喬 真，康澄杰，劉 偉

（中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司，湖北武漢 430223）

0 引言

以可靠性為中心的維修（RCM）是一套確認(rèn)哪些設(shè)備需要預(yù)防性維修（PM）的邏輯方法，廣泛用于航空、工業(yè)、能源等領(lǐng)域。1980年代以來，RCM方法也經(jīng)歷了不斷改進(jìn)和優(yōu)化，這些方法雖然在流程上略有區(qū)別，但都采取了從系統(tǒng)功能著手，而后分析影響功能實現(xiàn)的重要設(shè)備[1]。其流程需要分析人員必須了解各系統(tǒng)設(shè)計原理，熟悉RCM的分析方法，對分析者專業(yè)知識要求高，否則不僅不能保證功能分析完整，也容易導(dǎo)致重要設(shè)備發(fā)生遺漏或重復(fù)分析，最終分析效果不理想。后來衍生出多種的簡化方法，如SRCM（精簡型以可靠性為中心的維修），SRCM雖簡化了分析流程，但容易忽略一些重要的設(shè)備，同時缺少設(shè)備的隱性故障分析。本文介紹的失效后果分析（COFA）方法來自《Reliability Centered Maintenance-Implementation Made Simple》，是作者Neil B.Bloom四十多年航空和核電設(shè)備可靠性工作經(jīng)驗的總結(jié)，該方法彌補了經(jīng)典RCM和SRCM的不足，更加簡單和實用。

1 COFA分析方法介紹

在系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備眾多的核電廠，設(shè)備失效后果是設(shè)備管理人員關(guān)注的重點。COFA方法在經(jīng)典RCM方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了引申和改進(jìn)，按照以設(shè)備為中心的理念，從設(shè)備功能而不是系統(tǒng)功能著手，分析前視每個設(shè)備都同等重要。只要分析每一個設(shè)備的功能，也就包含了整個系統(tǒng)的所有功能，不會像其他RCM方法一樣發(fā)生遺漏系統(tǒng)的功能。

RCM起源于航空業(yè)，系統(tǒng)邊界和接口在民用航空領(lǐng)域已經(jīng)存在，航空業(yè)這樣做只是為了方便分析，將RCM方法完全照搬到核電行業(yè)是不合適的[2]。COFA從設(shè)備開始分析，分析過程中省去耗費精力的系統(tǒng)邊界和系統(tǒng)功能分析，可以簡化分析流程，提高分析效率。雖然COFA方法會導(dǎo)致設(shè)備分析數(shù)量增加，但相較于費事費力的系統(tǒng)邊界和系統(tǒng)功能分析，COFA方法增加的設(shè)備分析工作量微不足道[3]。

COFA方法強調(diào)設(shè)備的隱性故障分析，設(shè)備隱性故障不會立即對電廠產(chǎn)生影響，且不易被發(fā)現(xiàn)，在疊加其他事件（狀態(tài)轉(zhuǎn)換、設(shè)備失效等）會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。隱性故障的分析有助于發(fā)現(xiàn)核電廠的潛在隱患，為隱性故障開發(fā)合適的維修策略，可以提高核電廠的安全可靠性。

2 COFA分析流程

2.1 設(shè)備分級導(dǎo)則

COFA方法中，確定設(shè)備分級原則是關(guān)鍵步驟，COFA方法使用單一失效原則，隱性故障發(fā)生時不會對系統(tǒng)或電廠立即產(chǎn)生影響，所以需要對隱性故障進(jìn)行多重失效分析。如果隱性故障導(dǎo)致關(guān)鍵功能喪失，則該設(shè)備為潛在關(guān)鍵設(shè)備。潛在關(guān)鍵設(shè)備和運行到失效的設(shè)備都不會對電廠立即產(chǎn)生影響，其本質(zhì)區(qū)別是一個為隱性故障、一個為顯性故障。

