基于風(fēng)險指引型設(shè)備分級的核電廠電動閥預(yù)防性維修周期替代技術(shù)的研究

金弘琨 JIN Hong-kun；袁明豪 YUAN Ming-hao；羅文博 LUO Wen-bo；曹光輝 CAO Guang-hui

（蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004）

0 引言

在核電廠中，數(shù)千種不同類型的電動閥執(zhí)行各種功能。這些閥門需要不同程度的預(yù)防性維護，而預(yù)防性維修的執(zhí)行周期主要取決于閥門安全重要性、經(jīng)濟影響或其他因素，如運行環(huán)境或歷史性能。目前核電廠存在許多要求或計劃，這些要求或計劃描述了電動閥的特性，或規(guī)定了閥門的測試或監(jiān)督要求。電動閥需要按照這些要求或計劃開展預(yù)防性維修活動，從而保證電動閥可靠性。

核電廠電動閥預(yù)防性維修活動包括在核電廠《維修大綱》中。國內(nèi)核電廠《維修大綱》中包括維修管理方面的內(nèi)容，而對具體維修活動的要求（方式、頻次、窗口等）則分布在定期試驗監(jiān)督要求（1 類執(zhí)照文件）、在役檢查大綱（1 類執(zhí)照文件）、定期試驗監(jiān)督大綱、預(yù)防性維修大綱和維修規(guī)程/程序中。《維修大綱》并未給出電動閥預(yù)防性維修活動周期確定的方法。目前核電廠電動閥預(yù)防性維修工作的周期主要依據(jù)電動閥性能和運行經(jīng)驗反饋由電廠自行確定。傳統(tǒng)上核電廠通常采用定期預(yù)防性維修方法保證電動閥的可靠性，但廣泛的國際運行經(jīng)驗表明，預(yù)防性維修不足引起機組可靠性降低，影響機組安全穩(wěn)定運行及經(jīng)濟性下降。過度的預(yù)防性維修活動引起設(shè)備計劃停運過多，在役時間減少，導(dǎo)致維修成本增加及運行風(fēng)險增加，同樣導(dǎo)致機組經(jīng)濟性下降，應(yīng)當綜合考慮電動閥對安全的貢獻、功能裕量、閥門運行及使用條件等因素，確定合適的預(yù)防性維修周期。

隨著概率安全評價（PSA）技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，并逐漸融合到核電廠的運行管理中，形成了將確定論和概率論兩種方法的優(yōu)點相結(jié)合的風(fēng)險指引型方法[1]。目前業(yè)內(nèi)通過多年實踐，已將PSA 技術(shù)應(yīng)用于核電廠設(shè)計、運行和維修等各個領(lǐng)域，如電廠在役檢查優(yōu)化、技術(shù)規(guī)格書優(yōu)化、大修優(yōu)化等方面都開展了優(yōu)化分析等工作[2]。2004年，美國核管會（NRC）正式頒布了聯(lián)邦法規(guī)10CFR50.69[3]，為設(shè)備分級方法的改進和完善指明了方向。近期，國家核安全局頒布的核安全導(dǎo)則HAD 102/03《用于沸水堆、壓水堆和壓力管式反應(yīng)堆的安全功能和部件分級》中[4]，業(yè)內(nèi)專家也建議在升版導(dǎo)則中增加風(fēng)險指引分級方法，作為分級的可選方法之一，一方面減輕電廠不必要的負擔(dān)，另一方面加強對非安全相關(guān)但安全重要度高的設(shè)備的管理。風(fēng)險指引型設(shè)備分級方法可以用于典型核電廠電動閥的風(fēng)險分類以及電動閥的預(yù)防性維修周期確定[5]，本文以CPR1000 機組為對象，對核電廠電動閥預(yù)防性維修周期替代技術(shù)進行試點研究，為后續(xù)進一步的研究奠定基礎(chǔ)。

1 技術(shù)方案

本文參考風(fēng)險指引型設(shè)備分級的方法來確定核電廠電動閥的預(yù)防性維修周期[6]，主要包括以下幾個實施步驟，具體流程見圖1 所示。

圖1 核電廠電動閥預(yù)防性維修周期確定流程

①定量風(fēng)險分析：使用PSA 模型確定閥門的風(fēng)險類別；②縱深防御分析；③敏感性分析；④專家組審查；⑤對風(fēng)險分類中低風(fēng)險類別的電動閥建立閥門功能組；⑥在每個電動閥功能組中選擇有代表性的閥門，進行全面的診斷測試；⑦確定閥門功能組維修周期。

上述幾大步驟構(gòu)成了核電廠電動閥預(yù)防性維修周期替代技術(shù)的實施流程和技術(shù)要素。

2 案例分析

2.1 分析范圍

本次分析中以某CPR1000 核電機組作為研究對象，分析范圍是化學(xué)和容積控制（RCV）系統(tǒng)的19 個電動閥。

2.2 定量風(fēng)險分析

定量風(fēng)險分析是從風(fēng)險角度分析選定閥門的安全重要性。以FV （Fussell-Vesely） 重要度和RAW（Risk Achievement Worth）重要度為分類依據(jù)。

根據(jù)該核電廠的PSA 模型，對相關(guān)電動閥進行定量風(fēng)險分析。分析結(jié)果如表1 所示，RCV366VP、RCV060VP、RCV076VP、RCV076VP、RCV077VP、RCV078VP、RCV088VP和RCV089VP 為低風(fēng)險類別閥門，其余皆為高風(fēng)險類別閥門。

