核電廠一回路壓力邊界死管段止回閥及缺陷管道更換項(xiàng)目可靠性管理

李 濤，邵 震，黃慧敏，張銘刻

（1.中核集團(tuán)三門核電有限公司，三門 317112；2.中核集團(tuán)中核核電運(yùn)行管理有限公司，海鹽 314300）

核電廠一回路壓力邊界死管段止回閥及缺陷管道更換項(xiàng)目可靠性管理

李 濤1，邵 震2，黃慧敏2，張銘刻2

（1.中核集團(tuán)三門核電有限公司，三門 317112；2.中核集團(tuán)中核核電運(yùn)行管理有限公司，海鹽 314300）

核電廠一回路壓力邊界存在的死管段現(xiàn)象易導(dǎo)致設(shè)備缺陷，對主冷卻劑泄漏率控制具有重大影響，此類缺陷處理的技術(shù)難度和標(biāo)準(zhǔn)很高。本文對某核電廠實(shí)施的國內(nèi)首次死管段止回閥及缺陷管道更換項(xiàng)目進(jìn)行了分析，結(jié)果證明，通過技術(shù)方案保守分析和選擇、采用故障樹分析法確定項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)并進(jìn)行分類、采用魚骨圖分析法確定風(fēng)險(xiǎn)管控措施并分階段進(jìn)行過程控制等，可提高項(xiàng)目管理的可靠性。

死管段；止回閥；應(yīng)急預(yù)案；故障樹分析；魚骨圖；可靠性管理

核電廠一回路壓力邊界的死管段止回閥屬安全一級設(shè)備，是核電廠反應(yīng)堆壓力邊界的重要組成部分，與主系統(tǒng)嚴(yán)密性直接相關(guān)。在核電廠運(yùn)行期間，主系統(tǒng)溫度達(dá)315℃，壓力為15.2MPa。在與主管道連接的注射管道上，兩道止回閥之間的流體被隔離開，理論上處于相對靜止的水實(shí)體狀態(tài)，壓力約3MPa，該管段即為“死管段”（PipeDead End）［1］。典型的“死管段”系統(tǒng)布置情況如圖1所示。根據(jù)死管段腐蝕機(jī)理及其實(shí)際工況，此類設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、缺陷較多，多次維修處理之后閥門的可維修性逐漸降低，達(dá)到一定程度時(shí)必須進(jìn)行徹底處理［2，3］。

圖1 “死管段”系統(tǒng)布置示意圖Fig.1 Layout diagram of pipe dead end

對此類核安全相關(guān)設(shè)備的缺陷處理必須保證該設(shè)備在設(shè)計(jì)工況條件下和核電廠壽期內(nèi)的功能正常。為此，項(xiàng)目管理必須在確保核安全的前提下，對于處理方案的選擇及實(shí)施過程控制應(yīng)該以項(xiàng)目可靠性為首要目標(biāo)。下文以國內(nèi)某核電廠實(shí)施的首次死管段止回閥缺陷處理項(xiàng)目為例，從項(xiàng)目技術(shù)方案選擇、風(fēng)險(xiǎn)分析、項(xiàng)目準(zhǔn)備及過程控制等方面進(jìn)行分析，并提出項(xiàng)目可靠性管理措施。在缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以做參考的情況下，國家核安全局反而更加重視，并且將此項(xiàng)目作為重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督。

1 項(xiàng)目技術(shù)方案分析

項(xiàng)目技術(shù)方案的確定以核安全文化為指導(dǎo)，采用保守決策方法，深入分析該技術(shù)的特殊性［4-6］，從技術(shù)可靠性、風(fēng)險(xiǎn)控制方面進(jìn)行分析并最終確定。

1.1 項(xiàng)目總體技術(shù)方案

對此類設(shè)備缺陷處理的可選方案主要有3種，通過對技術(shù)方案實(shí)施的安全、質(zhì)量、進(jìn)度進(jìn)行分析比較，可獲得3種技術(shù)方案的可靠性特點(diǎn)（見表1）。

表1 總體技術(shù)方案可靠性分析Table 1 Reliability analysis for the general technicalscheme

通過分析，方案三以其相對較為突出的可靠性而被選定，即將舊閥從原管道上進(jìn)行精確切除并重新加工U型焊接坡口，將兩臺(tái)按原型號和材質(zhì)定制的新閥門焊接安裝。

