核电厂设备寿期管理（LCM）技术流程研究_吕方明.pdf

第 39 卷第 4 期电站系统工程Vol.39 No.42023 年 7 月PowerSystemEngineering50文章编号：1005-006X(2023)04-0050-03核电厂设备寿期管理（LCM）技术流程研究吕方明1张祖磊2沈秀波2王保田2余桐泉1（1.中核武汉核电运行技术股份有限公司，2.三门核电有限公司）摘要：为促进国内核电厂寿期管理工作发展，介绍了美国核电行业寿期管理现状，以及美国核电厂寿期管理的一般技术流程。分析认为，寿期管理信息的分散性和成本数据的获取是我国核电厂寿期管理工作的难点。建议加强核电行业运维数据信息化建设，合理获取维修成本数据，积极开展寿命评估工作，为我国核电厂寿期管理业务实施提供便利，提高核电设备长期运维的经济性。关键词：核电厂；寿期管理；流程；经济性中图分类号：TL3文献标识码：BInvestigationonTechnicalProgramofComponentsLifeCycleManagementinNuclearPowerPlantLV Fang-ming1,ZHANG Zu-lei2,SHEN Xiu-bo2,et al.(1.China Nuclear Power Operation Technology Co.,Ltd.,2.Sanmen Nuclear Power Co.,Ltd.)Abstract：In order to promote the development of life cycle management(LCM)in nuclear power plants,theimplementation status of LCM in United States was introduced,and the general technical process of LCM in nuclearpower plants was described.As is analyzed,it is difficult to obtain LCM assessment information and the cost data whenLCM business is carried out in China.It is recommended that the information construction of operation and maintenance(O&M)should be enhanced,the maintenance cost should be handled reasonably,and the component life should beestimated actively.It is beneficial for our national nuclear power plant to develop LCM plan,which can improve theeconomics of long term O&M of components in nuclear power plants.Keywords:nuclear power plant;life cycle management(LCM);process;economic核电厂系统、构筑物和部件（Systems Structuresand Components,SSCs）的安全性和可靠性至关重要，核电业主对机组运行的经济性有一定的要求。寿期管理（LCM）是对老化管理和资产管理的整合，在保障设备性能和安全性的前提下，通过对设备运行、维修和服役寿命的优化，实现核电厂投资收益最大化1,2。美国电力运行研究院（EPRI）先后为多个电厂的 SSCs 制定了 LCM 计划，为电厂创造了显著的经济效益310，并发布了有关 LCM 的技术指南和原始资料。法国 EDF 与 EPRI 在寿命管理和资产评估方面开展了合作，旨在解决电厂资产延寿期间的技术问题，编制了相关的技术报告和软件产品1116。国内在装备研制领域17,18有涵盖估算技术、效能评估技术等涉及成本费用的研究，重点面向装备全寿期，费用模型较为复杂。国家电网也应用了资产全寿命周期管理的理论和方法19。目前，我国核电厂 LCM 技术研究的力量和资源较为分散，缺乏统一的标准和规范。基于此，本文介绍了 EPRI 发布的 LCM 技术流程，分析在国内核电厂开展 LCM 工作的难点，并提出相应建议。收稿日期：2022-04-18吕方明(1979-)，男，博士研究生，高级工程师。湖北武汉，4302231通用的技术流程核电厂制定和实施 LCM 计划的通用技术流程如图 1 所示。