核电关键设备加速老化分析与维修策略研究

核电关键设备加速老化分析与维修策略研究 核电关键设备加速老化分析与维修策略研 究 第31卷第1期 2011年1月 核电子学与探测技术 NuclearEleetronics&DetectionTechnology V01.31 Jan. No.1 2011 核电关键设备加速老化分析与维修策略研究 张圣,李继 (1.中科华核电技术研究院,深圳518124;2.中国电力科学研究院,北京100055) 摘要:针对核电站关键设备出现的加速老化问,给出了加速老化的因素,制定了技术路线,对设 备的老化状态,可靠性做了评估分析.并对加速老化机理分析和对策做了研究,为下一步设备维修策略 的制定奠定基础. 关键词:加速老化;可靠性;维修策略 中图分类号:TL38文献标识码:A文章编号:02584)934(2011)014)0274)4 目前大亚湾,岭澳核电站有相当一部分重 要敏感的核安全相关设备由于受到核电站本土 地域环境,制造工艺,材料或人为因素的影响, 在额外附加应力的作用下,会产生加速老化 (AcceleratedAging)的现象.这些环境或地域 因素带来的额外附加应力,有类似于环境试验 中的热应力,机械振动应力,电应力等,在强度 上相对比较弱,有数量级上的差别,但它们的加 速老化机理基本相同.换而言之,这些设备在 核电站正常运行过程中,相当于在进行一个长 时间的环境加速试验或寿命加速试验.由于核 电站加速老化问题,相当一部分重要敏感设备 在没有达到预期设计寿命之前,就会提前发生 老化,并导致设备或系统失效.如果核电站管 理层没有及时发现这些敏感设备老化迹象,未 进行及时更换,替代或适当检查与监测,会给核 电站运营造成比较大损失.实际运行经验证明 重要设备的加速老化不仅大大增加了维修成 本,部分设备还会因为老化失效带来安全隐患 和跳机跳堆,影响核电站的安全运行,存在潜在 危害 收稿日期:2009—12—21 作者简介:张圣(1983一),男,山东人,工学硕士,毕 业于武汉大学. 针对以上分析提出的问题,开展核电站关 键设备加速老化分析与维修策略研究,制定加 速老化分析方法和流程非常有必要. 1加速老化相关概念 1.1定义 核电站系统,设备和构筑物加速老化是指 其由于一种或多种加速老化因素,导致老化降 级速度显着加剧,设备明显提前于其设计寿命 或更换周期而发生大幅降级或失效.突出特征 具有显着性,早期性,特殊性.设备加速老化曲 线如下图1所示. .量 g 三? 爱 越 建 时闻time 图1设备加速老化曲线 1.2加速老化因素 加速老化因素包括:电厂环境,运行工况因 素;产品设计因素;制造工艺,材料因素;质保等 级因素;电站维修与管理因素. 27 2技术路线 国内外经验反馈表明,在设备设计寿命期 内,可能因各种因素产生加速老化问题.正确 的方法是分析识别设备的加速老化因素,定期 进行寿命评估,设备老化状态评估与老化状态 监测,在设备发生失效前提前干预,采取适当的 纠正或缓解措施.加速老化将围绕两个方面进 行:收集分析内外部经验反馈,确定需要进行分 析的专项和专题;分析电站实际情况,识别加速 老化因素,制定状态监测方法,制定相应的维修 策略. 3加速老化状态分析研究 3.1数据采集和分析 3.1.1现场数据采集和分析 (1)事件单现象,原因和后果分析 对现场发生的事件通过分析其现象,得出 原因,并判断可能会造成的后果. 为有效开展简单的日常跟踪和研究,每天 由专人分别负责事件单的筛选和审核.项目组 指派成员在收到跟踪任务后应尽快响应,同时 尽快完成现场检查核实工作和初步分析,资料 收集工作,并形成初步的书面报告,在每周的项 目组例会中汇报跟踪任务进展情况,制定下一 步工作计划. (2)历史事件数据分析 对历史发生的事件单和工作票进行统计, 分析,将其中发现存在与老化现象有关的事件 纳入加速老化专项分析和研究. (3)趋势曲线拟合 调查分析历史事件次数,拟合系统或设备 加速老化趋势曲线,预估未来发展趋势,为加速 老化分析提供支持. 