1.2 坡口加工技術(shù)方案分析

舊閥切割是項(xiàng)目實(shí)施可靠性管理的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過對坡口加工的技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場實(shí)施條件的充分分析，舊閥切割及坡口加工主要有兩種可選方案，方案的可靠性分析見表2。

表2 坡口加工技術(shù)方案可靠性分析Table 2 Reliability analysis for the technicalschemeof welding groovemachining

通過分析，方案二以其相對較為突出的可靠性而被選定，即采用傳統(tǒng)的坡口加工方式。該方案在質(zhì)量和工期控制方面相對更為保守、可靠。

1.3 焊接技術(shù)方案分析

新閥焊接是決定項(xiàng)目最終可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過對焊接加工的技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場實(shí)施條件的充分分析，自動(dòng)焊和手工焊為兩種可選方案。

自動(dòng)焊機(jī)對作業(yè)空間要求較高，由于現(xiàn)場空間限制，在現(xiàn)場安裝調(diào)整焊機(jī)比較困難，并且自動(dòng)焊尚未在國內(nèi)運(yùn)行核電廠中使用過，缺少在放射性環(huán)境中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，其焊接工藝評定及進(jìn)行審批的過程可能需要較長時(shí)間。傳統(tǒng)的手工焊雖然人力投入大、對焊工資質(zhì)要求高，但技術(shù)成熟、可控，并且萬一產(chǎn)生焊接缺陷較易進(jìn)行返修處理。因此，經(jīng)過綜合評估和論證，最終選定手工焊的技術(shù)方案。

1.4 試驗(yàn)方案分析

根據(jù)美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（American Society ofMechanical Engineers，簡稱ASME）標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，對于在役核電廠新產(chǎn)生的承壓焊縫，除了進(jìn)行各種無損檢驗(yàn)之外，還需進(jìn)行密封試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)方案確定在系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)時(shí)同步進(jìn)行，將止回閥出口和入口兩側(cè)焊縫部位的壓力和溫度提升至試驗(yàn)數(shù)值并保持規(guī)定的時(shí)間，檢查無異常方可驗(yàn)收［7］。

在主系統(tǒng)熱態(tài)升溫升壓時(shí)，止回閥出口側(cè)焊縫的壓力和溫度可保持與主系統(tǒng)熱態(tài)試驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)一致（即能夠滿足試驗(yàn)要求），但止回閥入口側(cè)死管段焊縫處必須采用專用的試驗(yàn)裝置進(jìn)行升溫升壓。

對死管段介質(zhì)進(jìn)行加壓時(shí)，需重點(diǎn)控制升壓速率，使試驗(yàn)壓力始終低于主系統(tǒng)壓力，從而避免止回閥開啟而將試驗(yàn)介質(zhì)直接注入主系統(tǒng)中。對死管段側(cè)焊縫采用履帶式電加熱器進(jìn)行加熱，升溫時(shí)需重點(diǎn)控制升溫速率，避免焊縫升溫速率過大而對材料的金相組織產(chǎn)生影響。為獲取水壓試驗(yàn)的升壓、升溫速率參數(shù)，需對專用的升溫、升壓裝置進(jìn)行調(diào)試和模擬試驗(yàn)。

1.5 應(yīng)急預(yù)案分析

根據(jù)死管段腐蝕機(jī)理，死管段汽腔部位的管道應(yīng)產(chǎn)生了一定的腐蝕；并且管系仍可能存在一定的殘余應(yīng)力，舊閥切割之后管系應(yīng)力釋放可能會(huì)造成管口錯(cuò)位變形，使新閥門安裝時(shí)焊接坡口對口困難，從而影響焊接質(zhì)量［8，9］。為此，需提前準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案，以防止重大缺陷發(fā)生時(shí)對項(xiàng)目總體計(jì)劃造成過大的沖擊。應(yīng)急預(yù)案可靠性分析見表3。

表3 應(yīng)急預(yù)案可靠性分析Table3 Reliability analysis for the contingency p lan

2 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)確定的技術(shù)方案，進(jìn)行全面的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析，主要分為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)3個(gè)階段。