该流程可以概括为 4 个阶段：筛选与分级、技术评估、经济性分析和 LCM 计划的审查与实施。图 1寿期管理（LCM）通用流程1.1筛选分级EPRI 提出了 7 条涉及电厂经济运行的 LCM 对象筛选原则，见表 1。只要 SSCs 的特性符合表 1中的任意一条，就可以作为 LCM 对象进入后续的技术流程进行管理。可以看出，寿期管理对象是那些对机组经济运行有重要影响的 SSCs。EPRI 根据多年的实践经验，给出了表 2 所示的推荐 LCM 对象清单。EPRI 是以群组为单位进行寿期管理的，核电厂可以根据内部设备运维实际状况，参考表 2 清单直接选取重点对象开展寿期管理业务，避免大范围的对象筛选过程。第 4 期吕方明等：核电厂设备寿期管理（LCM）技术流程研究51表 1LCM 对象筛选原则序号原则描述1安全风险性高 维修准则的风险分级中重要度高的 SSCs2影响机组运行负荷对电力生产至关重要的 SSCs，失效后可能造成停机、停堆或大范围负荷波动，降低电厂收益3失效代价高昂 SSCs 失效会造成严重的间接事件，如火灾、飞射物、蒸汽冲击等4引起监管关注 纠正行动缺乏有效性，使 SSCs 的性能不能满足要求，而且发生重复失效，涉及核安全时会引起监管部门的调查，可能被限制生产直至问题解决5存在显著降质问题SSCs 存在过早或过度的非预期的老化降质问题，纠正性或预防性维修活动只能暂时缓解而不能根除问题，亦或更换困难或花费巨大6存在技术过时问题原始供应商或制造商不能供应设备对应型号的备件，SSCs 更换无法进行7存在长期维修问题SSCs 存在难以根除的缺陷，降低其可靠性或可用性，造成重复的维修成本投入表 2EPRI 推荐的 LCM 对象清单系统（安全相关）重大设备（成本高昂）一般设备（数量巨大）应急交流电源系统大型油浸式变压器控制继电器主蒸汽系统反应堆压力容器印刷电路板主给水系统堆内构件断路器高压安注系统汽轮机电液调节电机控制柜余热排出系统主汽轮机气动阀安全相关的厂用水系统 主发电机电动阀设备冷却水系统励磁机埋地管道辅助/应急给水系统汽水分离再热器电缆反应堆控制系统给水加热器存在流动加速腐蚀的SSCs配电系统给水泵（汽轮机驱动）除上述系统和设备之外，运行许可证延续涉及的其他 SSCs主循环水系统4kV 及以上电机仪表空气系统4kV 及以上电机驱动的电动泵从表 2 也可以看出，符合寿期管理筛选要求的SSCs 数量众多。因此，有必要对寿期管理对象进行优先级排序，以便集中资源优先解决关键问题。EPRI 推荐采用传统的 DELPH 过程，如表 3 所示3，以上述表 1 中 7 项原则为对象属性，为每个属性划分层次（如低 L、中 M、高 H）并分别赋值（如 1、3、5），同时，依据属性对电力生产经济性的重要程度赋予其相应的权重。各属性的层次得分与权重的乘积累加之后的得分即为 SSCs 的优先级分值，分值越高优先级也越高。表 3寿期管理对象的优先级打分方法示例SSCs安全风险WF=2电力生产WF=1.5失效代价WF=1监管关注WF=1.5异常降质WF=1技术过时WF=2长期维修WF=1.5得分设备 1HLHLMLL24.5设备 2LLHMMLM22.51.2技术评估寿期管理的技术评估流程见图 2。在筛选出寿期管理对象后，首先应当确定对象的管理范围，包括对象在机组系统中的边界，以及边界内重点关注的设备或部件，并分析对象的主要功能，后续所有工作均在此范围内展开。其次，寿期管理需要收集和分析大量的设备信息，归纳起来包括 3 方面的内容：核电行业内（包括其他行业同类）设备的运维历史信息，行业内对故障问题的经验反馈，以及本厂现有的管理措施。本部分的工作目标是获取设备管理经验，查找内部设备及其管理的潜在问题。图 2LCM 技术评估步骤然后，需要对本厂设备当前状态和未来发展趋势做出评估和预测，主要包括设备性能评估、老化管理审查和技术过时评估。提取能够反映设备状态的性能指标，建立安全阈值范围，通过性能评估判断设备当前老化状态并预测剩余寿命。分析设备或部件可能存在的老化机理，结合行业经验评估当前老化管理措施的全面性和有效性，为管理措施的完善提供必要的建议。技术过时是指因技术更新换代或制造厂停产等原因，无法从设备的原制造商采购到原始物项或满足电厂使用要求的推荐替代产品的现象。通过调查问卷的方式发现技术过时问题。最后，针对技术评估后发现的重大问题制定多种处置方案。通过技术评估可以发现影响设备运行的关键技术问题，在保证设备安全可靠的前提下，可能存在多种类型的解决问题的方案，如维修大纲优化、重大改造或更换、原始设计的变更等。1.3经济性分析在安全性和可靠性得到保证的前提下，从经济性角度评估各种处置方案是切实可行的。