可靠性维修在方家山核电机组的开发与应用

侯健红（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300 ）

可靠性维修在方家山核电机组的开发与应用

侯健红
（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300 ）

秦山核电一厂方家山核电机组是新建的百万级核电机组，用SRCM方法对系统设备实施可靠性管理，开发了SRCM导则，根据电厂性能指标要求进行了SRCM策划、准备、系统关键及重要性分析、设备关键及重要性分析、设备预防性维修大纲编制。在系统关键及重要性分析中，需要确定系统边界、系统功能、分析系统功能故障的后果。设备关键及重要性分析中，需列出设备、识别设备故障模式、识别设备故障影响及后果，并对设备进行分级、分析关键及重要设备故障原因、进行关键、重要设备维修任务选择，对一般级别的设备规定维修的原则。结合实际应用事例阐述SRCM在新建核电厂的开发与应用经验，并提出了SRCM分析过程中亟待解决的问题。

核电厂；SRCM；设备可靠性管理；预防性维修大纲；关键重要性；故障后果；维修任务

以可靠性为中心的维修（简称RCM），是20世纪70年代中期在西方国家兴起的，经过不断优化发展，今天已成为世界上先进的设备管理方法，广泛应用于航空、电厂、石化、制造业等各领域。通过RCM优化维修管理后，不但大大提高了系统及设备可靠性，还改善了过度维修，降低了维修成本。SRCM是改进型RCM,为了提高效率，SRCM分析出关键、重要设备，侧重于对关键、重要设备进行可靠性管理。它是RCM的一个简化版。

SRCM分析方法逐一分析系统或设备的功能、每项功能的故障机制、功能故障的后果，以此选择维修任务。SRCM分析的目的是制定一份维修大纲，用以提高系统可靠性，优化使用现有的维修资源。

SRCM关心的是避免或减轻故障后果，而不是预防故障本身的发生，如果故障有严重后果，我们就要尽全力设法防止其发生；如果它几乎不产生后果，那么，除了安排简单工作外，对它可以不采取任何预防性维修措施。

SRCM将设备故障后果分为四类：

一是隐蔽性故障后果，它没有直接的影响，但是它的失效可能会导致严重的，甚至灾难性后果。所以SRCM要求发现并排除隐蔽性故障。

二是安全性及环境后果，会造成人员伤亡，超过国家或行业标准的排放。所以SRCM要求即使不能完全排除，也要将这两类故障带来的风险降到真正低的水平。

三是使用性后果，会对发电量、效率等生产量有影响，或增加运行成本。SRCM要求考虑经济效益来确定预防性维修项目及频度。

四是非使用性后果，故障既不影响安全与环境，也不影响生产量，只涉及直接维修费用。

1 SRCM策划

方家山核电机组是秦山核电一厂扩建工程，扩建两台1000 MW压水堆核电机组，于2008年底开工，预计2013年年底首台机组并网发电。经过前期调研，方家山核电厂最终确定用目前国际上应用较广泛的SRCM分析方法开展系统设备可靠性分析。

首先进行SRCM策划，策划是一项从管理到技术的系统性的工作，需要组织专业人员全身心投入，若由兼职人员策划则做做停停多年不会有起色。电厂将其作为一项重要任务，经过反复修订、讨论后，完成了指导性文件《SRCM分析导则》，确定了方家山机组的SRCM流程及方法。

2 准备

SRCM在发达国家应用广泛，虽然SRCM分析软件开发商很多，但SRCM最核心的部分——设备数据库、故障与维修任务模板等均受知识产权保护，软件开发商无能为力。而且每个企业都有各自不同的特点与要求。所以前期策划必须解决这个“核心”问题，否则SRCM无法进行。

已知的进行RCM、SRCM分析的核电企业大多用的是美国EPRI设备数据库，但中核集团至今未加入EPRI会员。方家山只能用秦山一期有限的设备数据库及外部经验反馈，并调研设备制造厂了解设备的平均无故障时间、故障模式及原因、维修及部件更换要求等数据信息。

