李少帥 陳玲 蔡琦 張永發(fā) 王建

摘 要：對于運行時間較長的壓水堆，能夠準(zhǔn)確評估其壓力安全系統(tǒng)可靠性，對反應(yīng)堆后續(xù)工作有較大指導(dǎo)意義。壓力安全系統(tǒng)組成設(shè)備各具特點、狀態(tài)不一，相關(guān)管道閥門的性能劣化也有著自身的特殊性，系統(tǒng)可靠性難以定量計算。針對運行多年的某核動力一回路，利用模糊層次綜合評估方法對壓力安全系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了評估，評估結(jié)果表明壓力安全系統(tǒng)雖處于正常工作狀態(tài)，但整體存在嚴(yán)重程度老化，可靠性有較嚴(yán)重下降。該評估結(jié)果符合實際情況，證明了該方法的合理性與實用性。

關(guān)鍵詞：模糊評價 層次分析 壓力安全系統(tǒng) 可靠性

中圖分類號：TL361 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0097-03

壓力安全系統(tǒng)作為核動力一回路的重要輔助系統(tǒng)，其主要功能是對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)因溫度或容積變化產(chǎn)生的壓力波動進(jìn)行控制和保護(hù)，其可靠性對確保反應(yīng)堆的安全運行具有至關(guān)重要的作用[1]。隨著工作時間的不斷增長，系統(tǒng)的設(shè)備、部件、管路由于腐蝕、應(yīng)力、疲勞等原因，技術(shù)狀態(tài)呈下降趨勢，系統(tǒng)的使用可靠性隨之下降。因此，必須能夠準(zhǔn)確評估系統(tǒng)在指定時刻的可靠性，為其運行管理和維修決策提供依據(jù)。

核動力一回路壓力安全系統(tǒng)由電加熱器、電磁閥、電動閘閥等多種不同類型設(shè)備或部件組成，各部件和設(shè)備的老化機(jī)理和性能退化速度不同[2]；由于某些核動力裝置監(jiān)測可達(dá)性和子樣小的限制，定量評估各設(shè)備或部件的性能退化程度難度較大。模糊層次綜合評估方法是在已知信息不充分的前提下，評判具有模糊因素的系統(tǒng)可靠性或技術(shù)狀態(tài)方面具有較強(qiáng)的適用性[3]。該文基于壓力安全系統(tǒng)的構(gòu)成特性，采用模糊層次綜合評估方法，在合理假設(shè)基礎(chǔ)上開展了對某核動力一回路壓力安全系統(tǒng)的可靠性評估。

1 評估對象及初始條件

1.1 壓力安全系統(tǒng)流程與組成

某核動力一回路的壓力安全系統(tǒng)如圖1所示，由1臺穩(wěn)壓器、噴淋管線（1臺噴霧電磁閥）、蒸汽釋放管線（1臺蒸汽釋放閥）、安全泄壓管線（兩臺安全閥及其它閥門）、相應(yīng)管道和測量儀表等組成，系統(tǒng)的設(shè)備及管道全部布置在反應(yīng)堆艙內(nèi)。穩(wěn)壓器是系統(tǒng)核心設(shè)備，主要由電加熱器，噴霧裝置，封頭，波動管等組成。根據(jù)系統(tǒng)要求，電加熱器分為穩(wěn)態(tài)運行組、啟動調(diào)節(jié)組和備用組。噴霧控制閥門和蒸汽釋放閥為全密封電磁截至閥，穩(wěn)壓器循環(huán)閥為全密封電動閘閥，這些閥門可在聯(lián)合控制臺上遠(yuǎn)距離手動操作，也可以根據(jù)壓力信號自動啟閉。安全閥是無泄漏先導(dǎo)式安全閥[4]。

1.2 初始條件

某工作多年的核動力一回路裝置，在某次投入運行之前，進(jìn)行了例行的設(shè)備保養(yǎng)和裝置技術(shù)狀態(tài)普查。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)壓力安全系統(tǒng)的波動管、電動閘閥、電加熱器等設(shè)備或部件均有一定程度的老化現(xiàn)象。為評估該系統(tǒng)的可靠性，邀請專家進(jìn)行了現(xiàn)場勘查和部件設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的初步評估。

2 模型建立及評估步驟

2.1 層次劃分

分層過程當(dāng)中考慮到系統(tǒng)權(quán)重的合理劃分，該文將穩(wěn)壓器分為噴霧裝置，電加熱器，波動管以及輔助管道于第二層[5]，如圖2所示。根據(jù)實際應(yīng)用當(dāng)中電加熱器工作狀態(tài)又將電加熱器劃分為電加熱元件棒、電纜線以及接頭等影響因素。

