基于INPO AP-913框架的核電廠系統(tǒng)監(jiān)督研究

苑景凱

(中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽314300)

基于INPO AP-913框架的核電廠系統(tǒng)監(jiān)督研究

苑景凱

(中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽314300)

對核電廠的重要系統(tǒng)實施健康狀態(tài)監(jiān)督，確保系統(tǒng)設備的性能能夠可靠地滿足電廠安全和發(fā)電的目標，落實核電廠的維修規(guī)則，提高核電廠設備的可靠性，是核電廠設備可靠性管理體系AP-913中的重要一環(huán)。為進一步推進核電廠設備管理優(yōu)化工作，基于設備可靠性管理流程AP-913的指導思想，并結合中國核電目前正在開展的核電廠設備可靠性管理提升，本文對核電廠系統(tǒng)監(jiān)督做了研究，闡述核電廠系統(tǒng)監(jiān)督的概念及目的，給出適用于我國核電廠系統(tǒng)監(jiān)督實施流程，并從核電廠系統(tǒng)設備實際出發(fā)，著重歸納了系統(tǒng)監(jiān)督計劃開發(fā)方法。助推行業(yè)內電廠設備可靠性管理的提升，優(yōu)化WANO組織規(guī)定的有關核電廠設備可靠性的業(yè)績目標，進而提高核電廠的運行業(yè)績。

INPO AP-913；核電廠；可靠性；系統(tǒng)監(jiān)督；實施

核電廠是現(xiàn)代復雜工業(yè)系統(tǒng)的典型代表，其系統(tǒng)設備的可靠性直接決定了核電廠運行的安全性、可靠性和經濟性，是核電持續(xù)健康發(fā)展的重要支柱和保障。關于核電廠的設備可靠性管理，符合現(xiàn)代管理理念的設備可靠性管理體系是INPO(Institute of Nuclear Power Operations，美國核電運行研究所)AP-913，如圖 1所示。INPO AP-913設備可靠性管理流程是INPO和EPRI(Electric Power Research Institute，美國電力研究協(xié)會)等國際知名組織以設備分級為起點，建立的一整套設備可靠性管理流程，該流程體系在美國核電廠廣泛應用并取得了巨大成功，美國核電廠的運行業(yè)績始終保持世界領先水平。INPO AP-913流程包含了設備分級、性能監(jiān)測、缺陷處理、預防性維修實施、持續(xù)改進、壽期管理六個模塊，各模塊間彼此關聯(lián)、相互促進，形成了一個完善的閉環(huán)設備可靠性管理系統(tǒng)。而系統(tǒng)監(jiān)督是落實設備可靠性管理流程AP-913中性能監(jiān)測模塊的一種措施。針對系統(tǒng)監(jiān)督，本文就其概念、作用進行了研究歸納，并提出了適用于我國核電廠的系統(tǒng)監(jiān)督實施流程以及系統(tǒng)監(jiān)督計劃的開發(fā)方法，以助推行業(yè)內核電廠設備可靠性的提升。

圖1 設備可靠性管理流程Fig.1 Equipment Reliability Process Description

1 美國核電廠維修規(guī)則簡介與我國核電廠有關維修的法規(guī)和導則

20世紀80年代末期，美國NRC(U.S. Nuclear Regulatory Commission，美國核管理委員會)與業(yè)界評估發(fā)現(xiàn)，核電廠跳機或降功率事件絕大多數與設備維修作業(yè)直接相關，因此NRC在 1991年公布了“監(jiān)測核電廠維修有效性的要求”的維修規(guī)則(Maintenance Rule，簡稱“MR”,即 10 CFR 50.65[1])。并在 1996 年開始正式實施。MR要求對規(guī)定范圍內的構筑物、系統(tǒng)和設備(SSC)進行有效的性能監(jiān)測，以滿足許可證申請者設定的目標，保證這些SSC 能夠完成預定的功能。NRC認為，核電站許可證持有者監(jiān)測安全重要SSC維修的有效性，以減少因缺乏有效維修引起失效和事件的可能性，采取必要的、及時而適當的糾正行動，確保全壽期內維修繼續(xù)有效，對于核電廠的安全是非常重要的。

