是比較徹底解決該問題的方法。但將電廠所有核級配電盤進(jìn)行改造，其設(shè)計(jì)、采購成本高和施工周期長都是運(yùn)營電廠難以接受的重要因素。對商品級產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)備鑒定是對電廠影響較小的解決方案，且成本較低。

美國核電廠自1975年開始已經(jīng)陸續(xù)通過商品化途徑，解決了大量核級電儀備件淘汰品問題。在美國核電廠，商品化是一個(gè)常用的解決方案。目前，大亞灣核電廠正在嘗試借鑒美國的經(jīng)驗(yàn)，通過采購商品級產(chǎn)品，補(bǔ)充進(jìn)行電氣性能試驗(yàn)和地震試驗(yàn)以驗(yàn)證商品級產(chǎn)品是否滿足核安全要求。如果試驗(yàn)證明商品級產(chǎn)品滿足核安全要求，那么與實(shí)驗(yàn)樣本相同設(shè)計(jì)和制造的商品級斷路器就可以直接作為核級產(chǎn)品使用。由于相同系列的商品級和核級斷路器在電氣特性、尺寸和安裝方面具有高度的相似性，因此應(yīng)用于電廠時(shí)不需要進(jìn)行任何改動(dòng)，對電廠的正常維修和運(yùn)行影響可降低到最小程度。

三、結(jié)語

在整個(gè)核電廠運(yùn)行壽命周期內(nèi)，會(huì)遇到各種各樣的淘汰品問題。在處理這些具體淘汰品問題時(shí)，可以參考本文探討的方法，并結(jié)合現(xiàn)場需求和不同淘汰品的特點(diǎn)，進(jìn)行綜合判斷后再?zèng)Q定解決方案。另外，淘汰品處理是所有運(yùn)營核電廠面臨的共同問題，建立共享資源、共享解決方案的平臺(tái)有利于每個(gè)核電廠加強(qiáng)淘汰品管理的計(jì)劃性和前瞻性，從而實(shí)現(xiàn)核電廠長期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]INPO.Nuclear Utility Obsolescence Program Guideline,NX-1037[R].America:INPO,2003.