EPRI 分析了核电设备运维的成本模型，设计了 LcmValue 等软件用于预防性维修、纠正性维修、产能损失等成本的计算，并可以从年度成本、总成本和收益投资比等多个方面对多方案经济性进行对比，见图 3。根据经济性分析结果向决策层推荐最优的计划方案。图 3 长期方案的经济性对比1.4审查与实施技术部门制定并选出最优方案后，应当将其提交给核电厂技术主管部门和财务部门审查，确认方案的技术可行性和预算合理性，经管理层批准后予以实施。在方案的实施过程中，还应及时跟踪和反馈实施效果，在发现问题后能够及时更新和完善相关方案。2讨论52电站系统工程2023 年第 39 卷EPRI 提出的寿期管理流程在国内核电厂实施过程中，由于管理体制、数据基础和业主诉求等因素的差异，可能会存在多个方面的问题。2.1寿期管理信息的分散性图 1 所示流程中，各阶段工作均需要大量的数据，如核电行业运维事件、电厂的维修大纲和规程、设备的设计数据，以及维修、检查和监督等历史数据。在国内核电厂，这些数据往往分散在各种信息系统中，且已有的记录缺乏规范性，需耗费大量人力收集和整理。美国电力行业开发了涵盖大量行业运行经验的数据库，同时，大多数核电厂开发了专门的寿期管理程序，用于规范寿期管理相关的业务和数据，为寿期管理业务的开展提供了便利条件。目前，国内核电企业已进入数字化发展高速通道，逐步实现设备运维相关信息的规范化和标准化，可以为寿期管理工作提供更多有效的结构化数据，为实现寿期管理业务信息建设提供了便利条件。2.2成本数据的复杂性长期运维方案的经济性分析是寿期管理工作的核心，运维成本的分解结构见图 4，主要包括预防性和纠正性维修活动的成本，以及由于计划工期的延长和设备非停等生产异常造成的电力产能损失。其中，维修活动成本一般可分解为人力成本、备件材料成本，或转包合同金额等。相对于产能损失的估算，维修活动的成本更加难以估计。一方面，维修活动的人力成本难以标准化，即便是按照检修合同计算，往往也会出现大合同难以分解到某个具体SSC 的情况。另外，成本数据属于商业机密，无论是设备金额还是转包合同都难以获得真实的数据。成本分析的目标是为了比较多个方案的经济性，因此，在具体分析时使用的成本数据与真实数据之间应当保持相同的数量级，这样获得成本数据进行分析计算的可信度较高，分析结果更有参考价值。图 4维修成本的分解结构2.3寿命数据的欠缺设备的寿命（如设计寿命、鉴定寿命等）是制定长期运维方案的基础，然而，在 EPRI 公布的通用寿期管理流程中没有规定寿命评估的工作内容，而是直接使用行业平均的寿命数据或其他专项寿命评估的结果。这样的处理方式缩小了工作范围，但也可能降低长期运维方案的可信度。因此，在对重大设备尤其是关键敏感设备开展寿期管理工作时，应当开展专门的寿命评估工作。建议核电厂提高对寿命数据的重视程度，一方面尽可能从设计单位获取设备设计或鉴定寿命数据；另一方面根据实际服役环境对关键敏感设备开展寿命评估工作，预测设备剩余寿命，为制定合理的更换规划提供可信的数据支持。3结论本文介绍了 EPRI 发布的寿期管理技术流程，分析了流程各阶段的具体工作内容。国内核电企业开展寿期管理业务时应当建立专用的寿期管理程序和信息系统，用于规范寿期管理相关的数据信息。运维成本数据是长期运维方案经济性分析的核心内容，应当获取与真实数据数量级相同的信息，进一步提升核电企业运维成本数据的标准化水平。建议以设计、制造阶段的寿命数据为基础，加强设备服役期间的寿命评估工作，及时获取可靠的寿命信息，为长期寿期管理策略提供规划依据。参考文献1INPO.EquipmentReliabilityProcessDescription,AP-913,Revision1Z.2001.2EPRI TR1003058.Life Cycle Management Planning Sourcebook-Overview Report R.2001.3EPRITR1000806.DemonstrationofLifeCycleManagementPlanningfor Systems,Structures,and Components With PilotApplications at Oconee and Prairie Island Nuclear Stations R.2001.4EPRI TR1003059.Life Cycle Management Planning at V.C.SummerNuclear Plant Main Condenser,Radiation Monitoring System,andNuclear Safety-Related HVAC Chilled Water 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