韓 偉，徐霞軍，周哲俊，滕建剛，趙國輝

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

自2010年以來，國家核安全局一直在籌劃和推動國內(nèi)核電廠逐步建立基于性能和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測的安全監(jiān)督體系，要求核電廠對其重要系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物建立安全性能準(zhǔn)則，對設(shè)備和系統(tǒng)退出運(yùn)行進(jìn)行維修和試驗(yàn)活動時的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測和管理，即用維修規(guī)則(MR)來管理；MR的實(shí)施也將有助于國家核安全局將有限的資源集中在對核電廠安全性能的結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)控制過程的監(jiān)督上，確保安全重要SSCs得到有效監(jiān)管，提高監(jiān)管效率。同時，近年來國內(nèi)核電營運(yùn)單位或研究機(jī)構(gòu)開展了設(shè)備可靠性管理和維修優(yōu)化的工作，例如可靠性過程管理(INPO AP-913)和以可靠性為中心的維修(RCM)等，以期在確保安全相關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)及部件可靠性的同時，降低因維修過度或不足而導(dǎo)致安全或經(jīng)濟(jì)上的影響。

2016年11月國家核安全局發(fā)布了《提高核電廠維修有效性的技術(shù)政策(征求意見稿)》，2019年4月組織了《維修規(guī)則實(shí)施大綱》的專題討論，擬在國內(nèi)核電廠推廣應(yīng)用維修規(guī)則，目前國內(nèi)各核電廠也在開展維修規(guī)則研究和試點(diǎn)工作，逐漸具備了基于維修規(guī)則實(shí)施RCM預(yù)維優(yōu)化工作的條件；基于維修規(guī)則實(shí)施RCM預(yù)維優(yōu)化工作，可以保證核電守住安全底線，滿足核安全監(jiān)管要求所需要的固有安全可靠性，同時提高核電廠運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 維修規(guī)則

1.1 維修規(guī)則的基本內(nèi)容

維修規(guī)則是美國核管會基于有效維修對核安全有重要影響的認(rèn)知，于1991發(fā)布的一份法規(guī)文件10 CFR 50.65《Requirements for monitoring the effectiveness of maintenance at nuclear power plants》，譯為《核電廠維修有效性監(jiān)測要求》，工業(yè)界稱之為“Maintenance Rule(維修規(guī)則)”(簡稱“MR”)。1996年在美國核電廠正式實(shí)施，2000年NRC對該規(guī)則進(jìn)行了修訂，維修規(guī)則是美國第一個風(fēng)險(xiǎn)指引(risk-informed)和基于性能(performance-based)的強(qiáng)制性管理要求。

維修規(guī)則適用于對安全相關(guān)和部分非安全相關(guān)SSCs的維修監(jiān)管，為配合監(jiān)管要求，美國核資源理事會于1993年5月提交了一份維修規(guī)則的實(shí)施指導(dǎo)文件NUMARC 93-01《核電廠維修有效性監(jiān)測行業(yè)指導(dǎo)》，NRC隨后發(fā)布R.G.1.160《監(jiān)測核電廠維修的有效性》對NUMARC 93-01進(jìn)行認(rèn)可并建議核電廠參考應(yīng)用。

實(shí)施維修規(guī)則的主要目的是衡量/評價(jià)核電廠的維修有效性，強(qiáng)調(diào)適當(dāng)、有效的維修對核電廠安全的重要性，保證核電廠核與輻射安全相關(guān)的SSCs維修活動的有效性和正當(dāng)性，保證核電廠SSCs在合理維修的基礎(chǔ)上能夠執(zhí)行既定功能，同時在可靠性與可用率之間尋求最佳平衡點(diǎn)。

維修規(guī)則包括范圍篩選、風(fēng)險(xiǎn)重要性判斷、性能指標(biāo)設(shè)定、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、維修有效性定期評估和維修活動風(fēng)險(xiǎn)管理等模塊，各模塊相互關(guān)聯(lián)；實(shí)現(xiàn)維修有效性的監(jiān)測和評估要求；通過設(shè)定性能指標(biāo)持續(xù)監(jiān)測目標(biāo)SSCs，對不滿足性能指標(biāo)的SSCs加強(qiáng)關(guān)注和采取措施，從而提高設(shè)備可靠性，并實(shí)現(xiàn)可靠性與可用性的平衡。

