RCM分析方法用于核電廠維修策略制定與優(yōu)化

張 濤，陳 宇，王從令，張 圣

（蘇州熱工研究院有限公司，廣東深圳 518028）

RCM分析方法用于核電廠維修策略制定與優(yōu)化

張 濤，陳 宇，王從令，張 圣

（蘇州熱工研究院有限公司，廣東深圳 518028）

RCM分析過程，結(jié)合核電廠實踐說明RCM分析效益及現(xiàn)階段RCM分析改進方向。

RCM；維修優(yōu)化；效益分析

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.15

0 概述

以可靠性為中心的維修（Reliability Centered Maintenance，簡稱RCM），是目前國際上通用的用于確定設(shè)備維修需求，制定和優(yōu)化維修策略的一種系統(tǒng)工程方法。我國從20世紀(jì)80年代開始引入RCM理念，通過展開跟蹤研究和應(yīng)用，并進行維修策略的制定與優(yōu)化。RCM在核電領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用的同時，行業(yè)內(nèi)RCM技術(shù)應(yīng)用已基本形成體系，并取得良好的應(yīng)用效果。

1 RCM實施

1.1 RCM實施組織

在核電廠中，一個系統(tǒng)的運營涉及多個專業(yè)人員，如運行、維修、設(shè)備管理等部門，這些人員對系統(tǒng)有各方面的用戶需求，需了解不同方面的內(nèi)容。為保證分析成果的可實施性及準(zhǔn)確性，采取分析小組的形式進行RCM工作。

1.2 RCM實施過程

RCM分析方法按照7個問題進行（參考SAE JA 1011—1999《以可靠性為中心的維修過程的評審準(zhǔn)則》）。

（1）在現(xiàn)行使用環(huán)境下，系統(tǒng)的功能及相關(guān)性能指標(biāo)是什么？

（2）什么情況下系統(tǒng)無法實現(xiàn)其功能？

（3）引起各種功能故障的原因是什么？

（4）各種故障發(fā)生時會出現(xiàn)什么情況？

（5）什么情況下的故障至關(guān)重要？

（6）做些什么工作才能預(yù)防各種故障？

（7）找不到適當(dāng)?shù)念A(yù)防性工作應(yīng)怎么辦？

1.3 分析

（1）功能分析。在進行RCM分析時，首先需要確定系統(tǒng)和設(shè)備在當(dāng)前運行環(huán)境中，用戶所希望的功能及性能標(biāo)準(zhǔn)。功能種類通過歸納，一般包括主要功能、輔助功能。主要功能是用戶對系統(tǒng)和設(shè)備的主要需求，通常為系統(tǒng)和設(shè)備存在的原因。輔助功能是除主要功能以外的其他需求，包括環(huán)保、安全、控制、包容、舒適、外觀、保護、經(jīng)濟、多余等。功能分析中需關(guān)注多余功能，尤其是系統(tǒng)在投運后進行過改造的情況，需要格外關(guān)注。

（2）功能故障分析。在完成功能分析后，需要分析系統(tǒng)和設(shè)備無法完成用戶希望其完成的功能的狀態(tài)，將功能失效的所有形式進行分析并記錄。功能故障包括功能的完全失效或部分失效。對于部分失效，需要注意性能指標(biāo)有“超過上限”和“低于下限”都是不滿足用戶需求的故障狀態(tài)。

（3）故障模式分析。故障模式分析中需分析出導(dǎo)致系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生功能故障的任何事件。描述時一般采取名詞和一個動詞的形式。故障模式包括已發(fā)生或可能發(fā)生，依據(jù)設(shè)備的通用性等。在進行故障模式分析時，可輸入現(xiàn)有的分析成果或行業(yè)內(nèi)通用數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析評判后再采納。

（4）故障影響分析。主要分析各種故障模式發(fā)生后，不考慮任何預(yù)防管理措施時會發(fā)生一系列故障現(xiàn)象。分析故障影響，即列出每種故障模式發(fā)生時出現(xiàn)的各種情況。

