海陽核電廠振動管理體系建設實踐

王岳輝，朱俊賢

(1.山東核電有限公司,山東 煙臺 265116;2.煙臺北方星空自控科技有限公司,山東 煙臺 264003)

海陽核電廠作為國家三代核電自主化依托項目，一期工程建設2臺AP1000機組，裝機容量為2×125萬kW，目前2臺機組均已經(jīng)投入商運，并已完成第一次大修。海陽核電廠在調(diào)試期間初步建立了振動管理體系，歷經(jīng)第一個燃料循環(huán)和第一次大修的檢驗優(yōu)化，目前趨于完善。振動專業(yè)圓滿完成了兩臺機組調(diào)試和生產(chǎn)階段全廠振動問題的分析及處理，為海陽核電安全穩(wěn)定運行提供了強大的支撐。

本文結合海陽核電廠振動管理體系建立的過程，著重闡述了振動管理關鍵要素，包括振動標準體系、振動監(jiān)測體系、振動處理機制和支持體系、振動數(shù)據(jù)庫、松脫部件異常分析等，以更好的指導后續(xù)振動管理工作。

1 建立全面的振動管理范圍

海陽核電振動管理工作覆蓋了全廠所有系統(tǒng)設備，對于現(xiàn)場所有振動問題，全部由振動專業(yè)進行分析及評價。海陽核電廠振動工作主要包括下述幾個方面：

1)旋轉機械；

2)靜止機械，包括管道、小支管、閥門等；

3)重要主機的振動監(jiān)測和處理：包括汽輪機，主泵等；

4)特殊監(jiān)測系統(tǒng)的振動監(jiān)測和處理，包括松脫部件監(jiān)測系統(tǒng)、堆芯吊籃監(jiān)測系統(tǒng)、CRDM風機振動監(jiān)測系統(tǒng)、ADS-4振動監(jiān)測系統(tǒng)等。

5)其他廠內(nèi)振動問題處理。

振動專業(yè)負責對上述設備進行振動測量、分析評價、故障診斷、趨勢分析、功能再鑒定等，負責建立和維護振動測量數(shù)據(jù)庫，制定驗收標準。

2 建立嚴謹?shù)臉藴鼠w系

海陽核電振動專業(yè)深入研究國內(nèi)、國外各類設備的振動標準，建立了嚴謹?shù)恼駝訕藴鼠w系，主要包括旋轉機械振動標準、管道振動標準和閥門振動標準。

首先，考慮廠家提供的振動標準，當廠家給出的限值比國家標準和ISO 標準更嚴格時，可以采用廠家給出的限值；當廠家給出的限值與相關標準相比更加寬松時，應要求廠家必須正式說明理由，并確保機器在較高振動值下運行不會損壞。

在廠家未提供振動標準時，嚴格遵循國家標準。對于核島及常規(guī)島內(nèi)的泵，振動區(qū)域邊界按照GB/T 29531—2013 《泵振動測量與評價方法》，報警(驗收)值設定為B 區(qū)域上限；停機值設置為C 區(qū)域上限。對于BOP、SRTF及力能區(qū)域的泵，根據(jù)泵出廠數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)運行時的歷史數(shù)據(jù)進行評價，振動可按照GB/T 29531—2013 《泵振動測量與評價方法》，報警(驗收)值不超過B 區(qū)域上限1.25倍，停機值設置為C 區(qū)域上限。當旋轉機械振動幅值變化超過振動基準值25%時，應診斷研究并查明原因，必要時采取相應措施。

電機空載時按照GB10068—2008 軸中心高為56 mm及以上電機的機械振動的測量評定及限值》設定限值，電機帶載時的振動標準按照ISO 10816-1(GB 6075-3)設定。

通風機按照JB/T 8689—2014《通風機振動檢測及其限值》設定限值，剛性支撐報警值為4.6 mm/s，停機值為7.1 mm/s；撓性支撐報警值為7.1 mm/s，停機值為11.2 mm/s。

管道、小支管振動標準按照ASME-OM-S/G PART3 要求執(zhí)行[1]。閥門(包括閥門所包括的各元器件)振動標準首先看廠家有無要求，如無具體標準，則按照閥門所在管道標準執(zhí)行。

