RtCM技术方法及应用实践

杨立飞 陈 宇 曹智鹏 马沂荩 张光辉

（苏州热工研究院有限公司 江苏苏州）

一、RtCM产生背景

以可靠性为中心的维修（Reliability Centered Maintenance，简称RCM）在世界范围内的工业、企业维修优化进程中发挥着重要作用，目前在电力、航空、军事、石油等领域应用广泛。《以可靠性为中心的维修过程的评审准则》（SAE JA1011）给出了RCM实施的步骤和准则，应用过程中提高了设备可靠性并降低了维修成本，效果显著。

然而，随着电力行业自动化、机械化程度的提高，系统内部的部件种类和数量逐渐增多，如果仍然按照传统RCM逻辑决断过程逐步分析，那么分析过程就会显得繁杂冗长，导致RCM分析方法虽然有效但过程复杂，分析每个系统所消耗的平均资源增多，部分关键部件得不到详细的分析。改进型RCM方法即RtCM（Reliability and Technical Centered Maintenance，简称RtCM）以可靠性与技术特性为中心的维修的产生和发展为问题的解决提供了新的思路。

二、RtCM应用优势

RtCM的主要思想在于运用辅助工具、融入分级理念、强化技术特性分析，削弱对企业用户的知识与资源需求，注重关键设备的分析，节约了分析时间、提升了分析效率；同时从定性分析向定量化计算发展，以实现维修策略制定和优化的科学与合理性。

（1）融入分级理念：分级管理是INPO AP 913设备管理程序的首要环节，RtCM方法将该理念合理的嵌入分析流程中。通过功能故障影响分析、RTM分析和设置合理的判断准则，筛选出需要重点管理的系统设备，优化了资源配置。

（2）运用维修模板：维修模板包含种类丰富的设备故障模式、维修策略，为RtCM分析提供了基础数据，减弱了对小组成员的知识依赖，提升了分析质量与分析效率。同时还为程序化开展RtCM分析和提高小组成员技能水平提供了机会。

（3）强调技术特性：在明确设备故障影响后，技术特性分析对维修策略的制定至关重要，其构成元素包括运行环境、使用频度、故障频度等。例如，恶劣运行环境会带来加速老化，频繁的启停设备会造成损耗加剧，因此需要详细分析和区别对待。

（4）引入定量化计算：维修周期是维修策略的重要组成，多数维修周期采用定性判别，RtCM方法尝试基于设备故障历史数据库、构建维修决策模型，综合制定其维修周期。例如，维修周期是否满足设备足够的安全裕度，维修周期差异是否平衡了经济的投入和产出等，国内学者也正在积极开展相关研究。

（5）节省分析时间：RCM方法将分析资源平均消耗于所分析的设备，RtCM在经过功能故障影响判断和RTM判断两道准则后，缩减了需要重点管理的设备总量。加之维修模板丰富输入，在优化资源配置的同时、提升了分析速度，节省了分析资源与时间。

三、RtCM定义及其相关问题

RtCM技术方法是对传统RCM方法的改进和优化，继承了RCM的主要流程和技术特点，通过引入设备分级理念和技术特性分析，实现了分析资源优化配置与维修策略辅助工具的有效结合，是一种经济高效的用于确定设备在现有使用背景下维修需求的系统工程方法。与RCM分析过程类似，使用RtCM技术方法开展维修策略分析同样需要回答7个问题。

（1）用户需要设备提供的功能及相关的性能标准是什么？

（2）什么情况下其功无法实现其功能？

（3）哪些功能故障相关设备是值得管理的？

（4）引起设备失效的故障模式有哪些？

（5）故障模式发生后的影响及后果是什么？

（6）做什么可以预测或预防该故障？

（7）如果无法预测或预防该故障，如何管理其后果？

其中第三个问题强调了对设备的分级管理理念，将待分析的设备分为值得管理与不值得管理的设备，按照重要度分析将资源配置于关键设备的分析中，达到资源优化配置的目的。第四和七个问题的回答则需要借助于维修模板和技术特性分析，基于已有模板结合具体设备运行环境、频度及故障概率制定和优化设备的维修策略。