3.1.2设备基础信息采集和分析 (1)材料,环境 收集设备的制造材料,制造工艺,精度等级 及设备要求的使用环境参数(温度,湿度,大气 腐蚀度和无尘度等)和设备现在的使用环境参 数(温度,湿度,大气腐蚀度和无尘度等). (2)设计寿命,设计特点 通过查询设备的设计,运行手册来收 集设备的设计寿命和设计特点(比如是否有针 对沿海地区的潮湿,大气腐蚀度高等特点而特 28 别增加的特殊设计等). (3)功能和故障后果 详细了解出现的加速老化现象会对设备正 常的功能发挥和电站的稳定运行带来怎样的影 响. 3.1.3维修信息采集和分析 收集现有的维修策略,维修程序和维修方 法等信息,以便在进行加速老化分析研究后针 对存在的加速老化现象,及时修改,更正维修策 略和维修方法. 3.2加速老化因素识别 3.2.1设计因素 判断,识别并确认所分析和研究的加速老 化现象中存在的因设备的设计原因(例如:设 备本身的设计缺陷)所带来的加速老化影响. 3.2.2环境因素 判断,识别并确认所分析和研究的加速老 化现象中存在的因设备的使用环境(例如:温 度,湿度,大气腐蚀)所带来的加速老化影响. 3.2.3制造工艺,材料因素 判断,识别并确认所分析和研究的加速老 化现象中存在的因设备的制造工艺(例如:制 造工艺精度不高),制造材料(例如:材料的成 分,选材不当)所带来的加速老化影响. 3.2.4质保因素 判断,识别并确认所分析和研究的加速老 化现象中存在的因设备的质量等级不符合设备 运行所要求的质量等级,或采购的设备质量等 级不达标所带来的加速老化影响. 3.2.5管理因素识别 判断,识别并确认所分析和研究的加速老 化现象中存在的因维修策略,维修程序,维修方 法的不当所带来的加速老化影响. 3.3评估 3.3.1总结存在的问题 通过分析加速老化机理,及时发现引起加 速老化现象的根本原因,深层次地剖析加速老 化现象背后所潜藏的规律,明确加速老化现象 可能带来的隐患及风险. 3.3.2分析设备加速老化趋势 根据对现场采集的数据,设备基础信息和 维修信息的分析及对存在的加速老化因素的识 别,从而分析设备加速老化现象的演变趋势. 3.3.3加速老化状态评估报告 根据现场数据的采集,设备基础信息的收 集,加速老化因素的识别和电站的经验回馈,分 析功能和故障后果,初步分析老化机理,完成所 分析系统,设备的状态评估,并给出初步的改进 性建议. 3.3.4必要时启动专项分析 外部老化经验反馈分析和建议报告:收集 EDF/EPRI等外部经验反馈资料,分析整理并 给出相关建议;加速老化机理分析及措施报告: 通过对加速老化因素的识别,编写老化机理分 析报告;设备老化可靠性与寿命评估报告:建立 加速老化可靠性模型,进行系统可靠性及寿命 分析;老化与寿命维修措施,改造,替代建议:综 合上述各项报告,汇总针对于系统,设备老化的 各种预防性,纠正性维修措施,并根据当前出现 的实际情况改进这些措施,同时更新或编写老 化与寿命管理大纲. 4设备老化与可靠性评估 建立加速老化可靠性模型,进行系统可靠 性及寿命分析,编写设备老化与可靠性评估报 告. 4.1可靠性评估方法 (1)电站故障数据样本量较大时 针对部件特性和行业,选择使用合理 的失效率分布拟合模型,例如转子轴老化等机 械部件老化选用指数/weibul1分布拟合,进行 分布参数估计和拟合优度检验,获得可接受的 失效率/可靠度曲线,根据计算MTTF. (2)电站数据样本不足时 选择合理的失效率分布模型后,将行业通 用失效率作为验前分布,利用电站数据采用 Ba)es方法对分布进行修正,获得适用的部件 失效率/可靠度曲线,根据公式计算平均故障前 时间M1TI,F. 4.2剩余寿命评估方法 核电站设备的剩余寿命评估方法,按评估 方法的性质分有如下3种: (1)解析法 根据各种运行情况下的材质老化数据和本 机组使用时间,温度和应力大小及其分布状况, 启停次数等工况,利用各种曲线,公式综合判 断,然后可以预测部件的剩余寿命. (2)破坏性试验法 从有代表性的部位取得试样后,进行相应 的机械性能实验并进行组织断口状况分析,化 学成分及碳化物分析,然后进行综合判断,进而 预测部件材料的剩余寿命.这种方法在实际机 组上取样有2种形式:一种是从被评估的机组 上直接取样;另一种是从电厂更换下来的,经过 长期运行后的部件上切取试样,其数据的准确 性高.但第一种方法受条件限制,相应部位的 取样会有各种困难;第二种方法需要有机组运 行情况的详细记录. (3)非破坏性试验法 不破坏机组部件,通过外部测量,试验就可 以定量掌握材质状况,因此也称为无损检测方 法(NDT). 