在調(diào)試和運行期間，振動標準一直是個熱點問題，但表現(xiàn)形式有所不同。在調(diào)試階段，部分采購合同中對轉機的振動標準不明確，甚至存在多個相互矛盾的標準，再加上建安期間設備基礎施工質量問題、安裝質量問題等，振動標準的矛盾突出，需要協(xié)調(diào)的處室和單位較多。在運行和大修階段，主要是由于檢修質量，而引發(fā)關于標準的爭論。在調(diào)試階段，海陽核電以合同和國標為依據(jù)，逐步建立和統(tǒng)一了全廠設備振動標準，形成企業(yè)標準，在日常運行和大修中不斷優(yōu)化，有效的指導了現(xiàn)場工作。

3 建立動態(tài)的振動監(jiān)測體系

3.1 以設備分級為依據(jù)

海陽核電廠以INPO-AP913為基礎，借鑒西屋公司設備分級經(jīng)驗，對全廠設備進行設備分級，分為關鍵Ⅰ級、關鍵Ⅱ級、非關鍵級和RTM四級。在此基礎上，振動專業(yè)對所有關鍵Ⅰ級和關鍵Ⅱ級設備進行梳理，編制旋轉機械振動測量大綱，定期進行監(jiān)測。對非關鍵級旋轉機械，由維修專業(yè)在巡檢和檢修過程中進行監(jiān)測。

3.2 定期監(jiān)測與非定期監(jiān)測相結合

對關鍵Ⅰ級和關鍵Ⅱ級設備，按照旋轉機械振動測量大綱的周期，定期進行監(jiān)測。關鍵Ⅰ級設備定期測量周期為3個月，關鍵Ⅱ級定期測量周期為6個月，反應堆廠房設備定期測量周期為一個換料大修[2]。非關鍵級旋轉機械及靜止機械不需要定期振動測量，由維修專業(yè)在日常巡檢和維修過程中進行監(jiān)測，主要包括維修后的再鑒定振動測量、設備切換后的振動測量等；這些工作無固定的周期,根據(jù)現(xiàn)場實際情況臨時觸發(fā)。

3.3 在線與離線相結合

對于關鍵級設備，均定期監(jiān)測，考慮到現(xiàn)場設備的可達性，以及在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用，監(jiān)測方式有所不同。

對于大部分關鍵級旋轉機械，均定期人工振動測量，記錄振動幅值、頻譜等，作為后續(xù)設備運維的依據(jù)。

對有在線監(jiān)測系統(tǒng)的旋轉機械，如果設備可達，依然按照周期定期人工振動測量，采集頻譜。如果設備不可達，在功能再鑒定時振動測量并記錄振動幅值和頻譜等基準數(shù)據(jù)，日常運行時采用DCS讀數(shù)等方式進行監(jiān)測。對重要旋轉機械及管道，如汽輪發(fā)電機組、主泵、ADS-4級管道等，在大修期間在機柜端外接采集系統(tǒng)采集基準數(shù)據(jù)，后續(xù)生產(chǎn)階段實時在線監(jiān)測。

3.4 根據(jù)實際運行經(jīng)驗及時優(yōu)化

在機組調(diào)試和生產(chǎn)過程中，根據(jù)設備的狀態(tài)、同行/廠家的經(jīng)驗、機組實際運行情況等因素綜合考慮，及時優(yōu)化調(diào)整定期監(jiān)測的范圍和頻率，以保障機組安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

經(jīng)振動測量后梳理出的敏感旋轉機械應增加振動測量頻度，如果測量結果表明設備的振動處于報警范圍，則上述規(guī)定的試驗周期要至少縮短一半，直至振動異常原因已查明且已采取糾正措施使振動恢復正常水平。對于沒有納入振動大綱定期監(jiān)測的，則納入旋轉機械振動大綱中按照關鍵級設備的要求進行監(jiān)測，加大監(jiān)測頻率，直至振動水平恢復到正常水平。

3.5 定期測量和設備切換相關聯(lián)

