淺談核電廠關(guān)鍵閥門的狀態(tài)管理

舒芝鋒，黃 萍

（核動力運(yùn)行研究所，湖北 武漢 430070）

淺談核電廠關(guān)鍵閥門的狀態(tài)管理

舒芝鋒，黃 萍

（核動力運(yùn)行研究所，湖北 武漢 430070）

本文概述了核電閥門最新的分級原則，闡述了關(guān)鍵閥門全壽期狀態(tài)管理的必要性，重點(diǎn)對采購／驗(yàn)收、安裝／調(diào)試、運(yùn)行階段的閥門狀態(tài)管理工作進(jìn)行了詳細(xì)剖析，為國內(nèi)核電廠關(guān)鍵閥門全面實(shí)施狀態(tài)管理提供了參考。

關(guān)鍵閥門；狀態(tài)管理；診斷；監(jiān)測

1 核電閥門概述

不管是哪種類型的核電廠，都會大量地使用閥門。其中，最受關(guān)注的是在核電站應(yīng)用廣泛、與安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)的能動閥門，主要包括以下3類：

（1）電動閥 （MOV）

電動閥分布在核電廠的各大系統(tǒng)中，一般起隔離邊界作用，與系統(tǒng)安全息息相關(guān)，主要包括核級電動閘閥和電動截止閥。這些作為隔離邊界的電動閥的性能好壞直接關(guān)系到核電廠的安全運(yùn)行指標(biāo)，是保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。

（2）氣動閥 （AOV）

氣動截止閥大部分被用作安全殼隔離閥，內(nèi)部介質(zhì)多為一回路介質(zhì)，承擔(dān)著防止放射性物質(zhì)泄漏的重任，其可靠性和功能完備性直接影響到核電廠的各項(xiàng)安全指標(biāo)。

氣動調(diào)節(jié)閥在核電廠的核島主輔系統(tǒng)及三廢系統(tǒng)、常規(guī)島中都有廣泛的應(yīng)用，主要包括工藝過程中的流量、壓力、溫度、液位等參數(shù)的自動控制。其性能好壞直接關(guān)系到核電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)，某些安全系統(tǒng)中的氣動調(diào)節(jié)閥失效后還會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，可見關(guān)鍵氣動調(diào)節(jié)閥是保障機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要組成部分。

（3）電磁閥 （SOV）

電磁閥用于實(shí)現(xiàn)對管路中的介質(zhì)進(jìn)行通斷、切換、分配等過程的自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于核電廠工藝管道和儀表管線。部分關(guān)鍵電磁閥在使用時(shí)若出現(xiàn)動作時(shí)間超差、泄漏、拒動、卡澀等故障，將會引起核電廠相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至造成重大事故。

對上述閥門實(shí)施狀態(tài)管理，可有效提高維修效率，節(jié)約維修經(jīng)費(fèi)，并保障這些閥門的可用性和可靠性。狀態(tài)管理可涵蓋閥門采購和驗(yàn)收、安裝和調(diào)試、運(yùn)行等全部環(huán)節(jié)，根據(jù)各環(huán)節(jié)的不同特點(diǎn)和核電閥門分級要求，通過在線監(jiān)測、故障診斷測試、預(yù)防性維修等手段對關(guān)鍵閥門實(shí)施不同維修保障內(nèi)容的技術(shù)性管理。同時(shí)，核電廠在此基礎(chǔ)上建立動態(tài)數(shù)據(jù)庫，存儲閥門在整個壽期內(nèi)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行全壽期狀態(tài)管理。

2 核電閥門分級

為合理分配維修資源，依據(jù)INPO AP－913中設(shè)備分級原則［1］，綜合考慮設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)重要功能、電力生產(chǎn)重要功能以及維修經(jīng)濟(jì)性等因素，將核電廠閥門分成了4個等級：既

1）高關(guān)鍵設(shè)備 （CC1）：主要是對核電站安全起重要意義的設(shè)備；

2）關(guān)鍵設(shè)備 （CC2）：主要是對核電站安全起次要意義但對電站出力具有重要影響的設(shè)備；

3）非關(guān)鍵設(shè)備 （NC）：主要是影響維修策略和工業(yè)安全且設(shè)備價(jià)值量高需引起關(guān)注的設(shè)備；

4）故障檢修設(shè)備 （RTF）：無需進(jìn)行預(yù)防性維修，無需賦予過多關(guān)注的設(shè)備。

進(jìn)行設(shè)備分級的同時(shí)也根據(jù)閥門工作頻度和工作環(huán)境的情況進(jìn)行分組，工作頻度分為工作頻度高、工作頻度低兩類，工作環(huán)境分為工作環(huán)境差、工作環(huán)境好兩類。再根據(jù)關(guān)鍵性級別、工作環(huán)境和工作頻度三者之間的不同組合將閥門分為不同的組，如表1所示。