針對維修，我國在HAF103《核動力廠運行安全規(guī)定》[2]中有一般性的要求，同時有相應的導則 HAD103/08《核電廠維修》[3]要求。HAF103第6章安全重要SSC的維修、 試驗、監(jiān)督和檢查規(guī)定，必須制定并實施安全重要SSC的維修、 試驗、監(jiān)督和檢查的大綱，并根據 SSC 對安全的重要性、其固有的可靠性、所評定的運行時性能劣化的可能性和老化特性以及運行經驗，確定單個SSC 的預防性和預測性維修、試驗、監(jiān)督和檢查的頻度。HAD103/08第1.1.1節(jié)要求，有效的維修對核電廠的安全運行十分重要，它不僅要保證所有承擔安全功能的SSC能按設計意圖和假設保持其可靠性和有效性，而且要保證在運行以后，核電廠的安全狀態(tài)不會受到有害影響。系統(tǒng)設備長期運行后，其性能會由于各種原因發(fā)生劣化，系統(tǒng)設備執(zhí)行預定設計功能的能力，要靠有效的維修來維持。

可見，有效的落實維修規(guī)則，提高核電廠維修的有效性是核電廠SSC能執(zhí)行其預定功能的重要保證，也是電廠安全和可靠運行的重要條件。

2 系統(tǒng)監(jiān)督

1997年，EPRI發(fā)布了TR-107668[4]《系統(tǒng)監(jiān)督導則》(Guideline for System Monitoring by System Engineers)，該導則主要針對MR中的SSC指導如何落實維修規(guī)則中關于性能監(jiān)測的要求。在2010年，EPRI結合應用設備可靠性管理流程AP-913的要求，對TR-107668進行了升版，其監(jiān)督范圍不限于維修規(guī)則中規(guī)定范圍內的SSC。因此，開展系統(tǒng)監(jiān)督是為了有效的落實維修規(guī)則。

針對系統(tǒng)設備監(jiān)督，我國核安全導則HAD103/09[5]《核電廠安全重要物項監(jiān)督》第4.1.2節(jié)要求監(jiān)督的深、廣度必須起到以下相關作用：(1) 查出部件的早期故障或增加維修頻度的必要性，以保證達到良好的功能和可用性；(2) 保證在相繼的兩次監(jiān)督之間，缺陷不會發(fā)展到導致事故工況的程度。第4.3節(jié)要求定期再評價監(jiān)督的頻度和深廣度，以確定它們是否有效使系統(tǒng)或設備處于良好的運行狀態(tài)，為此，應考慮下列各項：(1) 系統(tǒng)或設備的性能，特別是它們的故障率；(2) 故障發(fā)生后需要采取的糾正措施；(3) 同類系統(tǒng)和設備的性能。

依據上述有關法規(guī)，系統(tǒng)監(jiān)督的概念歸納如下：(1) 監(jiān)督系統(tǒng)執(zhí)行其預定設計功能的能力，確保系統(tǒng)性能能夠可靠地滿足電廠安全和發(fā)電的目標；(2) 系統(tǒng)的功能是依靠設備來完成的，所以實際上監(jiān)測的是設備的性能；(3) 系統(tǒng)監(jiān)督主要目的不是系統(tǒng)運行監(jiān)督，而是系統(tǒng)性能監(jiān)測和趨勢分析；(4) 以系統(tǒng)為單位來實施健康狀態(tài)監(jiān)督；基于AP-913，系統(tǒng)監(jiān)督的作用歸納如下：(1) 狀態(tài)監(jiān)測：通過對相關物理參數連續(xù)的跟蹤和趨勢分析，能夠預測設備降級，以便早期發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；(2) 收集數據：通過收集、記錄系統(tǒng)和設備性能歷史數據，為原因分析提供強有力的數據支持；(3) 維修優(yōu)化：為持續(xù)改進、長期戰(zhàn)略提供技術支持，是設備可靠性改進流程中重要的一環(huán)；(4) 驗證維修有效性：通過長期的系統(tǒng)狀態(tài)和性能跟蹤與評價，驗證現(xiàn)有維修策略的有效性。