核电厂单台机组设备多达数十万个，但大多数设备是通用设备，开发《设备故障与维修任务模板》能提高分析效率，规范通用设备维修内容。模板中包括了设备类型、故障模式、故障现象、故障原因，按工作环境、使用频度、设备重要性等推荐维修任务与维修频度。由各专业主任工程师担纲模板开发的任务，并广泛征求各专业技术骨干的意见。目前已开发了近百种通用设备的模板，补充模板正在开发中。

在开展SRCM分析前，需要完成设备编码及设备名称命名。两台机组设备编码及命名在系统设计时已有，但是这些编码与命名并没有完全考虑到机组投运后运行与设备管理的需要。一些系统及设备的隔离边界在机组投运后因为隔离及挂牌需要，应增加设备编码及命名；为防止人因错误，需要对一部分设备命名进行修改，如给“隔离阀”加上前缀，成为“××泵入口隔离阀”；在设计图纸中，是以大设备组进行编码的，如风机、驱动电机、电源开关等用同一个设备编码，但电厂运行与设备管理时，为避免混淆，需将设备组进行拆分，每个设备需要有单独的编码，且不与设计图纸产生矛盾。为此编制了设备编码与命名管理程序。

分析导则完成之后，需要确定分析人员并进行培训，人员的素质关系到SRCM的质量，一个系统往往涉及各个专业，需要指定一名督导员负责并指导系统分析，督导员经过严格的SRCM培训。再安排有经验的运行人员、设备维修管理人员共同协作分析。电厂还成立了审查小组，负责SRCM阶段性审查。

3 系统关键、重要性分析

3.1 需要的材料和文件

确定一个待分析系统后，需要收集此系统的相关资料。包括：设计、培训、设备出厂资料、其他电厂同类设备维修资料、维修经验等。

3.2 确定系统边界

首先需确定哪些设备包括在本系统分析范围内。实现系统主要功能的设备应包括在边界内。将边界在图纸划分清楚后，系统与系统之间的设备就不易遗漏，将来可能会出问题的设备也可减至最少。

3.3 确定系统功能

先不管系统功能重要性如何，需写出完整的系统主要功能列表。分析人员必须查阅设计文件，弄清楚整个流程和系统内、外的相互关系。不能漏了关键、重要功能。

3.4 分析系统功能故障

按前面提到的四类故障后果，结合电厂制定的性能指标要求，经过研讨确定了系统及设备的关键、重要性评价准则。将系统设备分为关键1级、关键2级、重要和一般共四级。与核安全、停机停堆直接相关的设备，进入技术规格书限制条件，有后撤时限要求的设备定义为关键1级；与机组发电量有关或可能危及人身安全的设备定义为关键2级；一些与停机停堆、安全相关的冗余系统设备定义为重要级；其他系统设备定义为一般级。为每一级别的评价准则制定了详细的条款。

4 设备关键、重要性分析

设备关键、重要性分析是SRCM最重要的步骤。利用故障模式及后果分析方法对系统中的每一个设备进行系统化的评价。各类设备有不同的故障模式，如阀门有打不开、不能关、关不严等故障模式，对于常开阀若打不开并不影响系统正常运行（只发生在检修后、运行前），但不能关、关不严可能对系统有影响，这种影响会产生什么样的后果，是由什么原因产生的，用什么预防性维修手段可以避免此类故障。对设备的故障模式、故障影响、故障后果、关键性及重要性、故障原因进行步进式的分析，最终确定维修任务。

4.1 列出设备

首先需制定设备细分程度的原则。在方家山核电机组，阀体与执行机构是两类设备，电机、电缆、开关也是独立的设备，因为它们的状态监测任务、维修频度、执行专业均不同，但拆分过细也增加分析及设备管理工作量。然后罗列系统边界内所有设备清单。

4.2 识别设备故障模式

这一步需先确定每一台设备的设备类型，因为设备类型决定设备故障模式。核级设备因其重要性需进行小概率故障模式分析（取决于概率与后果的乘积有多大）。但对常规设备，SRCM只关注主要故障模式，即那些重要的和最可能发生的故障模式。所有主要故障模式都必须进行分析。