1.2 維修規(guī)則的應(yīng)用效果

美國實(shí)施維修規(guī)則后，由于人力物力資源集中用于關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備，能減少關(guān)鍵設(shè)備故障所導(dǎo)致的跳機(jī)或降負(fù)荷的概率；此外MR的維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)管理提供了擴(kuò)大在線維修的基礎(chǔ)，約有半數(shù)以上的大修項(xiàng)目可以從大修階段調(diào)整到日常進(jìn)行，有效減少大修階段人力物力的負(fù)荷，不僅提高檢修質(zhì)量，也縮短大修工期，有效的提升了機(jī)組的安全性及營運(yùn)績效。

自美國于1996年正式實(shí)施MR后，效益顯著，核電廠績效持續(xù)提升，取得了卓有成效的成績，美國核電廠人員稱贊維修規(guī)則是美國歷來最好的核能管制法規(guī)；其中主要實(shí)施效果包括以下3方面：

(1)降低核電廠重大事件次數(shù)

美國核電廠平均重大事件次數(shù)由20世紀(jì)90年代開始實(shí)施之時呈逐年下降的趨勢，由年均0.2次持續(xù)降低，除了因核電廠提高自身管理及硬件改造外，MR的實(shí)施，也是是引起這種變化較為重要的因素之一。

(2)提高核電廠平均能力因子

美國核電廠平均能力因子由20世紀(jì)90年代開始實(shí)施之時的76.6%開始持續(xù)提升，目前已經(jīng)達(dá)到90.0%以上。

(3)減少核電廠平均換料大修時間

美國核電廠平均換料大修時間由開始實(shí)施時的80 d開始持續(xù)減少，核電廠在控制風(fēng)險(xiǎn)的同時，將更多的大修期間的任務(wù)靈活地調(diào)整為功率運(yùn)行下的在線維修或試驗(yàn)。

維修規(guī)則實(shí)施的主要成效不僅在于能力因子的提升、換料大修時間的縮短和平均重大事件次數(shù)的降低，還利于核電業(yè)主識別高風(fēng)險(xiǎn)的SSCs，掌握重要安全系統(tǒng)性能狀況，系統(tǒng)評價(jià)維修有效性，確保檢修作業(yè)質(zhì)量，減少非?；蚪倒β蚀螖?shù)，從而提高機(jī)組安全度和設(shè)備可靠度；也有利于核電業(yè)主充分利用核電廠的資源提高維修的有效性，調(diào)整和控制可用性和可靠性的平衡，使得核電廠的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性得到提高; 核電業(yè)主可以將MR作為擴(kuò)大在線維修的基礎(chǔ)，提升大修品質(zhì)和縮減大修工期，增加發(fā)電績效，達(dá)到在線維修自主管理的目標(biāo)。同時維修規(guī)則也可作為整體核電廠安全評估的基礎(chǔ)。

2 以可靠性為中心的維修

2.1 以可靠性為中心的維修的基本內(nèi)容

RCM(Reliability Centered Maintenance)意為“以可靠性為中心的維修”，是目前國際上流行的、用以確定設(shè)備預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。按國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 1378—92《裝備預(yù)防性維修大綱的制定要求與方法》，RCM定義為：“按照以最少的資源消耗保持裝備固有可靠性和安全性的原則，應(yīng)用邏輯決斷的方法確定裝備預(yù)防性維修要求的過程或方法”。

RCM 思想最早起源于 20 世紀(jì) 60 年代的美國航空領(lǐng)域。結(jié)合美國航空界和美國軍方相關(guān)理論研究和實(shí)踐成果，經(jīng)過系統(tǒng)研究和總結(jié)，Stanley Nowlan 和 Howard Heap 于 1978 年發(fā)表了《Reliability Centered Maintenance》，正式提出了以可靠性的維修優(yōu)化技術(shù)(RCM)，奠定 RCM 學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)。RCM 目前已經(jīng)發(fā)展成為國際通用的一種優(yōu)化維修制度、改進(jìn)設(shè)備管理策略的系統(tǒng)工程方法。

美國電力科學(xué)研究院(EPRI)最早于 1983 年開始將 RCM 引入至Turkey、McGuire、San Onofre三座核電廠進(jìn)行研究與應(yīng)用，取得了顯著效果，之后在美國多座核電廠得到推廣。近幾十年來，核能領(lǐng)域廣泛引進(jìn)并推行 RCM，RCM 維修優(yōu)化技術(shù)在核能領(lǐng)域維修管理、設(shè)備管理中發(fā)揮越來越大的作用。

