核電廠振動(dòng)管理體系的建立

胡 偉

（陽(yáng)江核電有限公司，廣東陽(yáng)江 529941）

0 引言

核電廠利用核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電，其眾多的機(jī)械設(shè)備大致可分為旋轉(zhuǎn)機(jī)械和靜止機(jī)械兩大類。旋轉(zhuǎn)機(jī)械在核電廠的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中占有重要位置，大到汽輪發(fā)電機(jī)組、一回路冷卻劑泵，小到各種類型的泵與風(fēng)機(jī)，無(wú)處不在。為了使核電廠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全穩(wěn)定運(yùn)行就尤為重要。在眾多的旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)參數(shù)中，振動(dòng)是重中之重。同樣，靜止機(jī)械連接著電廠各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備，其作用也不容小覷。如果把旋轉(zhuǎn)機(jī)械比作心臟的話，那么靜止機(jī)械就是連接整個(gè)血液回路的血管，兩者中任何一個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)造成巨大傷害。因此，對(duì)核電廠設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析的工作十分重要。

本文以陽(yáng)江核電廠為例，對(duì)核電廠生產(chǎn)準(zhǔn)備期間的振動(dòng)管理工作進(jìn)行深入的總結(jié)分析，以期做好經(jīng)驗(yàn)傳承，為振動(dòng)管理工作的優(yōu)化完善提供依據(jù)。

1 振動(dòng)管理體系的建立

1.1 提前謀劃，開(kāi)展針對(duì)性的專業(yè)技能培訓(xùn)

良好的人員技能培訓(xùn)是做好工作的前提，是保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段提前謀劃，針對(duì)專業(yè)人員進(jìn)行系統(tǒng)化培訓(xùn)，組織人員參與成熟基地的日常生產(chǎn)、移交接產(chǎn)及大修工作，學(xué)習(xí)成熟電站的工作模式。經(jīng)過(guò)一至兩年的成熟電站在崗培訓(xùn)后，返回所在電廠開(kāi)展生產(chǎn)準(zhǔn)備前期工作，制定振動(dòng)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系，采購(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀表，搭建振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

從實(shí)際情況來(lái)看，安排人員到成熟運(yùn)行電站和移交接產(chǎn)電站進(jìn)行培訓(xùn)，是最直接也是最好的人員培訓(xùn)方式，可以更好地了解本專業(yè)的工作模式，對(duì)于后續(xù)人員的成長(zhǎng)有很好的幫助，同時(shí)可以與成熟電廠的專業(yè)人員建立良好的人際關(guān)系，為后續(xù)新電廠的后援技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)反饋等搭架良好的溝通平臺(tái)。安排人員去外部參加專項(xiàng)培訓(xùn)不僅可以很好地提高人員的專業(yè)技能，也可以接觸到其他外部單位的人員，了解外部單位的工作模式及經(jīng)驗(yàn)反饋等信息。安排人員深度參與工程安裝、調(diào)試工作，可以更好地了解現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。上述培訓(xùn)方式都是人員培訓(xùn)的很好選擇。

1.2 早做準(zhǔn)備，提前進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)配置

“工欲善其事必先利其器”，振動(dòng)檢測(cè)分析儀表及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就是振動(dòng)專業(yè)的“器”。振動(dòng)參數(shù)是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)是為了對(duì)陽(yáng)江核電現(xiàn)場(chǎng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械、靜止機(jī)械等設(shè)備的振動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、趨勢(shì)分析、故障診斷等工作的開(kāi)展而建立起來(lái)的，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障原因分析有著深刻意義。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，既為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作的全面開(kāi)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也為核電設(shè)備的健康、穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)支持。以陽(yáng)江核電廠為例，2012 年8 月3 日陽(yáng)江振動(dòng)專業(yè)在相關(guān)IT 技術(shù)人員及廠家人員的協(xié)助下，成功實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)江核電站振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器、客戶端軟件的安裝與調(diào)試工作，正式部署到陽(yáng)江本地服務(wù)器的環(huán)境中進(jìn)入運(yùn)行階段。陽(yáng)江核電廠至此具備了自主進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)測(cè)量分析的能力，此時(shí)距離陽(yáng)江1 號(hào)機(jī)冷態(tài)試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間（2013 年3 月25 日）尚有近8 個(gè)月的時(shí)間。

