大亚湾核电站在线设备的预测性维修探索及应用Word文件下载.doc
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A、B、C)仅占所有故障模式的11%(其它工业没有超过20%),而89%的故障模式(曲线;
D、E、F)与运行的时间无关。
从新的故障模式曲线可以得出以下结论:
1.1、设备的可靠性与运行时间(部件寿期)之间的联系并没有想像那么密切。
并非是对设备修得越频繁,设备就越可靠。
除非有一种支配性部件与运行时间相关(如:
密封垫、橡胶隔膜、阀门盘根等),否则,设备大修对提高可靠性贡献不大。
1.2、89%的设备故障与时间无关,并不能通过对设备定期解体维修(定期维护、定期更换)来避免设备失效,相反,应采取对设备进行科学的状态监测,了解设备运行状态,跟踪其变化趋势根据设备状态决策维修。
1.3、由于设备早期失效率达到72%,如果对设备进行过分维修,就会将原本运行在稳定期的设备重新返回到早期失效状态,因此,定期对设备进行解体大修,不但不能提高设备的可靠性,反而增加了设备的故障率(定期易损件更换除外)。
但对故障后果极为严重的设备另当别论,必须对其采取相应预防措施,降低故障后果造成的影响。
综上所述,大多数设备自身的故障特性并不支持其解体维修。
那么现行的以设备大修为主导的预防性维修就可以放弃吗?
答案是明确的“不能放弃”,这是由于核电站的运行特性和部分设备存在与时间相关故障模式决定的。
本文不对预防性维修给予更多地描述,只以预测性维修为探索对象,与同行进行探讨。
2.预测性维修的内涵及意义
预测性维修是通过状态监测手段诊断设备运行能否保持满足期望性能指标,以便采取措施预防功能故障或避免功能故障的后果。
实践证明;
大量的设备故障不会瞬间发生,总是有一个发展过程,且这个发生过程能够被捕捉到即能够显示功能故障将要发生或正在发生。
这种故障被称为潜在故障。
状态监测是管理潜在故障最有效的方法。
它在运行设备没有完全失效(功能故障)前,对其采取必要措施,防止功能故障避免或降低故障后果。
例如,控制棒驱动机构电源系统(RAM)的发电机滑环表面粗糙,造成碳刷的磨损加快,这时一个潜在故障。
如果发现及时(定期监视碳刷长度,低于20mm更换碳刷)可以及时对发电机滑环进行处理或更换,并更换被磨短的碳刷。
就可以防止由于碳刷太短不能与滑环有效接触,造成该列发电机组失磁保护动作故障跳闸这一功能故障。
但是状态检修不是万能的,实施状态检修并不能完全取代定期维护、定期检修、定期试验等工作内容。
它只能管理具有潜在故障的故障模式。
例如,我们可能都有这样的经验;
家里买的电视机,新的时候很少发生故障,也不可能将电视机送去维修,当使用7~8年的时候,可能会发生跳屏或连续开机一段时间发生黑屏现象,如果不及时将电视机送去修理,可能就完全不能看了。
有时维修人员会给您一个建议:
“换一台新的电视吧”!