因此，我國核電廠有必要落實維修規(guī)則，實施系統(tǒng)監(jiān)督，以保證核電廠設備維修的有效性，從而保證系統(tǒng)設備在設計工況下能夠滿足其性能要求。

3 系統(tǒng)監(jiān)督實施流程

基于INPO AP-913的設備可靠性管理，結合中國核電的實際現(xiàn)狀，系統(tǒng)監(jiān)督實施流程編制如下：(1) 篩選列入監(jiān)督范圍的系統(tǒng)清單；(2) 對監(jiān)督范圍內的系統(tǒng)建立系統(tǒng)性能準則；(3) 開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)督計劃；(4) 按照系統(tǒng)監(jiān)督計劃并借助核電廠設備可靠性數據庫平臺實施系統(tǒng)監(jiān)督活動；(5) 定期對系統(tǒng)總體性能進行評價并發(fā)布系統(tǒng)健康評價報告；詳細流程如圖 2。

圖2 系統(tǒng)監(jiān)督實施流程圖Fig.2 System supervision implementation flow chart

圖 3 系統(tǒng)監(jiān)督計劃開發(fā)流程Fig.3 System supervision plan development process

在系統(tǒng)監(jiān)督實施過程中，開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)督計劃是重點和難點，計劃的開發(fā)流程編制如圖3所示。

4 系統(tǒng)監(jiān)督計劃開發(fā)方法

4.1 識別系統(tǒng)的關鍵功能及功能失效的影響

列出系統(tǒng)的關鍵功能，用故障模式分析的方法(FMEA—Failure Mode Evaluation Analysis)分析確定系統(tǒng)功能的失效模式及影響。FMEA是RCM(以可靠性為中心的預防性維修，是一種維修優(yōu)化方法)的一部分，是一種分析方法。FMEA、RCM在這里不再贅述，讀者可查閱相關資料。

4.2 分析確定功能有關故障模式下的降級機理和降級指標

為系統(tǒng)的關鍵功能確定降級機理及降級指標是最關鍵的，識別早期的系統(tǒng)降級需要監(jiān)督什么參數？如何監(jiān)督？監(jiān)督計劃開發(fā)人員需要完全了解系統(tǒng)功能、實現(xiàn)這些功能的設備、相關電氣及儀表設備，還需掌握具體設備壽命長短和設備運行損耗/磨損過程。首先，列出會導致系統(tǒng)某一關鍵功能失效的所有設備，再分析這些設備的降級機理。確定降級機理的支持文件包括但不限于：RCM分析結果；行業(yè)或電廠內部運行經驗；從EPRI網站得到數據信息；工程師經驗；設備供應商手冊、文件；故障歷史資料；行業(yè)論壇。

4.3 識別已確定降級機理下的降級表征

當前氣象觀測自動化程度得到大幅度提高，但大部分工作依然需要人工完成。強化工作人員業(yè)務水平，建立業(yè)務能力強的氣象觀測隊伍，對提高氣象預報準確度和促進農業(yè)經濟發(fā)展具有重要意義。

要有足夠的數據用以判斷系統(tǒng)是否降級或潛在降級。這一步的目的是識別出系統(tǒng)監(jiān)督所需的直接參數。RCM分析報告、供貨商的運行維護手冊、同行電廠系統(tǒng)監(jiān)督計劃等可作為支持文件。電廠的數據一般來自以下數據源：在役試驗；預測性維修(如振動測量、潤滑油分析、紅外溫度測量)；系統(tǒng)管理人員巡檢；運行日常巡檢；監(jiān)督試驗；預防性維修活動(修前、修后記錄等)；電站過程計算機；數據歷史軟件；系統(tǒng)負責人及專業(yè)工程師收集的數據；化學數據；在線監(jiān)測系統(tǒng)；熱力性能監(jiān)測；閥門監(jiān)測(電動閥、氣動閥、止回閥)；流體加速腐蝕監(jiān)測；在役檢查/金屬監(jiān)督；備件質量、庫存量信息；生產信息管理系統(tǒng)；經驗反饋系統(tǒng)；范圍更廣的其他數據監(jiān)測。

