核电站稳压器CCTV 检查设备的RCM 实施研究

李 杰，汪 涛，江小勇，刘 超

（1.中广核检测技术有限公司检测一部，江苏苏州 215021；2.苏州大学机电工程学院，江苏苏州 215131）

0 引言

核电站实施在役检查是国家核安全法规要求项目，更是保证机组安全可靠运行的必要手段。随着核电机组多堆型、多基地在役检查业务的开展，各核电在役检查服务公司的在役检查设备数量不断增加，设备类型和自动化程度不断提高，越来越多的在役检查项目离不开自动化项目。中广核检测技术有限公司的设备管理维护还停留在维保就是功能性测试、坏了就修的传统模式，维修周期长、维修质量难以保证，不清楚各故障产生的原因和内在联系，进而导致现场工期耽搁、安全风险加大、检查结果不确定度提高等多方面不良影响。为了解决以上问题，本文拟引入新的设备维修管理理念——RCM（Reliability-Centered Maintenance，以可靠性为中心的维修），以核电站稳压器堆焊层CCTV（Closed circuit television Inspection，内窥摄像检测系统）检查设备为例，讨论RCM 技术的分析过程和应用展望。

1 RCM 概述

RCM 技术是目前国际上通用的、用以确定资产预防性维修需求、优化维修制度的一种系统工程方法。其基本思路是对系统进行功能与故障分析，明确系统内各故障发生的后果，用规范化的逻辑决断方法，确定出各故障后果的预防性对策，通过现场故障统计、专家评估和定量化建模等手段，在保证安全性和完好性的前提下，以维修停机损失最小为目标，优化系统的维修策略[1]

RCM 起源于20 世纪的国际民航业，60年代后期，美国商用航空工业领域不断发展壮大，后来拓展到军事、石油、化工等领域，通过这种设备管理策略，均取得了较好的效果[2]。在电力领域，核电行业为确保电站安全、环保、可靠、经济地运行，大亚湾核电站从1998年开始探索应用RCM的可行性。在外国专家的指导下，于1999年进行了冷凝水抽水系统的RCM 分析试点工作，结果发现大大提高了系统运行的安全性和可靠性，大大降低了运行和检修成本，从而开始了全面推广RCM 技术[3]。常骁毅等[4]通过《以可靠性为中心的维修理论在麻醉机维修中的应用研究》一文，提出在医疗器械领域应用RCM 进行设备维护的具体操作步骤。李志海等[5]在《炼化装置以可靠性为中心的维修实施策略与研究》中阐述综合分析炼化装置故障模式，建立整个装置的维修策略，并形成动态策略包的实施过程依据。从以上学者的研究可看出，RCM 并不是一种具体的维修方式，而是一种过程分析策略。根据SAE（Society of Automotive Engineers，美国机动车工程师学会）标准JA1011 给出的RCM 分析过程准则，要求RCM 分析方法需要7 个基本问题才算真正的RCM 过程，如图1 所示。

图1 RCM的7 个基本问题

2 稳压器CCTV 检查设备应用RCM

稳压器CCTV 检查设备用于核电站一级部件稳压器内部的电加热元件支撑板、筒体堆焊层及上封头堆焊层的视频检查项目，作业区为核电一回路主设备稳压器的内部敏感区域，对设备的防异物、可靠性和安全性要求十分严格。该设备主要由人孔法兰支架、支撑架、摄像头组件及伸缩杆、电缆和钢丝收放装置等组成。检查装置通过稳压器上部人孔安装进入容器内部，检查装置由伸缩式套筒结构加带云台的摄像头组成，通过钢丝卷扬机机构带动套筒上下运动配合云台的旋转和俯仰完成稳压器的内部检查。

根据RCM 理论要求，对设备的分析必须进行以下步骤：①收集设备资料文件；②确定设备的系统功能组成并进行编码，记录功能信息；③对设备进行故障模式和影响分析；④建立逻辑决断图和逻辑决断记录；⑤预防性维修任务制定。

经过以上5 个步骤，即可确定稳压器CCTV 设备编制维修大纲所需的必要信息。

2.1 收集设备资料文件

RCM 分析应收集内容包括设备设计手册、设备维修手册、技术规格书、防异物检查清单、故障信息记录、操作记录日志和内外部经验反馈，尽量保证资料的全面性与完整性。对稳压器CCTV 设备而言，由于目前的管理特点，历史故障维修信息缺失，部分故障模式只能根据经验反馈信息识别。

2.2 确定设备的系统功能组成并进行编码，记录功能信息

对设备进行功能分解，分解是一个自上而下的、粗略的过程，从设备整体开始至可在设备上直接更换或修复的最低层次上的单元为止，逐层列出各个产品，形成设备的结构框图。稳压器CCTV 设备本体从结构上可分为7 个部分，分别为：①人孔法兰支架；②支撑架；③钢丝绳牵引装置；④电缆牵引装置；⑤伸缩杆装置；⑥摄像头旋转俯仰总成；⑦其他辅助件。这7 个部分中，又可以分为若干个小模块或更小的模块。从系统结构框图看，设备整体结构较为复杂，为了方便后续故障记录和维修方式逻辑决策，对系统和子系统进行设备编码，分4个层次：设备整体为第一层次，设备的各个组成部件为第二层次，依次用1～7 进行编号，如人孔法兰支架记为1，设备第三层次为各部件的组成，在原基础上增加一位，如水平调整装置记为12，第四层次一般为不可进一步分解的零件，不进行编码，但其可以用于帮助进行故障分析。此种功能编码方法较为简单，不限于本次分析对象的4 个层级，可根据需求进行拓展应用。稳压器CCTV 设备的结构框图及其编码信息见图2。