这是因为电视机内的一些电子元器件已经到了寿期,或者一些与时间相关的故障模式发挥作用(焊点开裂)。
由此可见,对电视机是不能采取预测性维修方式来管理的。
2.1.状态监测的频度确定
执行状态监测过程中,除了考虑设备故障模式是潜在故障之外,还需要考虑P-F间隔,即从故障变得可以探测的那一点到潜在故障发展成为功能故障的那一点之间所需要的时间见图二。
其中:
P1或P2-能发现设备故障的点即潜在故障点。
F-设备失效点即功能故障点。
P-F间隔在实施状态监测中起到重要作用,它决定了状态监测的频度。
一般情况下不同的故障模式P-F间隔长短也不同,变化范围从几秒到几十年不等。
如果检查到的潜在故障点与正常状态偏差越小,需要的监测设备灵敏度越高,但P-F间隔越长,即P1的偏差和P1-F间隔。
如果检查到的潜在故障点与正常状态偏差越大,P-F间隔越小,即P2的偏差和P2-F间隔。
实施状态监测需要在潜在故障发展成功能故障之前监测到潜在故障,那么状态监测频度必须要小于P-F间隔,但状态监测频度不能大于P-F间隔。
如果状态监测间隔比P-F间隔长,就有可能完全漏掉故障,起不到状态监测的作用。
反之状态监测间隔远远小于P-F间隔,监测过程中会浪费资源。
例如,对某一电动泵实施状态监测管理,其中一项任务是定期用红外线测温仪测量轴承温度,并跟踪其变化趋势。
一般情况下轴承由于缺少润滑油(不是完全没有)或安装不当,会造成轴承磨损轴承温度会升高。
根据经验此故障的P-F间隔为几天至数月。
如果每周测量轴承温度一次,那么肯定能够监测到轴承温度比正常温度高这一潜在故障。
相反,如果每半年测量轴承温度一次,就可能错过整个故障过程,起不到状态监测的作用。
如果每天测量轴承温度一次,又是对人力资源的浪费。
其实确定状态监测的频度,难点在于确定设备某一部件的P-F间隔。
这就需要我们积累经验,了解设备的习性。
如果不能确定状态监测的频度,就不能用状态监测手段管理故障模式,选用其它方法对其管理。
2.2.预测性维修的必要条件
实施状态监测必须满足下列条件,方可实施对故障模式的管理。
⑴能够确定一个明显的潜在故障状态;
对某一设备实施状态监测,必须知道设备具有那些故障模式会引起功能故障,且故障模式是潜在故障,从而对这个潜在故障进行监测。
否则,不能对这一设备实施状态监测管理。
科学选点十分重要。
⑵P-F间隔比较稳定;
选择了能够表征设备运行状态的潜在故障点,这个潜在故障点的P-F间隔必须是较稳定,否则,无法正确确定状态监测的时间间隔,因此也无法实施状态维修。
⑶状态监测具有可操作性;
状态监测频度必须要小于P-F间隔,且实施的状态监测手段能够监测到潜在故障的发生过程。
否则,无法实施状态维修。
⑷潜在故障的P-F间隔必须足够长;
如果被选择的潜在故障点的P-F间隔很短,短到即便在很高频率的状态监测下,监测到潜在故障点的故障发生,但没有足够的时间来处理故障且无法避免故障发生所带来的后果。
同样,实施状态监测管理故障不可行。
2.3.预测性维修的技术手段
实施状态维修有以下技术手段给予支持;
2.3.1状态监测技术;
2.3.2主要测量参数监测技术;
2.3.3基于人的感官检查技术。
⑴状态监测技术;
用敏感的设备检查其它设备的运行状态,称状态监测技术。
其实,状态监测技术是一种人的感官的高灵敏度形式,一些高灵敏监测设备,可以提前较长时间发现潜在故障的发生,这对状态监测十分有力。
但它也有一定的局限性,大多数监测设备只能监测一种状态,没有人的感官那么全面。
当今,一些技术人员已经研究出或正在研究系统监测设备,克服单一监测设备的局限性。
例如,汽轮机专家诊断系统,发电机在线专家故障诊断系统。
选用状态监测设备是一项技术性很强事情,在决定采用状态监测技术之前,要考虑以下事项:
*选用状态监测设备能够监测到潜在故障的发生过程。
*一些监测设备技术含量较高,对操作人员给予相应的培训。
*一些复杂监测设备价格昂贵,考虑是否值得做。
*监测设备本身也可能发生故障,要考虑对它的维护。
⑵主要测量参数监测技术;
在核电站的每一个系统中,为了表征系统或设备运行状态,设计安装了一些监视仪表。
如:
压力表、温度表、电压表、电流表、转速表等等。
这些仪表为实施状态监测提供了最直观的信息。
人们可以通过观察、记录以及对其趋势分析,判断系统或设备的运行状态。
但是,我们也要考虑以下事项:
*选择那些参数作为状态维修的内容时,要科学选点。
不要将系统内所有安装的仪表都作为监视对象,这样会造成大量人力、物力资源的浪费。
一定要根据被管理的故障模式需要,选择那些能够表征该故障模式的潜在故障发生过程的参数,作为监视参数。
这是因为,系统设计和系统内所使用的设备设计,有时不是同一个厂家或部门。
这些不同厂家或部门可能设计出表征同一个物理量的表计,安装在同一个系统中。
特别是系统与系统之间往往有重复设计、安装的仪表存在。
*选择监视参数时,要区分管理系统功能故障还是管理设备故障,一般情况下在一个系统中,总会有一个或几个参数能够表征系统的运行状态,往往系统发生潜在故障,都是由某一设备发生潜在故障引起。
反过来观察、监视以及跟踪表征这一设备运行状态的仪表参数。
这样可以减少大量人力、物力资源。
但是我们要注意,P-F间隔是否容许这么做。
*观察、记录以及对其趋势分析的人员,应具备相应的技能。
知道系统或设备正常运行时、发生潜在故障时、发生功能故障时,仪表指示的参数是多少?