4.4 審查數據差別

將4.3節(jié)中識別出的數據需求與電廠已在監(jiān)測的數據進行比較，列出差異項。新增的監(jiān)測數據是否有可行的方法或技術獲得？應用新的方法或技術進行監(jiān)測時，監(jiān)督計劃開發(fā)人員應首先調研、評估。部分降級機理可能由于缺少監(jiān)測數據無法預測，無法獲得的數據應以文件的形式記錄下來，并對這些數據無法獲得的風險進行評估，確定是否接受這種風險。如果將來設備替換或變更后，這些數據能夠獲得了，還應對系統(tǒng)監(jiān)督計劃進行升版。

4.5 確定趨勢跟蹤和趨勢分析方法

確定趨勢跟蹤和分析方法時，監(jiān)督計劃開發(fā)人員除了要利用以往的經驗，還要考慮設備老化程度、某些參數的特性。以下的問題可幫助確定趨勢跟蹤、趨勢分析方法：(1) 用于系統(tǒng)監(jiān)測的數據是否在源頭已進行過分析。有些數據由專業(yè)小組進行趨勢分析，系統(tǒng)負責人在系統(tǒng)監(jiān)督時只要進行趨勢跟蹤。如預測性維修(振動測量、紅外測溫、潤滑油分析)等數據由從事預測性維修的小組進行分析，不需要系統(tǒng)負責人進行分析。專業(yè)小組已經建立了預測性維修的可接受閾值范圍、糾正行動級別。但系統(tǒng)負責人可接受的閾值可能更低，以提前預警。(2) 有些數據不能直接反映系統(tǒng)性能，需要經過額外計算，開發(fā)人員需確定計算方法。如熱交換器的數據，一次側溫度或壓力不能直接反映熱交換器的性能，必須通過計算得到污垢系數。(3) 是否是隨其他參數變化的可變參數。如主汽輪機軸承溫度可能與發(fā)電機電功率有關，在趨勢跟蹤及分析時應將軸承溫度與發(fā)電機電功率建立關聯(lián)。開發(fā)人員應識別出關聯(lián)的數據，共同進行趨勢跟蹤與分析。(4) 分析系統(tǒng)性能是否需要從不同的數據源獲得參數。如泵的振動需要從定期試驗獲得，潤滑油分析從生產信息管理系統(tǒng)的記錄中獲得，熱交換器出口溫度從電站過程計算機中獲得，泵的出口壓力從就地運行巡檢記錄中獲得，所有這些數據都是系統(tǒng)性能分析必要的。這些數據與系統(tǒng)負責人可以得到的其他數據匯集在一起進行跟蹤分析，就可以為某個問題提供確鑿的證據。如軸承溫度上升趨勢與油中磨損金屬微粒增加相符合，軸承振動增加與滾珠的特征頻率增大符合，能定位早期故障。開發(fā)人員可通過設問，用不同手段、不同路徑獲得需要的全面的數據。(5) 系統(tǒng)中不同設備降級的累計是否會影響分析。當一個或多個設備運行在報警區(qū)域，系統(tǒng)負責人必須考慮特殊情況下累計的潛在影響。如一個系統(tǒng)閥門開關行程變短，泵運行流量偏低，熱交換器污垢，每個單獨參數可能都不超標，但其累計影響是不可接受的。

4.6 建立可接受的閾值

4.7 建立行動計劃

行動計劃是監(jiān)督參數達到相應等級的閾值(白、黃、紅)時，所采取的糾正行動計劃。在制訂行動計劃時需要做充分的技術判斷。采用多級行動計劃能確保在系統(tǒng)/設備失效之前采取相應級別的行動。行動計劃可以是管理關注、初步的糾正行動、增大監(jiān)測頻度、增加額外的參數監(jiān)測、運行限制、電廠運行人員的活動、故障處理、試驗、維修等。