除了日常振動(dòng)測(cè)量設(shè)備儀表的采購(gòu)，一些專有儀表的采購(gòu)工作也需提前進(jìn)行，如汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、動(dòng)平衡儀專用儀表等，做好儀器使用培訓(xùn)，以確保在機(jī)組調(diào)試開(kāi)始之前具備現(xiàn)場(chǎng)使用條件。

1.3 收集設(shè)備信息，制定振動(dòng)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)管理體系

設(shè)備的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)制定、振動(dòng)測(cè)量方案以及測(cè)量數(shù)據(jù)分析都需要設(shè)備信息，因此收集設(shè)備重要信息在振動(dòng)監(jiān)測(cè)體系中有著重要作用。收集各系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行維修手冊(cè)，進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備振動(dòng)信息提取，是準(zhǔn)備階段需要執(zhí)行的最重要的工作之一。設(shè)備的安裝布置、詳細(xì)結(jié)構(gòu)、軸承信息、聯(lián)接型式、運(yùn)行模式等都會(huì)影響后續(xù)的振動(dòng)測(cè)量分析工作。以陽(yáng)江核電廠為例，陽(yáng)江1 號(hào)機(jī)在冷試前完成近200 臺(tái)重要設(shè)備的信息收集、標(biāo)準(zhǔn)制定工作，大大提高了移交接產(chǎn)過(guò)程中的工作效率，提高了工作便捷度。同樣在陽(yáng)江2 號(hào)～6 號(hào)機(jī)一直在延續(xù)這種做法，并同步進(jìn)行各機(jī)組設(shè)備不同點(diǎn)的識(shí)別，以便后續(xù)設(shè)備狀態(tài)的橫向?qū)Ρ?，更好地積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的制定是一門很深的學(xué)問(wèn)，核電廠獲取振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的來(lái)源可能有多種渠道，設(shè)備運(yùn)行維修手冊(cè)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、采購(gòu)技術(shù)規(guī)格書(shū)等，都可能給出一個(gè)設(shè)備的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。這同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，從不同渠道獲得的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)之間會(huì)存在一定的沖突，由于大多數(shù)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)文件是推薦性的、并非強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，因此在眾多標(biāo)準(zhǔn)中選擇一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為重要。結(jié)合陽(yáng)江核電廠多年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)制定的最低要求，所有標(biāo)準(zhǔn)的制定必須嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下首推設(shè)備運(yùn)行維修手冊(cè)提供的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行維修手冊(cè)的編寫(xiě)工作是由設(shè)備制造廠家編寫(xiě)的，設(shè)備廠家對(duì)自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)的設(shè)備給出的振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)普遍具有更強(qiáng)的針對(duì)性。

1.4 深度參與工程安裝、調(diào)試工作，獨(dú)立監(jiān)督驗(yàn)收設(shè)備振動(dòng)

在移交接產(chǎn)過(guò)程中，及早介入，參與工程安裝、調(diào)試工作，便于熟悉現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝運(yùn)行工作，有利于后期故障診斷能力的提升。振動(dòng)專業(yè)人員進(jìn)過(guò)專業(yè)的培訓(xùn)，建立旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)管理體系，深度介入移交接產(chǎn)過(guò)程中，獨(dú)立監(jiān)督旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)。以陽(yáng)江核電廠為例，6 臺(tái)機(jī)組調(diào)試期間共自主完成旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量分析評(píng)價(jià)設(shè)備近2500 臺(tái)/次，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題的設(shè)備近100 臺(tái)，并主動(dòng)參與旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題的處理工作，確保設(shè)備移交良好狀態(tài)的同時(shí)也提升了隊(duì)伍能力，為機(jī)組商運(yùn)后穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.5 參與調(diào)試期間振動(dòng)問(wèn)題解決，提升隊(duì)伍能力

在機(jī)組調(diào)試期間不可避免會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，有些問(wèn)題可能不會(huì)在后續(xù)機(jī)組商運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)，因此這些鍛煉隊(duì)伍的機(jī)會(huì)是難能可貴的。由于陽(yáng)江項(xiàng)目調(diào)試期間設(shè)備振動(dòng)采取自主測(cè)量分析的形式，所以參與到問(wèn)題處理的機(jī)會(huì)就會(huì)多一些、話語(yǔ)權(quán)會(huì)更重一些。在機(jī)組的調(diào)試期間，處理過(guò)EAS/RIS 電機(jī)振動(dòng)問(wèn)題、APA 電機(jī)振動(dòng)問(wèn)題、RCV 齒輪箱振動(dòng)問(wèn)題、RRM/DVK 等風(fēng)機(jī)振動(dòng)問(wèn)題等，每個(gè)問(wèn)題的處理過(guò)程均有一定難度，但是在整個(gè)問(wèn)題的處理過(guò)程中人員可以增長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)拓寬視野，對(duì)后續(xù)隊(duì)伍能力的提升有很大幫助。