在日常振動測量中，一個很重要的問題是部分旋轉機械測量的窗口問題，海陽核電仔細梳理設備切換周期和定期試驗窗口，在此基礎上和定期測量周期匹配起來，并納入日常生產(chǎn)計劃的范疇，很好的解決了測量窗口的問題。

在調(diào)試期間，在各個設計工況下對全廠轉動機械、靜止機械、管道以及小支管進行振動測量，測量振動幅值、頻譜等參數(shù)，建立基準。對于主泵、汽輪機和ADS-4等重點設備，還在各個工況下單獨接入數(shù)據(jù)采集設備，保存振動數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)作為運行期間設備評估的一個依據(jù)[3]。

在大修之前，需要把所有相關轉機測量一次，作為大修的基準數(shù)據(jù)。排查出來的已劣化或接近劣化的設備，振動專業(yè)分析振動原因，提出治理建議，維修專業(yè)據(jù)此制定治理方案，在大修期間實施，極大了減少了關鍵設備振動異常對大修工期的影響。對于主泵、汽輪機和ADS-4等主要設備，還需大修后啟機過程中再次測量，作為下一個燃料循環(huán)日常運行的依據(jù)。

4 建立完善的振動處理機制和支持體系

振動問題一般具有復雜、疑難等特點，振動問題的產(chǎn)生是工程、機械、電氣、儀控多因素的體現(xiàn)，振動問題的處理涉及到制造廠、建安、檢修等多個環(huán)節(jié)，需要電廠采購、調(diào)試、運行、維修、振動等多個專業(yè)協(xié)同處理[4]。

海陽核電從調(diào)試期開始，在公司內(nèi)部成立了振動專項工作小組，統(tǒng)一協(xié)同工程、生產(chǎn)、采購和后援單位的力量，明確設備的振動標準、診斷振動異常的原因，并制定處理方案。小組組長由振動處牽頭，相關責任處室派人參加，人數(shù)以最小運作體系執(zhí)行。

本文研究的時態(tài)RDF模型是用時間標簽來標記RDF數(shù)據(jù)三元組，且表示有效時間。以下就是時態(tài)RDF模型的基本定理。

振動專項小組統(tǒng)籌電站內(nèi)部外資源，提供振動問題專項處理平臺，提升了處理問題工作效率和反應能力。為提高振動專項小組成員的積極性，專項組工作可以做為日?？冃Э己说妮斎?，并可作為技術崗位晉升積分申請輸入。

同時，因電廠定編定額、人員經(jīng)驗水平不足等原因，國內(nèi)各核電廠均引入了一定的專業(yè)承包商，作為業(yè)主的支援力量。海陽核電廠結合其他兄弟電站經(jīng)驗，和電廠實際生產(chǎn)組織情況，建立了強大的振動后援體系。主要考慮技術難度大、市場化程度高的項目。側重于兩個方面，一是重要的轉機和管道，包括主泵、汽輪機、ADS-4管線、小支管等。另外一個是松脫部件監(jiān)測系統(tǒng)，協(xié)同后援單位建立24 h響應機制，快速響應電廠需求。

5 建立數(shù)據(jù)庫

海陽核電采用美國艾默生過程控制公司CSI2140振動數(shù)據(jù)采集器及MHM機械健康管理振動數(shù)據(jù)庫軟件，建立了完整的振動數(shù)據(jù)庫，詳細記錄每次振動測量數(shù)據(jù)，并在生產(chǎn)部門內(nèi)共享，為設備健康管理、預測性維修提供強大的支撐。

振動數(shù)據(jù)庫全面收集設備的信息，其中泵的信息包括：驅動電機的轉速、功率、電機級數(shù)、轉子條數(shù)、定子條數(shù)，泵級數(shù)、泵流量、揚程、每級所帶葉片數(shù)、中心高、軸承型號及位置、聯(lián)軸器類型等。風機的信息包括：驅動電機轉速、功率、級數(shù)、轉子條數(shù)、定子條數(shù)，電機與風機的連接方式，支撐形式，風機的葉片數(shù)、軸承型號及位置等，皮帶輪直徑、皮帶長、皮帶輪轉速(界面見圖1)。