按照設(shè)備失效影響重要程度，對Neil B.Bloom提出的設(shè)備關(guān)鍵度等級進(jìn)行適應(yīng)性修改，以滿足試點核電廠設(shè)備管理要求，由原來的5級（關(guān)鍵設(shè)備、潛在關(guān)鍵設(shè)備、法規(guī)監(jiān)管的設(shè)備、經(jīng)濟類的設(shè)備和運行到失效的設(shè)備）調(diào)整為4個級別：關(guān)鍵設(shè)備（CC）、重要設(shè)備（NC）和一般設(shè)備（RTM）。單個設(shè)備故障即可導(dǎo)致電廠停堆、停機、降功率、功率大幅度波動的設(shè)備為關(guān)鍵1級設(shè)備，對電廠的核安全和機組發(fā)電具有關(guān)鍵作用的設(shè)備為關(guān)鍵2級設(shè)備[4]。潛在關(guān)鍵設(shè)備不滿足關(guān)鍵1級條款，劃分到關(guān)鍵2級；法規(guī)監(jiān)管設(shè)備和經(jīng)濟類設(shè)備滿足重要設(shè)備條款，劃分到重要設(shè)備。

根據(jù)設(shè)備運行環(huán)境的嚴(yán)酷程度和工作頻度的高低，將工作環(huán)境分為“嚴(yán)酷（S）”和“良好（M）”，工作頻度分為“高（H）”和“低（L）”。

2.2 設(shè)備分級流程

在確定設(shè)備分級導(dǎo)則的前提下，基于COFA方法的設(shè)備分級流程如圖1所示。

（1）設(shè)備清單。設(shè)備清單由核電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)中導(dǎo)出，包括設(shè)備編碼、設(shè)備名稱和設(shè)備類型。

（2）描述設(shè)備所有功能及功能故障。根據(jù)系統(tǒng)流程圖、設(shè)計手冊、運行規(guī)程等資料，分析設(shè)備的所有功能，包括正常運行功能及應(yīng)急保護功能。COFA方法只分析能動設(shè)備，如泵、風(fēng)機、電動閥、變送器等，不分析非能動設(shè)備，如構(gòu)筑物、管道、節(jié)流孔板、手動閥等。如果設(shè)備有歷史失效記錄或行業(yè)經(jīng)驗反饋，則需要進(jìn)行功能分析。功能故障是設(shè)備不能完成其設(shè)計功能，并不會對分析提供有價值信息，COFA方法中設(shè)置功能故障是為了更好地了解分析流程，以及使COFA方法符合美國機車協(xié)會（SAE）JA1011標(biāo)準(zhǔn)中對RCM的定義。

圖1 設(shè)備分級流程

（3）功能失效的主要設(shè)備失效模式。設(shè)備失效模式為核電設(shè)備實際可能發(fā)生的主要失效模式。對于設(shè)備不太可能發(fā)生或概率很小的失效模式不予分析，除非設(shè)備失效有歷史失效記錄或行業(yè)經(jīng)驗反饋，要對此失效模式的適用性進(jìn)行分析。

（4）失效模式顯、隱性判斷。如果設(shè)備的故障模式是顯性的，在發(fā)生故障時，主控會有儀表監(jiān)視或報警，主控操作人員可以輕易發(fā)現(xiàn)，或現(xiàn)場操作人員可以通過巡檢發(fā)現(xiàn)。相反，設(shè)備的故障模式為隱性的，設(shè)備分級采用單一設(shè)備失效，對于隱性故障需要采用多重故障分析，對于一直處于備用的系統(tǒng)、設(shè)備，分析其在運行狀態(tài)時的設(shè)備失效。

（5）故障影響判斷。故障影響分析包括系統(tǒng)級影響和電廠級影響，系統(tǒng)級失效影響分析是為了更好地確定電廠級影響，最后根據(jù)設(shè)備分級導(dǎo)則條款確定設(shè)備的關(guān)鍵度。