否则,起不到状态监测作用。
*对仪表本身进行良好地维护,保证仪表的精确度,满足状态监测所需求目的。
⑶基于人的感官检查技术;
基于人的感官检查技术主要是利用人的看、听、摸、闻感觉器官探测潜在故障。
由于人的感官不可能有状态监测技术那样的灵敏度,当人的感官能够探测到潜在故障时,故障已经发展的比较严重,必须尽快处理故障。
因此,利用人的感官检查技术管理故障模式应注意以下事项:
*管理的故障模式的P-F间隔比较短,监测的频度比较频繁,一般情况下都是由现场操作员来执行此类任务。
*由于人与人之间存在着差异,很难制定精确的监测标准,因此,对现场操作员给予相应的技术培训,以便正确判断故障。
*制定一个简单可靠的报告程序,以便节省时间快速处理故障。
2.4.预测性维修的意义
预测性维修是设备管理的一个不可缺少的重要环节,虽然它不能完全取代定期维护、定期检修、定期试验等预防性维修的工作。
但正确开展状态监测工作,能够为核电站带来可观的经济效益和社会效益。
主要表现在以下几个方面:
⑴保证花费在维修上的一切总是最有效的;
由于预测性维修是根据设备的运行状态,决策是否对设备进行检修,把我们从盲目检修的误区中解放出来。
是我们花费在维修上的一切总是最有效的,同时,可以避免对设备的过剩维修或欠修,提高工作效率。
⑵提高设备可靠性;
采用预测性维修可以避免,由于过剩维修造成将原本运行在稳定期的设备重新返回到早期失效状态,减少设备早期失效引起的设备故障。
还可以在运行设备没有完全失效(功能故障)前,发现设备的潜在故障,对其采取必要措施,防止功能故障避免或降低故障后果。
由此可见,采用状态监测可以提高设备可靠性。
⑶延长设备的使用寿命;
通过对设备故障观点的分析,可以得出每一个设备都有一段较长的稳定运行区,利用状态监测技术延续设备在稳定区运行,只有设备发生潜在故障时,才对该设备进行维修处理。
这样使设备的使用寿命达到极限,从而延长设备的使用寿命。
⑷降低维修成本;
采用预测性维修可以减少设备解体检修的数量,从而可以减少设备解体检修带来的劳务费用、材料费用以及备件费用,降低维修成本。
⑸缩短大修工期;
如果采用预测性维修可以减少关键路径设备的检修量,那么就可以缩短大修工期。
这样能够给电站带来可观经济效益,这也是设备管理人员需要努力的一个方向。
3.预测性维修在大亚湾核电站的应用
大亚湾核电站从1999年采用以可靠性为中心的维修(Reliability-centredMaintenance)分析技术以来,实现对核电站50多个系统的RCM分析并应用到电站维修活动中去,收到良好地效果。
2002年9月预测性维修管理软件(PdM)投运,标志大亚湾核电站正式启用预测性维修管理在线运行设备。
预测性维修管理的工作流程见图三。
大亚湾核电站采用预测性维修依赖于以下几个方面:
1、RCM分析《维修导则》将采用预测性维修的系统设备进行详细地科学分析,分析功能故障、故障模式、故障后果以及根据故障后果做出相应的管理决策。
2、从管理决策中选出状态监测维修策略,筛选出重要系统设备采用状态监测维修策略管理的决断,此故障模式一定是潜在故障。
3、将被选中状态监测任务录入到PdM软件中的状态监测模块,并设定状态监测系统、设备、任务、参数、周期(P-F间隔)以及预报警限值(P点)。
根据监测参数数值,自动产生预警报警信息。
4、系统设备状态参数信息采集,是应用预测性维修的技术手段,由维修执行处和设备管理处工程师现场巡视检查、记录监测参数,并结合核电站目前存在多个参数管理系统来完成的,主要有以下几个方面:
KDC-工业数据网系统,管理在线参数。
FPIS-运行巡检系统,管理巡检数据。
ENTEK-振动测量系统,管理离线测量的振动数据。
化学分析管理-化学取样分析数据。
*系统设备运行状态评估,目前是由维修执行处和设备管理处工程师参考信息决断单的故障后果分析来完成,给出一个合理的维护方式。