圖1 振動數(shù)據(jù)庫界面Fig.1 Interface of vibration database

利用MHM機械健康管理振動數(shù)據(jù)庫軟件對每臺旋轉機械進行組態(tài)，輸入設備基礎信息，可以形成每臺設備的每個測點的故障頻率，在進行旋轉機械振動故障診斷時，可幫助振動分析人員快速確定振動原因。

為規(guī)范振動數(shù)據(jù)庫服務器管理，專門編制了管理制度，規(guī)范服務器的軟件管理、硬件管理、權限管理、數(shù)據(jù)錄入管理、定期檢查要求等。

6 強化松脫部件監(jiān)測

近年來，國內(nèi)核電廠頻繁出現(xiàn)異物進入一回路或者二回路事件，導致重大設備損壞和經(jīng)濟損失，各核電廠日益重視強化松脫部件監(jiān)測和預警功能。海陽核電廠松脫部件監(jiān)測系統(tǒng)單臺機組采用16個傳感器，分別安裝在壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵上，監(jiān)測反應堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)中松動部件和金屬碎片的情況。此系統(tǒng)一個突出的問題是誤報很多，正常運行時存在大量假信號，存在掩蓋淹沒真實撞擊信號的情況，對系統(tǒng)監(jiān)測和電站運行造成巨大的影響[5]。

有鑒于此，海陽核電廠建立了松脫部件監(jiān)測響應機制，協(xié)調(diào)振動、儀控、運行、設備等專業(yè)，24 h實時監(jiān)測反應堆冷卻劑系統(tǒng)中松動部件和金屬碎片的情況，如有異常，及時響應，保障電站安全。

機組啟機過程監(jiān)測：每次機組啟機過程中，從主泵起泵開始，安排專人持續(xù)監(jiān)測報警情況，工程師首先初步分析和判斷，如有異常情況及時啟動相應機制。

日常持續(xù)監(jiān)測：運行、儀控、振動在日常生產(chǎn)過程中，不定期現(xiàn)場巡檢，如果發(fā)現(xiàn)報警數(shù)量和報警幅值有較大變化時，第一時間通知振動專業(yè)響應，振動工程師首先初步分析，如有異常情況及時啟動相應機制。

主控監(jiān)測：松脫部件監(jiān)測系統(tǒng)報警信號通過DDS送到主控室，主控室在監(jiān)盤過程中，發(fā)現(xiàn)有通道較長時間無報警后第一次報警，或者報警幅值、報警頻率有明顯變化，也會第一時間通知振動專業(yè)響應。

商運后，海陽核電已經(jīng)和技術支持單位建立了24 h響應機制，在類似事件處理中，均響應迅速。能做到快速傳遞數(shù)據(jù)、同步分析、結論可信，監(jiān)測系統(tǒng)正常有效。

7 結論

振動監(jiān)測和分析技術在保障電站核安全、提高設備可用率、解決重大設備故障及預測性維修等方面提供了有力支撐，經(jīng)調(diào)試、日常運行和大修的檢驗，海陽核電長振動管理體系是行之有效的。

1)振動管理工作覆蓋了全廠所有系統(tǒng)設備，對于現(xiàn)場所有振動問題，全部由振動專業(yè)進行分析、評價及治理，極大地發(fā)揮了振動專業(yè)的專業(yè)優(yōu)勢。

2)以合同和國標為依據(jù)，分別建立全廠旋轉機械振動標準、管道振動標準和閥門振動標準，形成企業(yè)標準，作為評價設備健康狀態(tài)的重要依據(jù)。

3)以設備分級為依據(jù)，考慮設備可達性等因素，建立多樣化的振動監(jiān)測體系。并根據(jù)實際情況分級建立全廠設備振動數(shù)據(jù)庫，作為設備日常運行的基準數(shù)據(jù)。

4)在大修之前，組織轉機設備排查，梳理敏感設備，提前準備治理方案，減少了對大修工期的影響，同時在大修前后建立振動基準，作為大修和日常運行的依據(jù)。

5)建立快速響應的松脫部件振動監(jiān)測和異常分析響應機制，能做到快速傳遞數(shù)據(jù)、同步分析、結論可信，監(jiān)測系統(tǒng)正常有效。