1.6 生產(chǎn)準(zhǔn)備期間的小支管普查工作

在核電廠管線眾多的老化問(wèn)題中，疲勞是主要失效機(jī)理之一，其中尤以振動(dòng)疲勞最為突出。根據(jù)國(guó)內(nèi)外核電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，核電站有很多公稱直徑等于或小于2 英寸（5.08 cm）的小支管，當(dāng)管線振動(dòng)較大時(shí)小支管與主管連接處的焊縫容易出現(xiàn)振動(dòng)疲勞失效，導(dǎo)致焊縫處出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。裂紋產(chǎn)生的主要原因是小支管的布置方式容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，在有激振源的情況下會(huì)出現(xiàn)較大振動(dòng)、進(jìn)而振動(dòng)疲勞失效。這類可能因振動(dòng)疲勞而導(dǎo)致失效的小支管被稱為振動(dòng)疲勞敏感小支管，簡(jiǎn)稱“敏感管”。因此，在機(jī)組商運(yùn)前，必須對(duì)電廠敏感小支管進(jìn)行篩選及普查治理工作，在冷試、熱試和機(jī)組沖轉(zhuǎn)啟動(dòng)階段分別對(duì)核島、常規(guī)島的小支管進(jìn)行振動(dòng)普查。

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量前，提前進(jìn)行管線清單梳理、現(xiàn)場(chǎng)踩點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后進(jìn)行計(jì)算分析、問(wèn)題處理。以陽(yáng)江4 號(hào)機(jī)為例，具體情況見(jiàn)表1。

表1 陽(yáng)江4 號(hào)機(jī)小支管現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況匯總 根

發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題優(yōu)先推動(dòng)在工程期間完成處理，如果拖到商運(yùn)后處理不僅會(huì)很難尋找處理窗口，而且會(huì)成為機(jī)組安全運(yùn)行的隱患。

由于生產(chǎn)準(zhǔn)備期間工作的特殊性，主線工作以工程為指導(dǎo)，因此需提前與工程做好溝通，落實(shí)普查的保溫腳手架等前提條件及測(cè)量窗口等要求，以保證此工作的正常開(kāi)展。

1.7 重大設(shè)備的調(diào)試參與

核電廠的重大設(shè)備很多，應(yīng)高度重視主泵、汽輪發(fā)電機(jī)組、柴油機(jī)等設(shè)備，因此很有必要參與到這些設(shè)備的調(diào)試過(guò)程，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免留下隱患。同時(shí)參與過(guò)程也是經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程，對(duì)人員培養(yǎng)也很重要。

主泵是核電廠中唯一的核安全一級(jí)和質(zhì)量一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，在一回路溫度由冷態(tài)至熱態(tài)變化過(guò)程中振動(dòng)幅值變化明顯，存在一定的熱不平衡量，這必然會(huì)導(dǎo)致主泵振動(dòng)速度及軸位移偏高，影響主泵及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此對(duì)主泵的振動(dòng)監(jiān)測(cè)及動(dòng)平衡處理是每個(gè)振動(dòng)專業(yè)人員必備的核心技能。陽(yáng)江6 臺(tái)機(jī)組共有主泵18 臺(tái)，有10 臺(tái)在調(diào)試期間進(jìn)行過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)，進(jìn)行動(dòng)平衡的概率超過(guò)50%，動(dòng)平衡后主泵振動(dòng)都達(dá)到了優(yōu)秀水平，確保在商運(yùn)之前將主泵振動(dòng)降低至一個(gè)較低的范圍內(nèi)，為后續(xù)機(jī)組商運(yùn)打下良好的基礎(chǔ)。由于CPR1000 主泵設(shè)計(jì)上沒(méi)有泵振動(dòng)相位信號(hào)測(cè)量，給主泵動(dòng)平衡的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施帶來(lái)了很大不便，陽(yáng)江核電廠采用自主設(shè)計(jì)臨時(shí)支架加裝軸位移和鍵相傳感器進(jìn)行測(cè)量分析，新機(jī)組可以考慮在設(shè)計(jì)階段增加鍵相測(cè)量裝置或采用轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)合在線軸位移探頭的方式進(jìn)行振動(dòng)相位測(cè)量，不僅可以大大減少主泵動(dòng)平衡的現(xiàn)場(chǎng)工作量和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)安全及輻射防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，且日常期間可持續(xù)監(jiān)測(cè)主泵振動(dòng)相位也會(huì)提升重大設(shè)備的運(yùn)行管理質(zhì)量。