2.1 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

通常，將風(fēng)險(xiǎn)定義為事件發(fā)生頻率和事件后果的乘積，即風(fēng)險(xiǎn)=事故（事件）后果×事故（事件）的發(fā)生概率，而風(fēng)險(xiǎn)控制是指風(fēng)險(xiǎn)管理者采取各種措施和方法，消滅或減少風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性，或者減少風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生時(shí)造成的損失［10-13］。首先采用故障樹分析法進(jìn)行全面的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，對可能影響項(xiàng)目安全、質(zhì)量和進(jìn)度的各項(xiàng)因素進(jìn)行逐級遞進(jìn)分析，查找出影響項(xiàng)目可靠實(shí)施的主要潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)［14］。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)故障樹分析法如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別故障樹Fig.2 Failure tree analysis for project risk identification

2.2 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估

根據(jù)以上識(shí)別出的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，按照人（人員）、機(jī)（設(shè)備）、料（材料）、法（程序）、環(huán)（現(xiàn)場）、測（檢驗(yàn)）6個(gè)方面進(jìn)行歸類，并分析和判斷其發(fā)生的范圍、影響程度以及發(fā)生的概率等，從而確定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)［15］，見表4。

表4 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分類Table 4 C lassification of project risk factors

在工業(yè)安全方面，涉及人員高空及設(shè)備吊裝作業(yè)，并且項(xiàng)目計(jì)劃在大修低水位期間24 h連續(xù)作業(yè)時(shí)，存在較大的工業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)；在舊閥切割時(shí)，管道殘余應(yīng)力如在割斷的瞬間釋放出來，將可能損壞切割機(jī)，甚至?xí)?dǎo)致刀具崩斷從而導(dǎo)致人員傷害，因此工裝在設(shè)計(jì)加工和安裝時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。同時(shí)，為了避免人員疲勞作業(yè)，需合理安排人員輪流倒班作業(yè)。

在輻射防護(hù)控制方面，由于現(xiàn)場整體環(huán)境輻射劑量率較高，系統(tǒng)開口后可能存在高放廢液，并且現(xiàn)場工作時(shí)間較長、參與人員較多，為此需制定專項(xiàng)合理可行盡量低（ALARA）計(jì)劃進(jìn)行控制。

在異物控制方面，這兩臺(tái)閥門與主系統(tǒng)直接相連，在舊閥切割和焊接工作中必須嚴(yán)格執(zhí)行防異物措施，防止異物進(jìn)入主系統(tǒng)管道。因之，在實(shí)施過程中需要采取防異物措施。

在現(xiàn)場實(shí)施計(jì)劃方面，閥門更換工作存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，需制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。通過對應(yīng)急方案的分解和評估，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案將會(huì)使低水位工期有所增加，從而對大修主線計(jì)劃造成影響。為此，需提前制定項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃，并根據(jù)大修主線窗口對各實(shí)施步驟進(jìn)行控制。

2.3 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)歸類整理的結(jié)果，采用“魚骨圖”分析法對各項(xiàng)潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)制定針對性的可靠性控制措施（如圖3所示）。

圖3 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)魚骨圖Fig.3 Fishbone diagram for project risk evaluation

在人員控制方面，成立項(xiàng)目組時(shí)充分考慮專業(yè)分工與配合的需要，確定了機(jī)械、焊接、輻射防護(hù)、在役檢查、運(yùn)行等相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員。項(xiàng)目組合理分工、協(xié)同工作，發(fā)揮各自的專業(yè)優(yōu)勢，提前安排人員倒班計(jì)劃，同時(shí)做好應(yīng)急預(yù)案所需的人力安排。為保證項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)步驟準(zhǔn)確到位，項(xiàng)目組對作業(yè)人員的專業(yè)資質(zhì)和技能進(jìn)行嚴(yán)格控制，并且安排進(jìn)行了全面的模擬培訓(xùn)。

在設(shè)備控制方面，對于焊機(jī)、在線切割/坡口機(jī)、履帶式電加熱器、氣動(dòng)液壓泵等設(shè)備和工器具，除確保設(shè)備證書滿足要求之外，還需在使用前進(jìn)行調(diào)試和模擬試驗(yàn)，確保工器具滿足使用要求。通過模擬試驗(yàn)，提高了操作人員的熟練程度，并獲得了切割速率、焊接參數(shù)、升溫速率、升壓速率等重要數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場實(shí)施做好了技術(shù)準(zhǔn)備。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場尺寸設(shè)計(jì)開發(fā)了止回閥專用安裝調(diào)整工裝、氬氣室隔離塞、防異物隔離塞等專用工具。