RCM的基本思路是對系統(tǒng)進(jìn)行功能與故障分析，明確系統(tǒng)內(nèi)各故障后果；用規(guī)范化的邏輯決斷程序，確定各故障后果的預(yù)防性對策；通過現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、專家評估、定量化建模等手段在保證安全性和完好性的前提下，以最小的維修停機(jī)損失和最小的維修資源消耗為目標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)的維修策略。它是確定設(shè)備預(yù)防性維修需求的一種方法、手段或過程，它有實(shí)實(shí)在在的分析過程與內(nèi)容，它不是一種具體的維修方式，也不是籠統(tǒng)意義上的維修思想，它是一種分析過程和方法。

2.2 以可靠性為中心的維修的應(yīng)用效果

RCM是一種以可靠性為中心的維修理論與方法，其重在管理故障后果，針對故障后果制訂相關(guān)維修策略，從而預(yù)防或減輕故障的影響。RCM的分析與應(yīng)用的主要效果如下：

(1)提高核電廠經(jīng)濟(jì)效益

通過RCM分析確定的維修任務(wù)在保證維修效果的前提下對維修內(nèi)容與頻度進(jìn)行了優(yōu)化，減少了人工時的投入，同時采取了最有效的維修任務(wù)，對不必要的項(xiàng)目進(jìn)行了整合與精簡，有數(shù)據(jù)表明RCM可使定期維修工作量下降約40%～70%，從而降低了維修成本，提高了維修的經(jīng)濟(jì)效益。此外，RCM分析后確定的部分維修任務(wù)的頻度延長，或采用了可在線維修替代原先需要停機(jī)檢修的任務(wù)，減少了停機(jī)時間，提高了運(yùn)行效益。

(2)提高設(shè)備可靠性

RCM分析通過建立故障模式與功能故障間的關(guān)系，為設(shè)備確定了合適的維修內(nèi)容與頻度，在確保設(shè)備有全面的維修任務(wù)的同時也避免了對設(shè)備的過度維修，從而減少了設(shè)備因缺乏預(yù)防性維修以及維修過于頻繁而造成的設(shè)備失效，提高了設(shè)備的可靠性。

(3)延長貴重設(shè)備的壽命

在RCM分析過程中，通過確保每臺設(shè)備得到最低限度必需的維修，有助于確保設(shè)備與其保持完好的支撐結(jié)構(gòu)和備件同壽命，有助于用戶獲得最長的單獨(dú)部件的有用壽命。同時，確定主動性維修工作時優(yōu)先考慮了狀態(tài)監(jiān)測，尤其是針對貴重部件狀態(tài)監(jiān)測運(yùn)用的更加廣泛。由于狀態(tài)監(jiān)測屬于一種非破壞性維修，對于設(shè)備的干擾性很小，基本不會影響設(shè)備的完整性以及運(yùn)行環(huán)境，從而延長了設(shè)備使用壽命。

3 基于維修規(guī)則實(shí)施RCM預(yù)維優(yōu)化工作的研究與探討

安全是核電發(fā)展的生命線，福島核事故后，核電建造過程中更加重視安全的投入，應(yīng)對極限核事故的專設(shè)安全系統(tǒng)、移動應(yīng)急設(shè)備已成為核電廠的標(biāo)配，由于安全投入的不斷提高等原因，核電建設(shè)成本節(jié)節(jié)攀升，與此同時在市場經(jīng)濟(jì)條件下，核電廠作為生產(chǎn)電力的企業(yè)，同其他電力企業(yè)一樣受到成本方面的挑戰(zhàn)，市場也要求核電廠提供具有競爭力的電力價(jià)格水平；提高核電廠的運(yùn)行維修的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行和維修成本成為國內(nèi)外各大核電廠一直追求的目標(biāo)。為了在已經(jīng)處于“買方市場”“核電參與競價(jià)上網(wǎng)”的電力市場中獲取足夠的利潤和發(fā)展空間，必須在滿足安全的前提下，通過降低生產(chǎn)運(yùn)維成本，維持電力生產(chǎn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的能力；基于維修規(guī)則實(shí)施預(yù)維優(yōu)化工作，可以使核電廠既滿足核安全監(jiān)管要求所需要的固有安全可靠性，又保持電廠高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