2.2 狀態(tài)等級劃分和隸屬度的確定

該文根據(jù)各設(shè)備老化程度將設(shè)備狀態(tài)劃分為5個等級，各狀態(tài)定義如表1所示。

該文采用模糊統(tǒng)計實驗法確定定性指標(biāo)隸屬度函數(shù)。通過專家調(diào)查的形式，即給出評判對象和評價指標(biāo)根據(jù)，制作調(diào)查表（表2），分發(fā)給各位專家，統(tǒng)計評判因素對于各模糊子集的隸屬頻率，認(rèn)為隸屬頻率就是評判因素對于各模糊子集的隸屬度[6]。

從而得到單因素評價結(jié)果：，即該影響因數(shù)對于不同模糊子集的隸屬度。

從而得出同一個設(shè)備的不同影響因素對于各個狀態(tài)的隸屬度，構(gòu)成一個總的評價矩陣。

，

其中表示第個影響因素對于個模糊子集的隸屬度。將其歸一化后應(yīng)滿足。

經(jīng)過各專家對初始狀態(tài)的評估打分，得出表3所示各影響因素對于各評語集隸屬度[7]。

2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

為了使得評估矩陣具有一致性，該文對于有個不同影響因素的部件，因素之間采用兩兩對比方法確定出表4所示形式的評估矩陣。

該文采用具有自調(diào)節(jié)功能的層次分析法對各影響因素的不同權(quán)重值進(jìn)行計算。即保證評估矩陣滿足一致性的條件下，求出其特征向量，經(jīng)歸一化，即為各指標(biāo)權(quán)重值。

2.4 綜合評估

評價矩陣中每一行反映了某不同影響因素對于各個模糊子集的隸屬度，這些因素組成的權(quán)重向量將不同的行進(jìn)行綜合，就可以得到該被評事物從總體上來看對各等級模糊子集的隸屬程度，即模糊綜合評價結(jié)果向量。

2.5 定量計算

嚴(yán)格按照定義，并與實際應(yīng)用結(jié)合，將壓力安全系統(tǒng)劃分為圖2所示層次結(jié)構(gòu)，從而確定最底層影響因素，并如圖所示計算的出各層影響因素權(quán)重值[8]。如對于壓力安全系統(tǒng)，穩(wěn)壓器循環(huán)閥、噴霧裝置、噴霧控制閥、蒸汽釋放閥門、安全閥、輔助管道測量儀表、波動管、電加熱器權(quán)重分別為0.0763、0.1486、0.1064、0.1064、0.2371、0.0391、0.0571、0.0489、0.1855；對于穩(wěn)壓器循環(huán)閥各指標(biāo)U11到U15權(quán)重分別為0.0522、0.4679、0.1438、0.2839；噴霧裝置各影響指標(biāo)U21到U25權(quán)重分別為0.1720、0.2565、0.0944、0.3827、0.0944、0.3827、0.0944；噴霧控制閥（蒸汽釋放閥）各影響指標(biāo)U31到U36權(quán)重分別為0.0583、0.5067、0.2601；安全閥各影響指標(biāo)U51到U53權(quán)重分別為0.5067、0.2332、0.2601。測量儀表各影響指標(biāo)U71到U73權(quán)重分別為0.2332、0.2601、0.5067；電加熱器各影響指標(biāo)到U91到U97權(quán)重分別為0.4679、0.2839、0.1438、0.0261。

最后經(jīng)模糊合成得出壓力安全系統(tǒng)老化狀態(tài)屬于“Ⅰ級”的隸屬度為0.0668，屬于老化“Ⅱ級”的隸屬度為0.1977，屬于老化“Ⅲ級”的隸屬度為0.3341，屬于老化“Ⅳ級”的隸屬度為0.2904，屬于老化“V級”的隸屬度為0.1090。

3 評估結(jié)果分析

（1）根據(jù)最大隸屬度原則[9]，可以得出該核動力裝置壓力安全系統(tǒng)老化狀態(tài)處于“Ⅲ級”老化，屬于正常工作狀態(tài)，即該壓力安全系統(tǒng)有一定程度的老化，但對設(shè)備安全運行影響較小，個別狀態(tài)量可能稍有下降，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可以繼續(xù)運行，故障率較低。

（2）該壓力安全系統(tǒng)對于“Ⅳ級”狀態(tài)的隸屬度也較大，即該壓力安全系統(tǒng)狀態(tài)比較接近于容忍工作狀態(tài)，狀態(tài)不是十分樂觀。

4 結(jié)語

（1）計算結(jié)果較好的符合該壓力安全系統(tǒng)已工作多年的實際情況，說明了該方法的合理性以及實用性。（2）從提高系統(tǒng)整體狀態(tài)角度考慮，應(yīng)首先從各影響因素當(dāng)中，權(quán)重最大的入手。如壓力安全系統(tǒng)中的安全閥。（3）在后續(xù)工作當(dāng)中，可以適當(dāng)降低運行產(chǎn)數(shù)，更換或及時維修老化程度嚴(yán)重的部件，以提高該壓力安全系統(tǒng)壽命。

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