表1 化學(xué)和容積控制系統(tǒng)電動閥定量分析結(jié)果

2.3 縱深防御分析

對于劃分為低風(fēng)險類別的電動閥，根據(jù)表2 確定閥門在縱深防御分析中的風(fēng)險類別，經(jīng)過縱深防御分析后，化學(xué)和容積控制系統(tǒng)電動閥風(fēng)險類別分類不變。

表2 縱深防御矩陣

2.4 敏感性分析

敏感性分析主要針對PSA 模型中的人因失效、共因失效和不可用度進行，以確定電動閥的風(fēng)險類別。

敏感性分析將所有的人因失效和共因失效基本事件值分別增加到95%分位值或5%分位值，并將所有的試驗和維修不可用度設(shè)為0，并對其分別執(zhí)行定量風(fēng)險分析過程。經(jīng)分析后，化學(xué)和容積控制系統(tǒng)電動閥風(fēng)險類別分類不變。

2.5 專家組審查

專家組應(yīng)對風(fēng)險分類過程中產(chǎn)生的初步分類信息，包括對每項功能在電廠風(fēng)險分析和縱深防御中作用的分析過程進行審查。專家組審查包括審查初步分類的主要技術(shù)基礎(chǔ)：PSA 技術(shù)充分性、系統(tǒng)功能及其分類基礎(chǔ)。專家組確定風(fēng)險信息足以支持所選電動閥的分類。應(yīng)根據(jù)所考慮的功能范圍和風(fēng)險信息納入這些功能的方式來判斷反映電動閥的方式是否適當。如果專家組確定電動閥沒有得到適當反映，則返回到初步分類過程，根據(jù)專家組的審查重新進行風(fēng)險分類。

經(jīng)過專家組審查后，化學(xué)和容積控制系統(tǒng)電動閥風(fēng)險類別分類不變。

2.6 建立電動閥功能組及選定代表閥門

對風(fēng)險分類中低風(fēng)險類別的電動閥建立閥門功能組。每個電動閥功能組將由具有相同或幾乎相同閥門和電動執(zhí)行機構(gòu)的電動閥組成。具體要求如下所示。電動閥功能組通常用于特定場地/電廠，但如果滿足電動閥功能組選擇標準，則可以跨越場地邊界擴展。

①電動閥類型、直徑、型號、閥桿（直徑、螺距和行程）；

②執(zhí)行機構(gòu)類型、尺寸和總傳動比；

③電機尺寸、型號（交流或直流）；

④系統(tǒng)專用閥門的應(yīng)用和運行條件。

根據(jù)電動閥功能組中每個電動閥的功能裕量和降級趨勢，在每個電動閥功能組中選擇有代表性的閥門，進行全面的診斷測試。

綜上所述，將上述電動閥分為四組并選取RCV060VP、RCV078VP、RCV089VP 和RCV366VP 作為代表電動閥，如表3 所示。

表3 代表閥門選取

2.7 閥門功能組預(yù)防性維修周期確定

綜合考慮電動閥對安全的貢獻、功能裕量等因素，閥門功能組預(yù)防性維修周期的確定主要包括以下幾個步驟：

①根據(jù)表4 建立電動閥預(yù)防性維修任務(wù)的初始周期。

表4 電動閥預(yù)防性維修任務(wù)周期選擇

表5 閥桿/閥桿螺母清潔和潤滑周期評估

③根據(jù)潤滑油脂等級、閥門周圍環(huán)境和運行條件結(jié)合表6，將閥門電器和機械執(zhí)行機構(gòu)預(yù)防性維護及電動閥診斷試驗任務(wù)調(diào)整為更為保守的周期。

表6 潤滑脂等級對閥門電器和機械執(zhí)行機構(gòu)預(yù)防性維護及診斷試驗執(zhí)行周期評估

④根據(jù)表7 表明電動閥性能存在下降趨勢，應(yīng)考慮擴大電動閥的測試范圍。

表7 通過閥門降級趨勢評估診斷測試周期

通過表4-表7 分析后，最終RCV060VP、RCV078VP、RCV089VP 和RCV366VP 這四個電動閥預(yù)防性維修周期確定如表8 所示。在基于風(fēng)險指引型設(shè)備分級的核電廠電動閥預(yù)防性維修周期替代技術(shù)后，電動閥閥桿清潔和潤滑周期從傳統(tǒng)的1.5年優(yōu)化到了8年，電器/機械PM 周期及電動閥診斷測試周期從傳統(tǒng)的1-1.5年優(yōu)化到了8年，減少了電動閥的預(yù)防性維護活動，降低了維修成本及運行風(fēng)險，進一步提升了核電廠的安全水平和經(jīng)濟效益。

②結(jié)合表5 中閥門潤滑油等級和運行環(huán)境將閥桿/閥桿螺母清潔和潤滑任務(wù)調(diào)整為更為保守的周期。

3 結(jié)論和建議

本文采用風(fēng)險指引型設(shè)備分級的方法，建立了適用于典型核電廠電動閥風(fēng)險分類方法以及核電廠低風(fēng)險類別電動閥典型預(yù)防性維修活動的周期確定。通過以上幾個方面，可指導(dǎo)核電廠建立和實施電動閥預(yù)防性維修周期替代技術(shù)，該CPR1000 核電機組可參考上述技術(shù)方案，根據(jù)電廠實際狀態(tài)實施預(yù)防性維修周期的優(yōu)化。

同時，國內(nèi)其他核電廠可參考該研究制定核電廠電動閥預(yù)防性維修周期。