在材料控制方面，整閥備件采購到貨后，首先對新閥門進(jìn)行了解體檢查，確認(rèn)閥門備件合格，并對閥門密封面、閥蓋密封面、焊接坡口等關(guān)鍵部位采取了防護(hù)措施，以避免在更換過程中發(fā)生意外損傷。對于采購的核級焊條、焊絲等焊接材料，使用前對焊材的化學(xué)成分、性能等進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，確認(rèn)焊材符合要求。同時(shí)，提前準(zhǔn)備了核安全一級管材，以備應(yīng)急預(yù)案啟動(dòng)時(shí)使用。

在程序控制方面，項(xiàng)目計(jì)劃分為準(zhǔn)備計(jì)劃和實(shí)施計(jì)劃兩部分，在實(shí)施計(jì)劃中包括正常工作計(jì)劃和應(yīng)急工作計(jì)劃。應(yīng)急計(jì)劃一旦啟動(dòng)，將會(huì)直接影響大修主線工作的進(jìn)程。項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃與大修主線計(jì)劃窗口相互關(guān)聯(lián)，因此大修主線計(jì)劃也需提前做好應(yīng)急調(diào)整的準(zhǔn)備。為了確保項(xiàng)目在實(shí)施中的安全和質(zhì)量，需利用相應(yīng)的程序來進(jìn)行控制。對項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行分解和梳理之后，提前制定了輻射防護(hù)、吊裝、焊接、切割打磨、試驗(yàn)、應(yīng)急等多項(xiàng)詳細(xì)的實(shí)施方案，使得程序文件涵蓋了在項(xiàng)目實(shí)施中的各個(gè)步驟，使各項(xiàng)工作均有對應(yīng)的程序作為指導(dǎo)。特別是根據(jù)管道材料、閥門材質(zhì)及焊材重新進(jìn)行了焊接工藝評定，并據(jù)此重新制定了焊接工藝卡，確保了閥門焊接質(zhì)量。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，還根據(jù)現(xiàn)場條件及時(shí)對應(yīng)急實(shí)施程序進(jìn)行了升版修訂，確保應(yīng)急預(yù)案能夠被高效執(zhí)行。

在現(xiàn)場控制方面，由于死管段閥門工作現(xiàn)場具有高空作業(yè)、空間狹小、輻照劑量率高、防異物及污染防護(hù)困難等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)場準(zhǔn)備時(shí)需建立可靠的工作控制區(qū)，提前安排專人對防異物措施、外照射防護(hù)、內(nèi)照射防護(hù)、污染控制、廢物處理、切割及焊接數(shù)據(jù)測量等進(jìn)行重點(diǎn)控制。現(xiàn)場對工作區(qū)域進(jìn)行了輻射屏蔽，設(shè)置專用廢物收集袋并加強(qiáng)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)立即進(jìn)行清理，配有完備的個(gè)人防護(hù)用品并監(jiān)督執(zhí)行，舊閥切割后立即對管口進(jìn)行清理，并加裝專用的防異物擋板，確保無異物進(jìn)入到系統(tǒng)管道中。

在試驗(yàn)和檢測控制方面，設(shè)計(jì)加工了止回閥及管道模擬體，并參照現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行場地布置，安排工作人員進(jìn)行工裝安裝調(diào)整、坡口機(jī)安裝調(diào)整、管道切割及坡口加工、管道對口焊接、系統(tǒng)模擬水壓試驗(yàn)、焊縫電加熱升溫等專項(xiàng)操作培訓(xùn)，確保了工作人員的技能，同時(shí)也驗(yàn)證了各項(xiàng)設(shè)備和工器具的性能。

3 項(xiàng)目實(shí)施過程控制

項(xiàng)目實(shí)施的現(xiàn)場工作主要包括現(xiàn)場準(zhǔn)備、現(xiàn)場實(shí)施、現(xiàn)場恢復(fù)及試驗(yàn)驗(yàn)收3個(gè)方面，項(xiàng)目實(shí)施過程即是對相應(yīng)的各階段來進(jìn)行控制。

現(xiàn)場準(zhǔn)備階段為大修開始至主系統(tǒng)低低水位前，在此階段完成了設(shè)備及工器具吊運(yùn)、部分設(shè)施臨時(shí)拆除、輻照屏蔽裝置搭建、場地布置、保溫材料拆除、腳手架搭建、工裝安裝、臨時(shí)電源安裝等所有現(xiàn)場準(zhǔn)備工作。