在实际对机组部件进行寿命评估时,为使 结果更加可靠,往往将以上3种方法综合运用, 将得到的结果综合起来并结合材料性能数据来 评估,判断. 5加速老化机理分析与管理对策研究 5.1加速因素识别和老化机理分析 相对于加速老化状态评估阶段的初步分 析,这里的加速因素识别和老化机理分析是指 更加深人的研究.通常需要借助专业研究机构 (或专门仪器设备),材料老化专家的意见,从 而从更深层次理解设备加速老化的加速因素, 失效规律和老化机理. 5.2加速老化管理对策研究 针对具体的一种或几种加速老化因素及其 老化机理,结合电站实际情况,制定适合应用到 电厂的具有针对性的管理策略. 6制定维修策略 开展加速老化分析与维修策略管理研究的 最终目的是制定针对性的维修策略,有效抑制 或缓解设备的提前降级或失效,实现电站系统 设备的加速老化管理.成果内容包括提出维修 策略,老化与寿命维修措施,改造,替代建议. 综合研究的相关成果,汇总针对于系统,设 备老化的各种预防性,纠正性维修措施,老化探 测和缓解手段,并根据当前出现的实际情况改 进这些措施,同时更新或编写预防性维修大纲, 提出老化任务(老化探测和缓解手段),老化技 术课题(中长期技术项目)和老化指标(指导收 29 集指标相关数据,并进行). 7总结 开展核电站关键设备加速老化研究,根据 具体J隋况制定相应的维修策略.对提高重要敏 感设备可靠性,保证核电站安全裕度;最大限度 地减少由于加速老化引起的非计划停机/停堆, 降负荷与重大设备损坏;有效抑制或缓解设备 提前降级和失效,延长设备使用寿命具有重要 的现实意义. 参考文献: [1]Boyne,H.B.MethodologyfortheManagementof AnalysisandMaintenance ofNuclearPower AgeingofNuclearpowerPlantComponentsImportant tOSafety[R.TechnicalReportsSeriesNo338. IAEA,VIENNA.1992:13—20. 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Keywords:Acceleratedaging,Reliability,Strategyofmaintenance (上接第16页,Continuedfrompage16) CalibrationMethodofthePulsedX——rayRelativeSensitivity forST4O1PlasticScuntillators XIEHong—wei.SONGGu—zhou,WANGKui—lu (1.InstituteofNuclearPhysicsandChemistry,CAEP,Mianyang,621900,China, 2.InstituteofNo~hwestNuclearTechnology,Xihn,710024,China) Abstract:TherelativesensitivitycalibrationmethodofthepulsedX— rayinST401plasticscintillatorispresen' ted.Experimentalrelativesensitivitycalibrationsoftheplasticscintillatorsofdifferentthicknessesfrom1nMnto 50mmareaccomplished0nthe"Chenguang"pulsedX— raysourceandaCoradioactivesource,Theuncertain— tvofthecalibrati0ndataisevaluated,whichcanbetreatedastheexperimentalevidenceforther elativesensi- tivityconversionofST401plasticscintillator. Keywords:ST401plasticscintillator,gammaray,pulsedX—ray,relativesensitivity 30