四、RtCM分析流程

1.确定功能和性能标准

RtCM分析的第一步是列写系统的功能。系统功能分为主要功能、次要功能、保护功能和多余功能等。主要功能是指用户设置设备的主要目的，也即该设备投入运行时所能完成的用户指定的特定功能。次要功能包括该设备的其他用途，主要为环保、安全、经济、效率、包容、外观、舒适等方面。

2.确定功能故障

功能故障，就是功能失效的表现形式，也即指设备不能满足期望的性能标准，包括完全不能实现用户需求和部分不能实现用户需求两类。不同的设备使用者对功能故障的定义有所不同。一般来说，判断功能是否失效，可以判断故障发生后功能的性能指标是否还在用户需求的上、下限范围内，或保护装置是否拒动、误动。

3.识别值得管理的设备

值得管理设备的识别来源于两部分，一部分为I类设备，与该类设备相关的功能故障符合功能级故障严重度判断准则；另一部分为Ⅱ类设备，与该类设备相关的功能故障不符合功能级故障严重度判断准则，但该类设备符合RTM准则，亦作为维修策略分析的主体对象；其他均为Ⅲ类设备，执行纠正性维修。

（1）功能级故障影响及相关严重度判断准则（参考）。这需要考虑：①安全/环境影响：导致核安全降级、导致工业安全风险、影响重要冗余度。②生产影响：导致停机停堆、导致降负荷。

（2）RTM评判准则(参考)。这需要考虑：①设备故障导致个人、工业安全、环境、辐射安全风险。②设备有不可接受的高维修史、更换史、高运行成本史。③设备故障会增加其他设备的故障，或影响其他关键设备的运行。

4.分析故障模式

在确定需要分析的设备清单后，对设备进行故障模式分析。在此步骤中，RtCM引入了参考故障模板，大大提高了分析效率；对于故障模板未涵盖的故障模式，则根据经验反馈、用户当前维修大纲实际需要管理的故障模式，或虽未曾发生但分析认为有可能发生的故障模式等来确定。

5.分析故障影响及评估故障后果

故障影响列出了故障模式出现时实际上发生了什么系列故障现象。故障影响描述包括了对故障后果进行评估所需的所有信息。具体应体现故障模式发生后的演变过程，包括设备状态特性的发展演变即设备级故障影响，以及设备级故障影响发生后会不会和会怎样对安全、环境产生影响，会不会和会怎样对生产造成影响，以及排除故障所必须做的工作等。故障后果具体分为隐性后果、安全与环境、生产和非生产性后果。

6.选择预防性维修任务

在前面几个步骤完成信息内容的分析评价后，RtCM进行维修任务决断流程。通过决断逻辑，合理地选择故障模式所对应的维修任务。在任务选择上，如果故障模式可以预防且值得预防，按照状态监测、定期翻修、定期更换的顺序来选择维修任务。这些维修任务都是在故障发生前进行预防性的工作，以达到防止故障发生的目的，因此称为预防性维修任务的选择阶段。RtCM按一定的顺序进行维修任务的选择，考虑的是状态监测、定期翻修和定期更换任务对所维修的系统而言，干扰程度逐渐加强。选择任务类型时，需要从技术可行性和经济适用性两方面考虑。在此过程中，亦引入了维修策略模板数据库的信息。

在设备维修策略决断过程中，RtCM提出了要综合考虑具体设备的技术特性的理念，侧重于设备的使用频率、工作环境、故障概率情况，使得维修决断的制定更加符合设备实际运行情况的需求，更具针对性。

7.选择故障后果管理任务

如果无法预防某一故障模式，则需要选择合适的维修任务来管理其故障后果。故障预防的整体目的不仅限于预防故障本身，更重要的在于避免或降低故障的后果。如果故障后果不严重，则经过经济性评价后可以考虑纠正性维修；而对于安全/环保后果不能选择纠正维修，如果无法预防，则需要通过设计改进进行故障后果的管理；定期试验则是隐蔽性后果所特有的任务类型。