4.3 识别设备故障影响及故障后果

设备的故障影响识别分析必须准确，要求分析人员具有系统和设备及其相互关系方面的知识，因为这将直接关系到下一步关键、重要设备的确定。

故障影响包括对安全、环境、生产的影响，对关键/重要功能的影响，造成的有形损失，排除故障必须做的运行、检修方面的工作及耗时等。

识别故障后果：根据故障影响，识别设备的故障模式会导致哪些关键/重要功能失效。

特别注意有一类隐蔽性故障应识别出来。从表面上看故障没有直接的影响，但它往往具有严重的或灾难性的故障后果，如一些备用或冗余的设备存在故障，紧急情况下需及时关闭的常开阀门卡住或关不严，保护装置故障等，因为它具有隐蔽性，若不能及时发现其后果是相当严重的。所以首先要确定哪些是隐蔽性故障，然后采取简单可行的方法来发现隐蔽性故障，如定期进行功能试验或定期切换。

4.4 设备分级

根据故障后果，可以识别出关键、重要设备。会引起关键功能失效的设备就是关键设备，会使关键功能的冗余丧失、重要功能或冗余丧失的就是重要设备。

4.5 分析关键、重要设备故障原因

对于已经识别出的关键、重要设备需分析故障原因。分析者需熟悉设备的结构，要找到有故障后果的故障模式是由设备的哪些故障引起的，这些故障原因将为下面维修任务的选择提供依据。如某一台关键级别的阀门，“打不开”这一故障模式不会产生后果，但“不能关闭”会有严重的后果，需找到这类阀门不能关闭的原因，并采取对应的预防性维修措施。

4.6 关键、重要设备维修任务选择

维修任务的选择应遵守以下原则：

选择防止故障后果的维修任务，而不是防止设备本身故障。若没有故障后果，则可以让设备运行到失效。

不要片面追求设备可靠性，也不要因为故障概率小就认为现有的维修频度是最优的，而是通过科学的分析比较。

不能防止设备故障后果的、不能延长平均故障时间的、不能发现隐蔽性缺陷的，不列为维修任务。

在进行任务选择时，要遵循一定的优先次序，目的是在保证电厂安全性和可用性的同时尽量节省费用。选择任务的优先次序如下：

1）是否能通过定期功能试验或操作发现备用设备的隐蔽性缺陷；

2）能否通过状态监测的结果安排预见性维修；

3）非侵入性维护、保养、试验等维修工作；

4）侵入性维修如内部检查等；

5）更新（如更换部件、整体更换等）。

维修频度的选择要有大量设备运行维修数据作为支持。目前方家山项目只能用秦山一期20多年积累的设备数据、外部经验反馈、个人经验进行维修频度的选择，在没有把握的情况下采用保守决策，留待设备运行后观察修正维修频度。维修频度选择有以下几种：

以设备状态为导向的任务：设备的性能减弱或产生了潜在故障可以通过状态监测及趋势分析发现，监测的频度应小于潜在故障的最初迹象到实际故障之间的时间跨度。

以时间为导向的任务：根据同型设备的平均无故障时间及运行环境、使用频度，结合电厂的运行经验，确定设备的使用周期，超过该周期设备的故障率显著提高，通过更新可以恢复到该设备最初的性能。

以故障检测为导向的任务：一些设备故障在正常运行时不易被发现，而且没有有效的手段防止其故障。如保护装置只有在被保护设备故障时才动作，即在多重故障时才会有后果。所以日常必须通过定期功能试验、定期切换发现隐蔽性故障。需付出多大努力来预防隐蔽性故障取决于多重故障的后果。定期试验或切换的频度由保护和被保护设备失效概率、电厂能承受的多重故障失效后果进行推算。

SRCM所分析的设备，有一套明确的准则，用以确定最有效的、节约成本的维修任务及其频度。通过SRCM分析可以制定出一份完整的、有效的预防性维修大纲。

4.7 一般设备维修任务的选择

一般设备维修任务不进行详细的分析，维修任务选择从以下几个方面考虑：

国家或行业有相关规定的，如仪表、安全用具、特种设备等定期检验，需按相关规定执行；

当部件更换时间长，无法使设备得到及时修复，有可能影响关键、重要设备的运行时，设备故障后的维修成本较高时，设备故障后隔离及检修难，成为运行及维修人员的负担时，这些设备应安排防止失效的预防性维修任务。