針對不同等級的閥門，相應(yīng)選擇的維修策略也不同：關(guān)鍵閥門 （CC1和CC2級）采用狀態(tài)監(jiān)測、趨勢分析、預(yù)防性維修為主；N級閥門采用預(yù)防性維修為主，糾正性維修為輔的方式；RTF級閥門采用糾正性維修的方式，不需要制定預(yù)防性維修項(xiàng)目。

表1 閥門分級分組示例Table 1 Valve grading

3 關(guān)鍵閥門的狀態(tài)信息管理

關(guān)鍵閥門狀態(tài)信息管理的目的是為了確保閥門各種參數(shù)信息的正確性、完整性，并確保其安全和使用于生產(chǎn)的有效性，包含閥門的基礎(chǔ)信息和數(shù)據(jù)、偏差和不符合項(xiàng)記錄、維修和變更記錄、安裝及調(diào)試過程中的歷史記錄和維修記錄等信息、閥門各部件的設(shè)定值、各項(xiàng)性能參數(shù)等。在此基礎(chǔ)上，核電廠可建立關(guān)鍵閥門信息數(shù)據(jù)庫。

3．1 采購 ／驗(yàn)收階段

此階段首先須收集閥門資料數(shù)據(jù)，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，至少需收集以下資料：

1）設(shè)計(jì)分類；

2）設(shè)計(jì)參數(shù)；

3）閥門設(shè)計(jì)選型計(jì)算書；

4）閥門結(jié)構(gòu)參數(shù)；

5）閥門材料力學(xué)性能及檢測報(bào)告；

6）執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)；

7）閥門運(yùn)輸、安裝、存儲、維修手冊；

8）閥門初始狀態(tài)設(shè)定值；

9）閥門出廠試驗(yàn)及性能測試報(bào)告。

建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫后，需根據(jù)閥門設(shè)計(jì)運(yùn)行條件，結(jié)合閥門的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，檢查閥門的設(shè)計(jì)選型計(jì)算，驗(yàn)證閥門的各項(xiàng)性能參數(shù)是否滿足運(yùn)行要求，如閥門設(shè)計(jì)密封力、開關(guān)行程距離和時(shí)間等。針對要求在事故工況下工作的閥門，還需校核在事故工況條件下閥門的性能。如核電廠在事故條件下只能提供80%的電壓，需驗(yàn)證閥門是否還有足夠能力正常關(guān)閉和開啟。

3．2 安裝 ／調(diào)試階段

在閥門的安裝及調(diào)試階段，由于閥門還處于全新階段，可認(rèn)為此時(shí)是閥門的最佳狀態(tài)，需全面記錄閥門在現(xiàn)場的狀態(tài)參數(shù)，作為今后閥門使用維修后的參照對比標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，也可根據(jù)現(xiàn)場測試的閥門性能參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門故障，提前進(jìn)行相應(yīng)維修、改造或更換，以消除隱患，減小損失。

在此階段需記錄閥門的安裝、調(diào)試過程，存儲閥門狀態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，完善閥門狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。至少需收集以下信息：

1）閥門現(xiàn)場安裝信息：閥門現(xiàn)場安裝位置圖、電路／氣路連接圖、改造維修記錄等；

2）閥門現(xiàn)場試驗(yàn)報(bào)告：無損 （射線、超聲、液體滲透、磁粉、氦檢漏等）檢查報(bào)告及記錄、閥門性能測試報(bào)告及調(diào)整記錄。

3．3 運(yùn)行階段

3．3．1 制定預(yù)防性維修大綱

在閥門運(yùn)行階段，首先需制定基于閥門狀態(tài)的維修大綱，明確基于閥門狀態(tài)維修的原則和實(shí)施要求。即以閥門狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)為基礎(chǔ)，將糾正性維修、基于時(shí)間的預(yù)防性維修和基于狀態(tài)的預(yù)防性維修相結(jié)合，確定維修任務(wù)。在維修任務(wù)中，基于狀態(tài)的預(yù)防性維修任務(wù)建議占最大比例 （50%）；基于時(shí)間的預(yù)防性維修任務(wù)量居其次 （35%），主要是針對閥門中的易損件，如密封O環(huán)、隔膜、彈簧等，結(jié)合閥門廠家建議的失效周期及現(xiàn)場實(shí)際情況相結(jié)合，確定維修周期，同時(shí)維修任務(wù)應(yīng)該是局部性的；糾正性維修任務(wù)以運(yùn)行中實(shí)際出現(xiàn)故障的閥門為準(zhǔn)，數(shù)量應(yīng)占閥門維修 （維護(hù)）任務(wù)量的最小比例（10%）。