以可靠性為中心的維修RCM和維修規(guī)則MR在美國等核電廠應(yīng)用并取得了很大的成功，為了保證機(jī)組的安全可靠性和維修有效性，國內(nèi)核電廠有必要協(xié)同開展RCM和MR的推廣應(yīng)用工作，建立基于維修規(guī)則實(shí)施RCM預(yù)維優(yōu)化的流程。

3.1 基于維修規(guī)則實(shí)施RCM預(yù)維優(yōu)化流程

為實(shí)現(xiàn)MR與RCM的結(jié)合，本文探討基于MR建立RCM維修優(yōu)化的工作流程(見圖1)，以期在保證設(shè)備安全可靠性的基礎(chǔ)上實(shí)施預(yù)防性維修優(yōu)化。

圖1 基于維修規(guī)則實(shí)施RCM預(yù)維優(yōu)化的流程Fig.1 Process of implementing the RCM pre-maintenance optimization based on the MR

3.2 基于維修規(guī)則實(shí)施RCM預(yù)維優(yōu)化流程說明

本流程提出了一個系統(tǒng)基于維修規(guī)則開展RCM預(yù)防性維修優(yōu)化的設(shè)想，包括組建基于MR的維修規(guī)則工作組、根據(jù)系統(tǒng)是否屬于MR安全相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行MR功能和非MR功能判斷，對于非MR范圍設(shè)備按一般RCM流程實(shí)施維修規(guī)則優(yōu)化；對于MR范圍設(shè)備按基于維修規(guī)則的RCM優(yōu)化流程進(jìn)行實(shí)施；主要步驟如下：

(1)MR安全相關(guān)系統(tǒng)的識別

根據(jù)系統(tǒng)對核電廠運(yùn)行的重要作用，包括保證反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的完整性、反應(yīng)性控制和放射性包容等要素進(jìn)行MR安全相關(guān)系統(tǒng)的判定，具有MR范圍內(nèi)安全功能的系統(tǒng)為MR范圍內(nèi)的安全相關(guān)系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)MR功能的判定

參考系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件、正常運(yùn)行規(guī)程、事故運(yùn)行規(guī)程、儀控邏輯功能圖等文件，列出系統(tǒng)功能；通過分析功能失效及其影響，結(jié)合安全相關(guān)和非安全相關(guān)SSC范圍篩選原則，識別出系統(tǒng)的維修規(guī)則功能。

(3)設(shè)備故障模式識別、故障影響和后果分析

列寫設(shè)備清單時，應(yīng)先確定系統(tǒng)邊界上的設(shè)備，再結(jié)合系統(tǒng)流程圖和核電廠主數(shù)據(jù)列寫系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備，然后分析故障模式對功能的影響和產(chǎn)生的后果。

(4)MR設(shè)備的判定

確定設(shè)備的故障模式和故障概率后，進(jìn)一步分析故障模式對系統(tǒng)功能的影響，如果某一設(shè)備的某一故障模式影響到了該系統(tǒng)的維修規(guī)則功能，則該設(shè)備即為維修規(guī)則范圍設(shè)備。

(5)結(jié)合MR設(shè)備狀態(tài)，提出維修優(yōu)化任務(wù)

針對維修規(guī)則范圍設(shè)備所處的監(jiān)測狀態(tài)——“a(1)：狀態(tài)是不可接受的，對其實(shí)施的維修有效性不足，需采取相應(yīng)的糾正行動”或“a(2)：狀態(tài)是可接受的，對其實(shí)施的預(yù)防性維修能有效的控制該SSCs”——提出不同的預(yù)防性維修任務(wù)，經(jīng)維修規(guī)則專家組審查通過，生效維修導(dǎo)則。

(6)優(yōu)化預(yù)防性維修大綱

依據(jù)維修導(dǎo)則，開展設(shè)備預(yù)防性維修大綱優(yōu)化。

4 結(jié)語

核電廠實(shí)施維修規(guī)則，核電廠對維修有效性以及維修活動的風(fēng)險(xiǎn)得到監(jiān)測和有效管理，核電廠預(yù)防性維修大綱優(yōu)化工作的開展有了維修規(guī)則作為邊界，獲得了開展設(shè)備預(yù)防性維修優(yōu)化的靈活性；核電廠可以在滿足維修規(guī)則安全性要求的前提下，基于維修規(guī)則實(shí)施預(yù)防性維修優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)核電廠降本增效。