等到PdM二期开发结束,专家故障诊断模块将依据事先建立的故障模式与性能症状之间的关系,从多种数据源收集参数,代入关系式进行运算,给出故障模式及可能性的判断,从而实现快速预测和诊断。
*维修决策模块是根据参数->
任务->
设备->
系统的层次化逻辑,对系统设备状态进行评估,并根据设备综合信息进行维修决策。
*维修过程跟踪、结果评估和经验反馈,是跟踪维修过程,评估检修质量,将故障模式反馈到RCM分析《维修导则》。
下面以实例阐述预测性维修在大亚湾核电站的应用。
发电机定子冷却水系统(GST)是发电机的重要辅助系统,它向发电机的定子线棒提供温度低于43℃的冷却水,一旦发电机的定子线棒丧失冷却水,就会造成发电机自动跳闸,严重时会造成定子线棒由于温度高而烧毁。
因此,在发电机运行时,必须保证发电机定子冷却水系统运行正常。
GST系统安装有两台电动水泵,其中一台泵运行,另一台泵备用。
当运行泵故障停运,备用泵自动启动,确保向发电机定子线棒提供冷却水这一主要功能不被丧失。
因此,除了要管理好备用随时可用,还要避免由于运行泵故障停运,而备用泵不能自动启动,这一严重后果的发生。
同时,要具备对故障泵的在线维修条件,即保证GST101PO、GST201PO的前/后隔离阀(GST001VN/GST005VN、GST006VN/GST010VN)隔离性能完好。
(见图四)
在未经过RCM分析前的《十年预防性维修大纲》中,对两台电动泵和四个隔离阀的管理办法是:
1、每1个换料周期对GST101MO、201GSTMO进行全面检查。
2、每1个换料周期对GST101PO、GST2O1PO泵体进行解体维修。
3、对四个隔离阀没有管理。
经过RCM分析后,生成新的《维修大纲》中,取消了每1个换料周期对GST101MO、201GSTMO和GST101PO、GST2O1PO泵体进行解体维修,采用状态监测方式进行管理。
具体管理方法如下:
4、每周检查GST101PO、GST2O1PO泵的机械密封是否有泄露
5、每周用红外线测温仪测量运行电机GST101MO、201GSTMO的轴衬温度和环境温度的差值,并跟踪其变化趋势;
当趋势明显变坏或不合格时,考虑换油脂
6、每周对运行泵及电动机进行温度/声音测量和分析,并跟踪其变化趋势
7、大修时对水泵出入口隔离阀(GST001VN/GST005VN、GST006VN/GST010VN)进行密封性试验,如果有泄露,立即维修(在此过程中,检查阀门的操作性能,看是否有松动/卡涩现象)
8、每个月对运行泵及电动机进行振动测量和分析,并跟踪其变化趋势(第一次测量在泵切换时)
将上述管理参数录入到PdM参数数据管理模块中,进行跟踪维护。
见下表
对GEX系统发电机定子线棒和水电接头泄漏这一故障模式,采用每周查看GST001/002/003IC流量指示器窥视孔内气泡状态,如果气泡明显增加,说明发电机的定子线棒有泄漏。
在109大修前,状态监测发现D1GST001IC窥视窗内有明显气泡,评估建议对发电机定子线棒进行密封试验;
109大修发电机定子线圈水回路压力试验不合格,进一步检查发现定子线棒12槽水室接头有泄漏点。
PdM参数数据管理模块中,对上述故障模式给予了较详细的管理。
这里仅仅例举了几个例子,其实电站已经有许多系统设备采用预测性维修给予管理,如:
定期巡视检查GGR系统的母管油压,并跟踪其变化趋势,从而来判断汽轮机润滑油系统运行是否正常。
利用红外线查漏仪检测高温流体隔离阀是否有泄漏,来决策是否对隔离阀进行解体维修。
等等……
4.设备管理面临的挑战
预测性维修仅仅是设备管理的一个方面,还有纠正性维修、预防性维修、换料大修以及10大修等等,这些都需要我们去探讨、研究和优化。
随着电站运行时间的延长,设备老化问题也将摆在我们面前。