現(xiàn)場實(shí)施階段為主系統(tǒng)低低水位期間，此階段為大修關(guān)鍵路徑，需完成項(xiàng)目實(shí)施的主體工作，主要包括舊閥切割、測量和調(diào)整、新閥焊接、焊縫無損檢測等實(shí)施工作。在滲透檢測（Penetration Testing，簡稱PT）檢查中發(fā)現(xiàn)其中一臺(tái)止回閥入口管道上部存在微裂紋異常缺陷之后，通過擴(kuò)大檢查范圍，并在深入分析和論證評審之后立即啟動(dòng)了應(yīng)急預(yù)案，消除了共模失效的隱患，確保受死管段汽腔影響的缺陷管道得到徹底處理，嚴(yán)格按照實(shí)施程序進(jìn)行尺寸復(fù)測、滲透檢查、超聲波檢測、射線探傷等，確保各施工步驟一次成功。應(yīng)急預(yù)案的高效實(shí)施確保了項(xiàng)目實(shí)際工期與計(jì)劃保持一致。

低水位結(jié)束后即可進(jìn)行臨時(shí)措施恢復(fù)、工裝拆除、設(shè)備撤離等現(xiàn)場恢復(fù)工作。之后，在主系統(tǒng)升溫升壓達(dá)熱停堆平臺(tái)即可開始試驗(yàn)驗(yàn)收工作，在此期間需按程序進(jìn)行系統(tǒng)水壓試驗(yàn)。主系統(tǒng)側(cè)焊縫與主系統(tǒng)臨界查漏一起進(jìn)行，停冷側(cè)焊縫采用外加裝置進(jìn)行加熱加壓。在打壓過程中試驗(yàn)壓力以最高點(diǎn)的壓力為準(zhǔn)，在試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制壓力值、升壓速率、溫度值、升溫速率等數(shù)據(jù)，現(xiàn)場試驗(yàn)人員與主控制室保持實(shí)時(shí)聯(lián)系，確保主系統(tǒng)及死管段側(cè)的壓力及溫度數(shù)據(jù)變化同步，從而避免試驗(yàn)壓力過大而將試驗(yàn)介質(zhì)注入主系統(tǒng)中，同時(shí)可避免因?yàn)楹缚p升溫速率過快而對管材金相組織可能產(chǎn)生的影響。

4 結(jié)束語

一回路死管段止回閥整體更換項(xiàng)目的可靠性要求很高，通過技術(shù)方案保守分析和決策、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)全面分析、項(xiàng)目實(shí)施過程分階段控制等措施提高了項(xiàng)目管理的可靠性。結(jié)果表明：

（1）采用整閥及死管段側(cè)管道局部更換的技術(shù)方案能夠消除一回路死管段閥門及管道的應(yīng)力腐蝕缺陷；

（2）通過項(xiàng)目全面風(fēng)險(xiǎn)分析和制定針對性的處理措施，能夠控制項(xiàng)目實(shí)施中在安全、質(zhì)量、進(jìn)度等方面存在的風(fēng)險(xiǎn)。

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Reliability M anagement for theProjectof PipeDead End Check Valve and Defect PipelineRep lacement in Nulear Power Plant

LITao1，SHAOZhen2，HUANGHuimin2，ZHANGM ingke2
（1．CNNCSanmen NuclearPower Co.，Ltd.，Sanmen 317112，China；2．CNNCNuclearPowerOperationsManagementCo.，Ltd.，Haiyan 314300，China）

Pipedead end conditionsin primary loop pressureboundary ofnuclearpower planteasily lead to equipmentdefects thathaveasigni.cantimpacton the coolant leakage rate control，and itishard to dealw ith the defects.By analysisof the firstdomestic projectof pipe dead end check valve and defected pipeline replacementin anuclear powerplant，itproved that the project reliability can be improved through conservativeanalysisand selectionof technicalsolutions，project risksidentification and classification by failure tree analysis，risk controlmeasuresdeterm inationby fishbonediagram analysisand phased processcontrol.

pipedead end；check valve；contingency plan；failure treeanalysis；shbonediagram；reliabilitymanagement

TL38

：A

：1672-5360（2015）03-0071-06

2014-03-19

2014-08-26

李 濤（1975—），男，陜西西安人，研高，現(xiàn)主要從事核電廠維修實(shí)施及管理工作