3．3．2 實(shí)施閥門狀態(tài)維修

閥門狀態(tài)檢測是實(shí)施閥門狀態(tài)維修的核心，為狀態(tài)維修工作提供直接依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，主要包括在線監(jiān)測、故障診斷測試、泄漏檢測等技術(shù)手段，具體如下：

（1）在線監(jiān)測：閥門在線監(jiān)測技術(shù)主要依靠閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥體、電氣附件等部件中的傳感器，對閥門主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，分析出閥門部分性能參數(shù)，初步判斷閥門是否存在異?；蚬收?，為后續(xù)維修提供依據(jù)，不同類型閥門的監(jiān)測參數(shù)也不同：

1）電動閥：直接監(jiān)測電機(jī)電壓 ＆電流、控制＆指示燈開關(guān)的動作邏輯、閥桿推力＆扭矩、閥門開度等；

2）氣動閥：直接監(jiān)測氣壓 （供氣氣壓、隔膜氣壓、定位器 ＆I／P （即電氣轉(zhuǎn)換器）＆ 流量放大器等附件 （如有）氣壓）、閥門開度、控制信號等；

3）電磁閥：直接監(jiān)測線圈電壓、電流、溫度等。

（2）診斷測試：使用閥門診斷設(shè)備檢測閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)性能參數(shù)，診斷閥門是否存在故障，并根據(jù)設(shè)計(jì)及運(yùn)行要求，對閥門整體狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)評價(jià)，提前發(fā)現(xiàn)閥門潛在的故障和降質(zhì)情況，為維修工作提供直接依據(jù)，提前安排維修消除閥門故障，使其工作狀態(tài)性能滿足設(shè)計(jì)及運(yùn)行要求，不同類型閥門的診斷測試內(nèi)容也不同：

1）電動閥：測試電機(jī)電壓＆電流、控制＆指示燈開關(guān)的動作邏輯、閥桿推力＆扭矩、閥門位移＆碟簧動作偏移量等4類參數(shù)，診斷評價(jià)電動閥的密封性能、動作性能等綜合性能；

2）氣動截止閥：測量隔膜氣壓、閥門位移、閥桿推力等3類參數(shù)，診斷評價(jià)氣動截止閥的密封性能、行程距離及開關(guān)時(shí)間、彈簧Benchset及線性度等；

3）氣動調(diào)節(jié)閥：測量氣壓 （定位器供氣氣壓和輸出氣壓、隔膜氣壓、I／P輸出氣壓（如有））、閥門位移、閥桿推力等3類參數(shù)，診斷評價(jià)氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能、密封性能、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能、定位器及I／P性能、彈簧Benchset及線性度等；

4）電磁閥：測量電磁閥各端口的壓力、線圈電流＆電壓，診斷評價(jià)電磁閥勵磁／失磁密封性能、啟動／停止特性、動作時(shí)間、最小工作電壓、線圈冷熱態(tài)阻抗等。

（3）泄漏檢測：使用無損檢測技術(shù)或打壓試驗(yàn)工具來檢查閥門實(shí)際是否存在泄漏，間接檢查閥門密封結(jié)構(gòu)的完整性和有效性，主要包括紅外熱成像技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)，打壓試驗(yàn)工具等。

基于閥門狀態(tài)的預(yù)防性維修的關(guān)鍵是首先對關(guān)鍵閥門進(jìn)行狀態(tài)檢測，根據(jù)實(shí)測結(jié)果分析判斷閥門狀態(tài)，確定閥門檢修方案。如閥門性能狀態(tài)良好，則只需記錄閥門各項(xiàng)性能參數(shù)及曲線即可；如無較大問題，通過調(diào)整設(shè)定參數(shù)就可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，則只需根據(jù)測試參數(shù)對閥門進(jìn)行調(diào)整即可；如存在較大問題，則需鎖定故障，制定針對性的維修方案，實(shí)施現(xiàn)場維修活動。