2.3 PM開發(fā)流程

在核電廠實施RCM是為了編制或優(yōu)化設(shè)備預(yù)防性維修大綱。根據(jù)COFA方法完成設(shè)備分級后，對設(shè)備的關(guān)鍵/重要故障模式，需要開發(fā)適當(dāng)?shù)腜M策略，其具體流程如圖2所示。

從維修的有效性和費用考慮，在選擇維修項目時，首先考慮基于狀態(tài)的、非侵入式的維修任務(wù)，比如故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測等；在沒有實施條件的情況下，再考慮基于時間的定期維修，比如定期解體、更換、校準(zhǔn)等維修任務(wù)；對于設(shè)備故障模式為隱性故障，應(yīng)為其制定故障查找的維修任務(wù)，比如定期試驗。如果沒有合適的故障查找維修策略，需要對設(shè)備進(jìn)行設(shè)計變更。

維修周期可以依據(jù)預(yù)防性維修模板（PMT），結(jié)合設(shè)備運行狀態(tài)、廠家建議、行業(yè)經(jīng)驗、法規(guī)要求等內(nèi)容進(jìn)行確定，并在實施過程中不斷優(yōu)化。

圖2 PM開發(fā)流程

3 COFA方法應(yīng)用實例

COFA方法已經(jīng)在國內(nèi)某核電廠得到成功應(yīng)用，通過該方法完成了7個重要工藝系統(tǒng)的設(shè)備分級及PM大綱開發(fā)。設(shè)備分級結(jié)果和PM大綱優(yōu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如圖3和圖4所示。以凝結(jié)水系統(tǒng)的設(shè)備為例，對COFA方法進(jìn)行具體闡述。

3.1 設(shè)備分級

凝結(jié)水系統(tǒng)示例設(shè)備分析見表1。在凝結(jié)A運行時，凝泵A出口逆止閥（CEX004VL）卡在開位置，這時不會對凝結(jié)水系統(tǒng)和電廠產(chǎn)生影響，只有當(dāng)凝泵A切換或跳閘時，備用凝結(jié)水泵啟動，CEX004VL拒關(guān)，會導(dǎo)致凝結(jié)水倒流，除氧器供水不足。CEX004VL的拒關(guān)失效模式是隱性故障。

3.2 PM大綱開發(fā)

針對CEX004VL的重要故障模式，列出可能的故障機理，并分配能消除這些故障機理的有效維修任務(wù)和維修周期，見表2。在PM大綱開發(fā)過程中，充分利用PMT，可以大幅提高PM大綱的開發(fā)效率。

圖3 設(shè)備分級結(jié)果統(tǒng)計

圖4 PM大綱優(yōu)化統(tǒng)計

表1 設(shè)備分級示例

表2 PM大綱開發(fā)過程示例

凝結(jié)水系統(tǒng)每3個月有凝結(jié)水泵定期切換試驗，可以作為逆止閥故障查找的任務(wù)，本任務(wù)包含在凝結(jié)水系統(tǒng)定期試驗規(guī)程中。最后，對同一設(shè)備執(zhí)行周期相同或相近的維修項目（按執(zhí)行專業(yè)）進(jìn)行匯總，就完成了CEX004VL維修策略開發(fā)，見表3。

表3 CEX004VL預(yù)防性維修

4 總結(jié)

通過COFA方法優(yōu)化核電廠PM大綱，證實該方法更加簡潔高效，實用性強，體系完整，適用于核電廠設(shè)備的RCM分析。核電廠關(guān)鍵設(shè)備的管理已經(jīng)得到足夠多的重視，潛在關(guān)鍵設(shè)備的識別及制定合適的維修策略，可以作為電廠提升可靠性的一個關(guān)鍵手段。

COFA方法對軟件工具沒有要求，如果開發(fā)適用的軟件平臺，把分析流程電子化，集成典型設(shè)備的故障模式和預(yù)防性維修模板，可以大幅提高工作效率，共享已有的分析成果，同時還可以實現(xiàn)對COFA分析成果的動態(tài)管理。