（5）故障后果分析。是對各種故障模式發(fā)生的后果進行評判，即，從故障發(fā)生后用戶是否可以覺察、故障發(fā)生后造成的影響2方面進行判斷。前者分為顯性、隱蔽性。后者分為安全性、環(huán)境性、生產(chǎn)性、非生產(chǎn)性。

（6）維修策略分析。根據(jù)RCM決斷邏輯，分析并確定各故障模式對應(yīng)的維修策略。決斷邏輯（圖1）。

圖1 RCM決斷邏輯

在進行維修策略決斷時，需綜合故障后果、故障模式特性、維修技術(shù)可行性及經(jīng)濟性等多方面因素，考慮如何通過預(yù)測和預(yù)防性維修來管理故障，將可能故障（或多重故障）導(dǎo)致的風(fēng)險降低至可容忍的程度（即可以接受的水平），若無法通過預(yù)測和預(yù)防性維修策略來管理故障時，如何通過采取其他措施來將可能故障導(dǎo)致的風(fēng)險降低至可容忍的程度。

1.4 RCM實施成果

經(jīng)過RCM分析最終形成維修導(dǎo)則，主要包括信息工作單、決斷工作單、任務(wù)匯總表、大綱/法規(guī)對比表等（圖2）。

圖2 RCM實施成果

2 RCM分析效益與實例

2.1 提高可靠性

RCM分析為設(shè)備確定了合適的維修內(nèi)容與頻度，既確保需要管理的各種故障后果能得到有效管理，又能避免對設(shè)備的過度維修，減少因缺乏預(yù)防性維修或維修過于頻繁而造成的設(shè)備失效問題。例如，在進行某核電廠定子冷卻水系統(tǒng)的RCM分析時，其定子冷卻水箱為帶浮子閥的箱體。經(jīng)過分析，水箱內(nèi)部腐蝕及浮子閥卡在關(guān)閉位置有造成跳機的風(fēng)險，分析過程見表1，分析小組認(rèn)為需進行預(yù)防管理，增加水箱定期解體檢查及浮子球閥操作性檢查等項目，對水箱內(nèi)部腐蝕及浮子閥卡在關(guān)閉位置造成的跳機后果進行預(yù)防性管理等，達到了預(yù)期目的。

表1 發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)信息工作單（節(jié)選）

2.2 提高直接經(jīng)濟效益

通過RCM分析后的維修內(nèi)容與頻度優(yōu)化，在減少人力、工時投入的同時，在確定主動性維修工作時能優(yōu)先考慮在線狀態(tài)監(jiān)測。由于在線狀態(tài)監(jiān)測屬于一種非破壞性維修，對設(shè)備的干擾性很小，不會影響其完整性及運行環(huán)境，既延長使用壽命，降低維修成本，又提高了直接經(jīng)濟效益。

例如，在對某核電廠某一回路冷卻劑處理系統(tǒng)進行RCM分析時，硼濃縮液收集與輸送部分的流程是：硼濃縮液先經(jīng)換熱器冷卻后排放至硼濃縮液收集箱，當(dāng)硼濃縮液收集箱收集到滿液位時，再啟動凈化回路的泵進行凈化處理。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)換熱器換熱不足造成硼濃縮液溫度偏高后，使溫度偏高的濃縮液繼續(xù)輸送至硼濃縮液收集箱，收集滿后再進行凈化時，當(dāng)陽離子交換器上游管線I2溫度＞60℃，觸發(fā)主控室報警，并保護關(guān)閉硼濃縮液貯存箱出口隔離閥、切除硼濃縮液輸送泵，已收集的高溫硼濃縮液需再冷卻或排放，而影響機組運行的經(jīng)濟性。經(jīng)RCM分析后，在換熱器出口溫度探頭上增加＞60℃的報警信號，當(dāng)硼濃縮液溫度偏高后及時報警，操作員可及時干預(yù)，并進行隔離處理，避免了損失。