同樣，在汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試、柴油機(jī)調(diào)試期間，也發(fā)現(xiàn)了很多重大缺陷，如汽輪機(jī)1#、2#和3#瓦的振動(dòng)問(wèn)題以及柴油機(jī)進(jìn)回油管、202PO 進(jìn)出口管道振動(dòng)問(wèn)題等，經(jīng)過(guò)不斷的分析也已得到妥善處理。

1.8 KIR 系統(tǒng)提前移交管理

核反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部包括堆內(nèi)構(gòu)件和燃料組件，堆內(nèi)構(gòu)件主要由壓緊組件、吊籃組件、堆芯下支承組件等組成，各組件的部件和零件大部分通過(guò)螺釘、銷釘?shù)冗B接，盡管這些連接件采取了防松、防脫措施，但在堆長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行條件下，因水流沖擊和流致振動(dòng)的影響，可能會(huì)使某些零件產(chǎn)生松動(dòng)甚至脫落，從而在一回路中形成松脫部件，在施工、換料或維修時(shí)，也有在一回路系統(tǒng)內(nèi)遺留金屬件（稱外來(lái)件）的可能性。設(shè)備發(fā)生部件松動(dòng)，將使設(shè)備完整性受到破壞，影響其正常工作，松動(dòng)部件脫落后將隨流道運(yùn)動(dòng)、撞擊設(shè)備和器壁，使設(shè)備和器壁受損，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致反應(yīng)堆不能正常運(yùn)行。

KIR 系統(tǒng)即一回路松脫部件和振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為臨界最小系統(tǒng)，要求主泵啟動(dòng)前投入運(yùn)行。為更好地監(jiān)控一回路松脫部件情況，陽(yáng)江項(xiàng)目將KIR 系統(tǒng)改為冷試最小系統(tǒng)，在冷試前完成系統(tǒng)移交，制定調(diào)試期間KIR 系統(tǒng)巡檢及異常響應(yīng)制度，從機(jī)組冷試開(kāi)始就聯(lián)合調(diào)試人員每日進(jìn)行KIR 系統(tǒng)狀態(tài)巡檢，持續(xù)監(jiān)測(cè)一回路松脫部件。

1.9 二回路異物監(jiān)測(cè)的嘗試

在陽(yáng)江6 號(hào)機(jī)調(diào)試期間，為提前發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)二回路可能出現(xiàn)的異物事件，根據(jù)水流狀態(tài)及異物可能通過(guò)或者滯留的區(qū)域，最終選取ARE 主給水管道上的孔板和彎管位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)原理及方法則是，以KIR 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)原理為基礎(chǔ)，通過(guò)敲擊試驗(yàn)、觸發(fā)設(shè)置調(diào)整等現(xiàn)場(chǎng)模擬方式進(jìn)行適應(yīng)性修改，最終確定采用加速度傳感器拾取撞擊信號(hào)用以監(jiān)測(cè)可能出現(xiàn)的異物撞擊，同時(shí)為排除現(xiàn)場(chǎng)人員工作或誤碰導(dǎo)致的干擾信息，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域加裝攝像頭以監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。最終整個(gè)陽(yáng)江核電廠6 號(hào)機(jī)二回路轉(zhuǎn)水至滿功率期間，系統(tǒng)觸發(fā)了167 組信號(hào)，對(duì)每個(gè)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別后未發(fā)現(xiàn)有異物撞擊信號(hào)，信號(hào)觸發(fā)主要原因是人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、閥門動(dòng)作還有流體擾動(dòng)。這次二回路異物監(jiān)測(cè)的嘗試也為后續(xù)異物撞擊監(jiān)測(cè)的思路方法提供了很好實(shí)踐依據(jù)。

2 結(jié)束語(yǔ)

隨著整個(gè)核電大環(huán)境設(shè)備管理水平和理念的提升，對(duì)于組織和人員的要求也會(huì)逐漸增加。本文對(duì)陽(yáng)江核電廠6 臺(tái)機(jī)組的設(shè)備振動(dòng)管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，并列舉一些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例，對(duì)新建核電廠的振動(dòng)管理體系建立具有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。