五、RtCM方法应用实践

分析对象选择了某核电站汽轮机相关的汽水分离再热器系统。该系统为介于汽轮机高压缸和中压缸之间的一个蒸汽除湿加热系统，其主要功能为：①从高压缸排出的蒸汽中除去约98%的水分；②提高进入中压缸蒸汽的温度，使之成为过热蒸汽；③改善中、低压缸的工作条件，同时提高热力循环的效率。该系统主要设备数量约150个，包含20类设备，如汽水分离再热器、疏水箱、膨胀节、调节阀等。

工作小组成员包括运行、机械、电气、维修等，RtCM分析前对小组成员进行了系统的培训，按照RtCM流程进行分析实践，列写功能共计50多项，产生1份维修导则，包括功能清单、系统功能故障及重要设备识别单、系统设备维修策略决断单、系统设备维修策略汇总单、系统分析前后维修大纲对比单。表1对优化分析得到的具体策略进行了举例说明。

表1 维修策略优化成果举例

六、RtCM分析取得的效益

RtCM分析成果体现于3个方面，包括维修大纲优化率、产生的直接经济效益以及发现的重要设计问题。

（1）维修大纲优化率。机械设备相关大纲优化率约为50%，电气部分约为40%，仪控部分约为15%；对影响机组停机的膨胀节焊缝开裂故障，制定了针对性的查漏试验；优化了众多阀门的润滑策略，考虑到阀门日常不运行操作，因此日常润滑改为大修。

（2）直接经济效益产出。通过分析，一方面取消了一些不必要的维修项目，降低了维修成本；另一方面新增了一些维修项目管理那些之前未管理到的故障模式。本次汽水分离再热器系统取消和延长项目在两台机组寿期内所节约的维修成本约为200多万元。其中40年来内仅取消电动头解体检查，就节省高达近80万元，取而代之的为润滑油状态监测及力矩校验，充分发挥状态监测作用。

（3）设计问题的发现和建议。再热器进气管线安全阀安装位置不对称（与原设计不符）。左侧安全阀安装在流量孔板下游，右侧安全阀安装在流量孔板上游，但其定值均为3.1 MPa·g，但实际上孔板前后有压损0.02 MPa，因此左右两侧阀门的定值需要相应调整。

疏水泵小流量回流调节阀下游缺少隔离阀，如果疏水泵故障进行隔离时，因调节阀无法执行隔离功能，会导致疏水泵无法维修，机组长期降功率5 MW运行，机组经济效益损失，同时汽轮机叶片受到含湿度较大蒸汽的严重冲刷，因此需要技术改造。

七、RtCM应用展望及建议

RtCM技术在传统RCM分析基础上，融入了设备分级理念、RTM评判、故障模式及维修策略模板、设备技术特性分析，提高了维修决策的科学性、合理性。分析实践证明RtCM方法较好的指导了维修策略的制定和优化，取得了丰富的技术成果，提高了系统设备可靠性、节约了维修资源投入。

未来RtCM将继续发挥其优势作用，不断充实维修模板与设备故障数据库，同时配以RtCM软件平台，提升其应用的广泛性与应用范围，为其在核电领域的大规模应用打下了坚实的基础。同时建议目前在服役及新建设的三代核电机组开展RtCM分析的前期准备工作，及早建立技术体系和开展相关技术培训，从基础做起：包括RtCM理念传播，运行期间及建设期间的数据的收集和统计，对后期的RtCM分析和维修经验积累有重要价值。

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2 SAE（JA1011）.Evaluation Criteria for Reliability Centered Maintenance（RCM）Processes，1999

3 Moubray J.Reliability-centered Maintenance[M].New York:INDUSTRIAL PRESS INC，1992

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5 EPRI.Streamlined Reliability-Centered Maintenance（SRCM）Program for Fossil-Fired Power Plants[R].TR-109795，3，1998

6 李晓明.基于RCM的核电站维修优化研究与应用[D].华中科技大学.2005

7 贾希胜，以可靠性为中心的维修决策模型，2007