2.3 增強團隊專業(yè)水平與合作能力

RCM分析是一個團隊工作的過程，由核電廠各部門（如運行、維修等）的共同參與。在分析過程中，各專業(yè)人員可共享本專業(yè)知識以及經(jīng)驗，促進了RCM分析組成員對于系統(tǒng)與設(shè)備的全方面了解，增強了團隊的專業(yè)水平；此外，在分析過程中，需要各團隊成員的相互溝通與協(xié)調(diào)，提高了分析團隊的合作能力。

3 RCM分析改進方向

為提高RCM分析效率，在應(yīng)用實踐過程中，基于經(jīng)典RCM分析方法進行一定改進。例如，從優(yōu)化RCM資源投入、提高分析成果準(zhǔn)確度等方面考慮，目前主要有借助維修模板提高分析效率、優(yōu)化分析流程、引入量化決策方法進行維修決策量化等改進方向。

3.1 維修模板

故障模式分析是RCM分析過程中的主要步驟之一，主要工作是分析設(shè)備的故障模式。由于核電廠設(shè)備類的通用性，對故障模式具有普遍的參考意義，如故障模式、維修策略等可總結(jié)歸納成維修模板，為故障模式分析提供輸入，減少分析投入；維修模板中的設(shè)備級故障影響和維修策略，可為RCM中的故障影響分析和維修策略分析提供參考。雖然維修模板在RCM分析中已得到一定程度的應(yīng)用，并取得了良好效果，但考慮到目前維修模板的成熟度及固有特性，在運用維修模板進行故障模式分析時，需注意結(jié)合應(yīng)用電廠及系統(tǒng)實際進行修正，同時維修周期的建議還需做進一步判斷與調(diào)整。

3.2 分析流程優(yōu)化

在經(jīng)典RCM分析中，需對各設(shè)備進行完整分析，為提高分析效率，在改進型RCM分析方法中，在完成功能故障分析、進行故障模式分析前增加判斷，識別出可運行至維修（RTM）的設(shè)備，不再對該部分設(shè)備進行故障模式分析，以減少需分析的設(shè)備數(shù)量，提高分析效率。此外，在進行故障影響分析及其后的分析時，以設(shè)備故障模式為主線，在保證分析準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上減少了一定程度的分析工作，提高了分析效率。目前，分析流程優(yōu)化后的分析方法已得到較好應(yīng)用，開發(fā)的分析工具，使分析效率得到提高。

3.3 維修決策量化

在RCM分析中進行維修策略分析時，維修周期的確定主要依靠經(jīng)驗反饋，缺乏設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的支持。為提高維修周期量化水平，需對維修決策方法進行量化。目前學(xué)術(shù)界從可靠性、可用性、經(jīng)濟性角度在針對各類維修任務(wù)的周期量化上進行了一定研究，但尚未成熟應(yīng)用，后續(xù)還需進一步研究。

4 總結(jié)

RCM作為一種可靠性分析技術(shù)，在核電領(lǐng)域的維修策略制定與優(yōu)化中發(fā)揮著重要作用，是以可靠性維修理論為基礎(chǔ)，以保持運行系統(tǒng)的功能為目標(biāo)，通過進行功能與故障分析，明確各種故障的后果；用規(guī)范化的邏輯決斷方法，將故障后果進行分類，并對系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的維修需求進行分析和決策，從而確定和優(yōu)化維修策略。通過RCM分析與成果應(yīng)用，可以提高設(shè)備可靠性，降低運行和維修成本。

［1］SAEJA 1011-1999.Evaluation Criteria for Reliability Centered Maintenance(RCM)Processes［S］.

［2］SAEJA 1012-2011.A Guide to the Reliability Centered Maintenance (RCM)Standard［S］.

TM623

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〔編輯 王永洲〕