电价竞价上网已经在部分省市开始实施,降低电站的运营成本也要给予足够的重视。
发电是硬道理,保证电站安全稳定运营是硬指标,最大限度地获取经济效益和社会效益是我们的美好目标。
实现这一美好目标是电站所有员工不可推卸的责任,要思索要研究要努力迎接挑战。
从设备管理的角度面对挑战我们是否应从以下几个方面考虑:
⑴.采用最合适技术:
这里指的技术包括;
设备管理分析技术、在线和离线状态监测及诊断技术、设备维修技术。
*设备管理分析技术主要解决维修优化、安全评估以及限制后果。
目前公司采用的以可靠性为中心的分析技术、安全概率分析技术、故障根本原因分析技术(研究故障过程),都是当今国际上具有代表性的技术。
只要保证人力资源的最佳配置,分析结果的准确性和可操作性,并有效的贯彻落实。
相信一定能够解决;
修什么、什么时候修、什么必须修以及降低故障后果。
*在线和离线状态监测及诊断技术是科学地诊断运行设备的健康状态,使设备管理和维修人员正确地决策,哪一个设备从真正意义上需要维修,从而有效限制运行设备不可用给电站带来的不良后果。
这里包含两个层面的含义;
其一,技术人员在状态监测中充当重要角色,利用技术人员的经验判断设备的健康状态。
其二,利用科学的仪器诊断设备的健康状态。
公司目前采用的红外线测温仪测量部件温度,红外线摄像仪进行阀门内漏检查,仪表控制保护设备在线试验台,振动监测判断运转设备状态,化学取样分析判断油质、水质是否符合要求等等。
但在这方面我们的力度还不够,诸如汽轮机、发电机的专家诊断系统还需要开发利用。
*设备维修技术是保证设备检修的高质量,最大限度地将被检修设备恢复到原设计水平。
这里包含三个层面的含义;
其一,正确的检修技术标准和适合的检修工具,实现正确恢复。
其二,备品备件的有效管理,保证被更换的部件不受备件的质量影响。
其三,有一只较高技能的检修队伍,这是保证检修质量的基本条件。
特别是公司大部分的设备检修外包,对承包商的人员资格审核给予高度重视。
否则,设备的维修从某种意义上来说会产生破坏性后果,把原本运行在稳定期的设备重新返回到早期失效状态。
⑵.制定一个经济、持久的设备管理策略:
作好设备管理工作,不仅是设备管理部门事情,而是与电站每个部门息息相关。
为每个部门制定合理有效的任务和相应的责任十分必要,这样可以避免部门之间重复性工作,有效利用人力资源。
部门之间信息共享,树立公司一盘棋的大思维。
制定一个经济、持久的维修策略,使每一个设备管理和维修人员都明白,自己管辖的设备的健康状态,那个设备该修,那个设备不该修,哪些设备什么时候修,以及不同设备采取不同的管理故障方法,避免系统功能丧失。
这需要一个良好的文化基础,要培训要宣传。
⑶.优化大修缩短大修工期:
由于核电站特点所限,优化大修缩短大修工期,要从关键路径上做文章。
不妨我们从以下几方面思考:
*科学合理地减少占用关键路径的设备检修数量。
*减少占用关键路径的设备检修的时间(集中人力、物力)。
*优化占用关键路径的相关试验。
*严格审批占用关键路径的改造项目。
⑷.所有员工的合作与相互支持:
这一点是搞好设备管理的关键所在,没有一个和谐的工作环境,各自为政。
那么什么事情都不可能作好。
电站许多设备的检修涉及不同的几个专业,如果相互之间没有良好地合作与相互支持的态度,很难保证设备的检修质量。
5.结束语
大量事实证明实施预测性维修对电站的安全可靠运行非常有利,但实施预测性维修又是一项长期艰苦的基础性工作。
它需要每一个设备管理和维修人员齐心协力,以主人翁的姿态对待每一项工作,收集、统计和分析数据,制定出最符合电站运行设备的检修策略。
相信在不远的将来大亚湾核电站能够上一个更高的台阶。
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