图2 CCTV 设备系统结构框图及编码信息

为了方便说明分析过程，RCM 步骤以“人孔法兰支架”为例，阐述其应用过程，其他类似模块不再说明。图3 为人孔法兰支架的功能概况记录表，在表中依次登记设备的功能编码、所处区域和对该系统的功能说明，它是统一分析人员对设备构造和功能认识的记录文件。

图3 设备系统功能概况记录表

2.3 故障模式和影响分析

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及后果分析）是可靠性工程领域最常用的一种定性方法。在FMEA 中越“刨根问底”，所列的故障模式就越多，因此这里只将故障模式追踪至设备使用人员可维修的层次。例如人孔法兰支架中代号为12的水平调整装置，它的功能是“设备水平调整”，有1 种故障模式，对应3 个原因，若轴承磨损卡涩，则又能对应轴承松动、润滑不良等问题，但由于轴承磨损已经是现场能解决的最小零件，所以不必进行更深一步的分析。FMEA 分析除了需要分析功能故障模式及其原因，还需分析此故障模式原因条件下可能对设备局部功能、部件功能、整体功能的影响，根据以上信息，可以得到人孔法兰支架的FMEA分析表，见图4。

图4 人孔法兰支架FMEA 分析表

2.4 建立逻辑决断图和逻辑决断记录

在完成FMEA 分析后，为了回答第6 个问题，需要对已经分析出的故障原因进行逻辑决断。逻辑决断是通过对设置问题回答的方式来确定分析的走向。设置的问题分为两个方面，一是回答故障的影响，二是回答维修工作的具体工作类型。

在故障影响的问答结果中，答案分为两个层次，第一层次回答故障是属于显性故障还是隐蔽性故障，第二层次回答故障是属于安全性后果影响、任务性后果影响还是经济性后果影响。两个层次的结论可组成6 种影响模式，分别是显性安全性后果、显性任务性后果、显性经济性后果、隐蔽性安全性后果、隐蔽性任务性后果、隐蔽性经济性后果。回答过程见图5。

图5 故障影响逻辑决断过程

在故障的维修工作类型中，安全性、任务性和经济性后果的回答模式略有不同，其决断过程见图6。维修工作类型分为5种：保养、操作人员监控、功能检测、定时拆修、定时报废。具体内容：①保养：表面清洗、擦拭、添加润滑剂、充电、紧固等行为；②操作人员监控：操作人员在正常使用时对其状态进行的监控；③功能检测：按计划进行的以检查潜在故障为目的的维修工作；④定时拆修：项目使用到规定时间予以拆修，使其恢复到规定状态；⑤定时报废：项目使用到规定时间予以废弃。在维修逻辑决断时，可能出现两种及以上的预防性维修工作结合使用。如果以上方法都无法解决问题时，需要考虑其他工作类型，如果仍无法解决，则应考虑更改其设计，用以提高设备可靠性。

图6 故障维修类型逻辑决断过程

以人孔法兰支架“2A1”故障为例，说明逻辑决断过程，其故障模式是水平调整功能失效，故障原因是轴承磨损卡涩，回答故障影响逻辑决断流程问题，其故障功能对操作人员是明显的，故障发生时水平调整机构无法使用，但该故障不会对安全造成直接后果，对检查结果的精确度会产生影响，所以该故障是显性任务性后果。在回答维修逻辑决断的问题时，故障维修依次适合保养和功能检测，因此会采用这两种维修方式对设备进行维护，所以故障模式逻辑决断的问题回答以表格填写“Y”或“N”的方式进行记录，并对选择的措施详细描述，人孔法兰支架水平调整装置的“2A1”故障模式分析记录见图7。

图7 人孔法兰支架维修工作分析表

2.5 预防性维修任务制定

以上维修分析单填写内容只是在理论上对维修工作定性，在实际运用过程中，维修间隔期的确定是非常重要的一环，其确定需要故障数据的积累、工作人员的维修经验并且有相应的数学建模才能得出最优解。在进行初始RCM 设备分析时，先以设计人员、维修经验来确定维修周期。维修周期确定后在人孔法兰支架维修工作分析表的维修分析单最后一格填上相应的维修间隔周期。

2.6 分析结果

通过2.1～2.5 节步骤的一步步实施，最终得到稳压器CCTV设备需采取预防性维修的部件及维修措施（表1）和设备维保和使用前检查项（表2）。另外，分析发现4 条设备改进项，改进后可进一步提升设备可靠性，见表3。

表1 需采取预防性维修部件

表2 维保和设备使用前的检查项

表3 设备改进项

3 结束语

通过对稳压器CCTV 设备实施RCM 理论分析，对设备本身的故障模式和内在联系有了深刻认识，同时在保守条件下确定的维修间隔周期也改变了过去对不同维保人员产生不同维保内容的现状，使得设备管理连贯统一。另外，CCTV 设备本身属于非标自动化设备，RCM 理论的探索实施也为其他在役检查非标自动化设备的维修管理提供了应用思路。

同时，对于此类型设备的维修管理应用，除进行分析应用外，可在后续工作中朝以下方向努力。

（1）成立RCM 分析小组，并对小组成员进行培训，了解RCM分析的基本原理和过程。RCM的开展必须依靠团队的力量。

（2）维修数据的积累。从分析过程可以看到，定量的维修间隔周期确定须以数据为支撑，随着运行过程的数据积累，不断调整维修周期，形成维修大纲的动态调整体系。

（3）建立适合在役检查公司的非标自动化设备RCM 技术体系，建立过程可由试点设备逐渐总结经验推广至所有关键设备。

（4）建立预防性维修大纲管理平台，依靠信息管理模式，在为RCM 持续改进提供可靠数据来源的同时，也能为其他的设备管理工作开展提供数据支持。