在實(shí)施糾正性維修和基于時(shí)間的預(yù)防性維修時(shí)，首先也需進(jìn)行閥門狀態(tài)診斷測試，確定故障原因，確定是否還存在其他故障或隱患，需追加維修項(xiàng)目，根據(jù)實(shí)測閥門狀態(tài)制定或調(diào)整維修方案，實(shí)施閥門現(xiàn)場維修。

在現(xiàn)場維修活動結(jié)束后，還需再次進(jìn)行閥門狀態(tài)診斷測試，并對閥門的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行設(shè)定調(diào)整，將各項(xiàng)設(shè)定值調(diào)整到規(guī)定范圍。調(diào)整完畢后再進(jìn)行整體性能測試試驗(yàn)，可等同于品質(zhì)再鑒定試驗(yàn)，最后還需通過功能再鑒定試驗(yàn)。

3．3．3 完善閥門狀態(tài)管理數(shù)據(jù)庫

在運(yùn)行階段，需記錄在閥門上實(shí)施過的維修、維護(hù)工作，包括但不限于以下幾點(diǎn)：

1）運(yùn)行期間狀態(tài)異常報(bào)告；

2）閥門性能診斷測試試驗(yàn)報(bào)告：測試的性能參數(shù)、曲線、分析結(jié)論及維修建議等；

3）閥門維修過程記錄；

4）零部件的維修及更換記錄；

5）維修后品質(zhì)、功能再鑒定報(bào)告。

3．3．4 優(yōu)化預(yù)防性維修大綱

閥門預(yù)防性維修大綱經(jīng)過一段時(shí)間實(shí)施后，對多次測試獲得的閥門性能參數(shù)和曲線進(jìn)行趨勢分析，并將分析結(jié)果用于預(yù)防性維修大綱優(yōu)化，流程如圖1所示。尤其是對基于時(shí)間進(jìn)行預(yù)防性維修的閥門，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測的閥門性能情況，如發(fā)現(xiàn)其性能降質(zhì)較嚴(yán)重，則需縮短維修周期，并考慮采取有效措施應(yīng)對造成閥門降質(zhì)的因素；如檢測發(fā)現(xiàn)閥門性能仍保持較好水平，則可適當(dāng)延長維修周期，加強(qiáng)監(jiān)測，在閥門性能出現(xiàn)較大問題前安排維修，有效節(jié)約維修成本。

圖1 關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)管理實(shí)施流程圖Fig．1 The procedure of critical valve condition management

4 結(jié)論

根據(jù)國內(nèi)核電中長期發(fā)展規(guī)劃的要求以及核電 “自主發(fā)展”和 “走出去”的戰(zhàn)略目標(biāo)，核電關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化迫在眉睫。核電關(guān)鍵閥門國產(chǎn)化工作雖然取得了階段性進(jìn)展，但仍存在巨大的提升和發(fā)展空間。同時(shí)，國內(nèi)核電站大量采用的進(jìn)口關(guān)鍵閥門在實(shí)際運(yùn)行中也出現(xiàn)過較多缺陷。為了核電安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，對國產(chǎn)關(guān)鍵閥門實(shí)施全壽期狀態(tài)管理將有效提升核電站關(guān)鍵閥門的管理的提升，并大力促進(jìn)我國核電關(guān)鍵閥門的設(shè)計(jì)制造水平，為我國核電事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

［1］INPO AP－913：Equipment Reliability Management［R］．

［2］黃萍，等 ．核電廠關(guān)鍵閥門狀態(tài)管理規(guī)范改進(jìn)研究報(bào)告 ［R］．

Preliminarily Discussion on Condition Management for Critical Valves in Nuclear Power Plants

SHU Zhi－feng，HUANG Ping
（Research Institute of Nuclear Power Operation，Wuhan，Hubei Prov．430070，China）

This paper introduces the latest grading principle for valves in nuclear power plants，and describes the necessity of condition management for critical valves．The valve condition management in the purchasing，acceptance，installation，commissioning and operation phase is analyzed in details．It provides reference for the domestic nuclear power plants to implement the valve condition management．

critical valves；condition management；diagnostic testing；monitoring

TM623 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0362－05

TM623

A

1674－1617 （2017）03－0362－05

10．12058／zghd．2017．03．362

2017－05－13

舒芝鋒 （1983—），男，湖北監(jiān)利人，工學(xué)碩士，工程師，現(xiàn)主要從事核電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)研究工作。 （E－mail：shuzf＠cnpo．com）

（責(zé)任編輯：白佳）