不符合上述规定的设备只从经济性考虑安排定期润滑、清灰、紧端子、定期设备状况巡检等简单的预维工作，以纠正性维修为主。

5 完成SRCM分析报告、会议审查

SRCM分析报告要求记录完整的SRCM分析过程。当分析报告完成之后，还需组织相关人员对分析报告进行审查，这是一项非常必要的工作，主要审查内容为：

1）确认关键、重要的系统功能没有被遗漏；

2）确认所有关键、重要设备都已作分析；

3）确认每台设备的故障模式分析是正确的；

4）确认每台设备的故障后果都已作分析；

5）确认每台设备的关键性、重要性；

6）确认故障原因及维修任务的选择是正确的、全面的；

7）确认维修大纲基于维修任务产生，维修内容及频度是合理的。

为使SRCM分析利益最大化，审查人员由电厂最有资格胜任的设备管理、运行、检修人员担任。

6 结束语

在方家山核电工程，应用文章中介绍的SRCM分析方法，已初步完成了30多个系统分析，40多个系统分析正在进行中，按计划每台机组约有300个工艺系统需进行SRCM分析，筛选出关键、重要的系统，对其还需进一步进行设备分析及维修任务选择。由于秦山核电一厂首次推行SRCM方法且用于新建项目，在分析过程遇到很多实际问题，如电厂人员对系统及设备熟悉程度不够，只有通过设计院、制造厂的培训，并建立人员之间对口联系渠道。分析方法及流程也根据应用情况作了多次调整。维修频度及维修任务的选择方面由于电厂还没有运行经验、缺乏类似EPRI等设备数据库的支持，只能采用保守决策，可能存在过度维修。目前电厂均由兼职人员从事SRCM分析，分析工作的推进比较缓慢，若能抽出一支团队专职从事SRCM分析，无论从进度与质量都会有质的变化。

SRCM在秦山核电厂仅属于起步阶段，国内用SRCM进行设备管理的电厂也不多，还存在知识产权保护，所以可借鉴的经验并不多。我们还需不断收集数据、积累经验，多与国内外同行交流，在实践中不断摸索提高。SRCM需要大量的设备运行维护数据积累，仅靠一两个电厂的数据积累是远远不够的。而且目前大多数电厂对设备运行、维护的数据积累仅停留在纸面记录上，没有经过统计、归类，变成可方便利用的数据库。建立核电领域设备运行维护数据库、实现数据共享，将大大提高SRCM的质量。

设备可靠性管理是一项长期、综合的工作，贯穿电厂各个领域、整个寿期。完成电厂系统设备SRCM分析仅是以可靠性为中心的维修管理的第一步，高质量完成SRCM分析将为电厂顺利开展设备可靠性管理打下坚实的基础。

[1] J.莫布雷. 以可靠性为中心的维修[M]. 石磊，谷宁昌，译. 北京：机械工业出版社，1995.(J. Mobrey. Reliability-centered Maintenance [M]. Translated by SHI Lei, GU Ning-chang. Beijing: Mechanical Industry Press, 1995.)

Design and Application of SRCM at Fangjiashan Nuclear Power Plants

HOU Jian-hong
(CNNC Nuclear Power Operation Management Co.，Ltd.，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China )

Fangjiashan nuclear power units of Qinshan 1stNuclear Power Plant are 1000 MW units under construction. SRCM method is adopted for equipment reliability management. The SRCM guide has been revised, including SRCM scheme, preparation, system and equipment criticality analysis, PM program. According performance index of power plant, the system criticality analysis, need define system boundary, define system function and the affection when the function is fault. The equipment Criticality analysis, need list all equipment, define the mode of fault, define equipment function and the affection when the function is fault, define the class of equipment, analysis the causation of fault, and select the prevent maintenance task of Criticality equipment. Also making a rule how select the prevent maintenance task of common equipment. Describing the experience how to do SRCM by examples at new nuclear power units. plan . Advance some problem need to settle during perform SRCM.

TM623 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)01-0074-05

TM623

A

1674-1617(2013)01-0074-05

2012-11-20

侯健红（1967—），女，浙江诸暨人，高级工程师，学士，从事核电厂电气设备管理。

Key words:nuclear power plant；SRCM；management of equipment reliability；PM program；criticality；fault effect；prevent maintenance task