當監(jiān)督參數達到“白”閾值后，可與其他補充數據進行比較，且需較長時間觀察這些數據才能確定是否真的降級，并明確設備降級機理。當監(jiān)督參數達到“黃”閾值后，糾正性維修計劃就要開始執(zhí)行了，如要求增加趨勢分析和增大監(jiān)測頻率，或增加監(jiān)測項目，在到“紅”報警值之前安排日常工作進行處理。當監(jiān)督參數達到“紅”閾值后，需要立即采取緊急糾正行動(日常計劃之外)。糾正行動應當防止故障重復發(fā)生。

4.8 監(jiān)督計劃開發(fā)舉例

以核電M310機組秦山核電二廠設備冷卻水系統(tǒng)(RRI)為例，依據電站的實際，按照表2進行分析，得到重要系統(tǒng)每一個功能的失效模式及影響、對應失效模式下的降級機理和降級指標、降級指標的來源、降級指標的收集頻度及監(jiān)督頻度、降級指標的趨勢跟蹤方法及可接受的閾值、相應的行動計劃、降級指標是否為新增監(jiān)督項目及是否能實施、降級指標的測點位置、降級指標的計算方法。系統(tǒng)的每個功能對應一張詳細的監(jiān)督計劃表。依據完整的監(jiān)督計劃表對重要系統(tǒng)設備實施性能監(jiān)督，驗證電站現(xiàn)有預防性維修策略的有效性(即有效落實維修規(guī)則)，并為電站的持續(xù)改進、長期戰(zhàn)略提供技術支持，逐步提升電站運行的可靠性、可用率水平。

表2 監(jiān)督計劃表Table 2 supervision schedule

注：“NA”表示“不適用”。

5 結束語

監(jiān)督計劃的開發(fā)過程是以維修優(yōu)化方法—FMEA及電廠實際為導向展開詳細分析，一份正確、詳細的監(jiān)督計劃是實施系統(tǒng)監(jiān)督的主要依據。根據AP-913設備可靠性流程的指導思想，正確、有效的實施系統(tǒng)設備監(jiān)督是設備可靠性持續(xù)提高的重要輸入和組成部分，對預防核電廠非計劃的跳機、跳堆以及提高系統(tǒng)設備的可用率起到很強的推進作用。

[1] USNRC 10 CFR 50.65. Requirements for Monitoring the Effectiveness of Maintenance at Nuclear Power Plants[S]. 2003.

[2] 國家核安全局.HAF103 核動力廠運行安全[S].北京.2004.

[3] 國家核安全局.HAD103/08 核電廠維修[S].北京.1994.

[4] EPRI Report TR-107668.Guideline for System Monitoring by System Engineers[S].1997.

[5] 國家核安全局.HAD103/09 核電廠安全重要物項監(jiān)督[S].北京.1994.

The supervision of nuclear power plant systembased on AP-913 INPO framework

YUAN Jing-kai

(CNNP Nuclear Power Operation Management Co. Ltd，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China)

Health supervision of the implementation of an important system for nuclear power plants，to ensure that the performance of the system equipment can reliably meet safety and power plant，nuclear power plant maintenance implementation rules，improve the reliability of nuclear power plant，nuclear power plant equipment reliability management AP-913 is an important part of the system. In order to further promote the optimization of nuclear power plant equipment management the guiding ideology，the equipment reliability management process based on AP-913，and combined with the nuclear power plant equipment reliability management China nuclear power is currently being carried out，this paper has done research on the supervision system of nuclear power plant，expounds the concept and purpose of the nuclear power plant supervision，are applicable to China’s nuclear power plant system to supervise the implementation process，and from the system of nuclear equipment the power plant actual situation，emphatically summed up the supervision plan system development method. The reliability management of power plant equipment boost industry promotion，optimize the WANO provisions of the organization The performance objectives of nuclear power plant equipment reliability，and thus improve the operating performance of nuclear power plants.

INPO AP913; nuclear power plant; reliability; system supervision; implementation

2016-04-07

苑景凱(1983—)，男，河北石家莊，工程師，大學本科，核電廠高級操縱員，現(xiàn)從事秦山第二核電廠系統(tǒng)健康監(jiān)督及系統(tǒng)變更改造管理工作

T19

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0258-0918(2016)05-0671-08