基于COFA的核电厂设备RCM分析方法研究

2021-04-21康澄杰

设备管理与维修 2021年5期

乔真，康澄杰，刘伟

（中核武汉核电运行技术股份有限公司，湖北武汉 430223）

0 引言

以可靠性为中心的维修（RCM）是一套确认哪些设备需要预防性维修（PM）的逻辑方法，广泛用于航空、工业、能源等领域。1980年代以来，RCM方法也经历了不断改进和优化，这些方法虽然在流程上略有区别，但都采取了从系统功能着手，而后分析影响功能实现的重要设备[1]。其流程需要分析人员必须了解各系统设计原理，熟悉RCM的分析方法，对分析者专业知识要求高，否则不仅不能保证功能分析完整，也容易导致重要设备发生遗漏或重复分析，最终分析效果不理想。后来衍生出多种的简化方法，如SRCM（精简型以可靠性为中心的维修），SRCM虽简化了分析流程，但容易忽略一些重要的设备，同时缺少设备的隐性故障分析。本文介绍的失效后果分析（COFA）方法来自《Reliability Centered Maintenance-Implementation Made Simple》，是作者Neil B.Bloom四十多年航空和核电设备可靠性工作经验的总结，该方法弥补了经典RCM和SRCM的不足，更加简单和实用。

1 COFA分析方法介绍

在系统复杂、设备众多的核电厂，设备失效后果是设备管理人员关注的重点。COFA方法在经典RCM方法的基础上进行了引申和改进，按照以设备为中心的理念，从设备功能而不是系统功能着手，分析前视每个设备都同等重要。只要分析每一个设备的功能，也就包含了整个系统的所有功能，不会像其他RCM方法一样发生遗漏系统的功能。

RCM起源于航空业，系统边界和接口在民用航空领域已经存在，航空业这样做只是为了方便分析，将RCM方法完全照搬到核电行业是不合适的[2]。COFA从设备开始分析，分析过程中省去耗费精力的系统边界和系统功能分析，可以简化分析流程，提高分析效率。虽然COFA方法会导致设备分析数量增加，但相较于费事费力的系统边界和系统功能分析，COFA方法增加的设备分析工作量微不足道[3]。

COFA方法强调设备的隐性故障分析，设备隐性故障不会立即对电厂产生影响，且不易被发现，在叠加其他事件（状态转换、设备失效等）会导致严重后果。隐性故障的分析有助于发现核电厂的潜在隐患，为隐性故障开发合适的维修策略，可以提高核电厂的安全可靠性。

2 COFA分析流程

2.1 设备分级导则

COFA方法中，确定设备分级原则是关键步骤，COFA方法使用单一失效原则，隐性故障发生时不会对系统或电厂立即产生影响，所以需要对隐性故障进行多重失效分析。如果隐性故障导致关键功能丧失，则该设备为潜在关键设备。潜在关键设备和运行到失效的设备都不会对电厂立即产生影响，其本质区别是一个为隐性故障、一个为显性故障。

按照设备失效影响重要程度，对Neil B.Bloom提出的设备关键度等级进行适应性修改，以满足试点核电厂设备管理要求，由原来的5级（关键设备、潜在关键设备、法规监管的设备、经济类的设备和运行到失效的设备）调整为4个级别：关键设备（CC）、重要设备（NC）和一般设备（RTM）。单个设备故障即可导致电厂停堆、停机、降功率、功率大幅度波动的设备为关键1级设备，对电厂的核安全和机组发电具有关键作用的设备为关键2级设备[4]。潜在关键设备不满足关键1级条款，划分到关键2级；法规监管设备和经济类设备满足重要设备条款，划分到重要设备。

根据设备运行环境的严酷程度和工作频度的高低，将工作环境分为“严酷（S）”和“良好（M）”，工作频度分为“高（H）”和“低（L）”。

2.2 设备分级流程

在确定设备分级导则的前提下，基于COFA方法的设备分级流程如图1所示。

（1）设备清单。设备清单由核电厂生产管理系统中导出，包括设备编码、设备名称和设备类型。

（2）描述设备所有功能及功能故障。根据系统流程图、设计手册、运行规程等资料，分析设备的所有功能，包括正常运行功能及应急保护功能。COFA方法只分析能动设备，如泵、风机、电动阀、变送器等，不分析非能动设备，如构筑物、管道、节流孔板、手动阀等。如果设备有历史失效记录或行业经验反馈，则需要进行功能分析。功能故障是设备不能完成其设计功能，并不会对分析提供有价值信息，COFA方法中设置功能故障是为了更好地了解分析流程，以及使COFA方法符合美国机车协会（SAE）JA1011标准中对RCM的定义。

图1 设备分级流程

（3）功能失效的主要设备失效模式。设备失效模式为核电设备实际可能发生的主要失效模式。对于设备不太可能发生或概率很小的失效模式不予分析，除非设备失效有历史失效记录或行业经验反馈，要对此失效模式的适用性进行分析。

（4）失效模式显、隐性判断。如果设备的故障模式是显性的，在发生故障时，主控会有仪表监视或报警，主控操作人员可以轻易发现，或现场操作人员可以通过巡检发现。相反，设备的故障模式为隐性的，设备分级采用单一设备失效，对于隐性故障需要采用多重故障分析，对于一直处于备用的系统、设备，分析其在运行状态时的设备失效。

（5）故障影响判断。故障影响分析包括系统级影响和电厂级影响，系统级失效影响分析是为了更好地确定电厂级影响，最后根据设备分级导则条款确定设备的关键度。

2.3 PM开发流程

在核电厂实施RCM是为了编制或优化设备预防性维修大纲。根据COFA方法完成设备分级后，对设备的关键/重要故障模式，需要开发适当的PM策略，其具体流程如图2所示。

从维修的有效性和费用考虑，在选择维修项目时，首先考虑基于状态的、非侵入式的维修任务，比如故障诊断、状态监测等；在没有实施条件的情况下，再考虑基于时间的定期维修，比如定期解体、更换、校准等维修任务；对于设备故障模式为隐性故障，应为其制定故障查找的维修任务，比如定期试验。如果没有合适的故障查找维修策略，需要对设备进行设计变更。

维修周期可以依据预防性维修模板（PMT），结合设备运行状态、厂家建议、行业经验、法规要求等内容进行确定，并在实施过程中不断优化。