上海交通大学学报

上海交通大学学报, 2021, 55(S2): 1-6 doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.001

秦山核电功能设备组的创建及应用

钟小波,, 于龙, 吕顺, 牟文通, 朱岩峰

中核核电运行管理有限公司, 浙江 海盐 314300

Construction and Application of Functional Equipment Group in Qinshan Nuclear Power Plant

ZHONG Xiaobo,, YU Long, LÜ Shun, MU Wentong, ZHU Yanfeng

CNNP Nuclear Power Operations Management Co., Ltd., Haiyan 314300, Zhejiang, China

责任编辑: 黄伟

收稿日期: 2021-09-9  

Received: 2021-09-9  

作者简介 About authors

钟小波(1974-),男,浙江省嘉兴市人,高级工程师,现从事核电站运行、生产计划管理工作.电话(Tel.):13819030761;E-mail:zhongxb@cnnp.com.cn.

摘要

功能设备组(FEG)是将具有相同隔离特征、完成同一功能的所有设备放在同一个组内.通过FEG可以将具备同一隔离范围内的所有维修工作安排在同一停役窗口实施,避免重复停役,减少停役维修造成的系统或设备不可用时间.随着FEG在国内外越来越多的电厂得到推广,秦山核电也正式开展了FEG的建设工作.本文首先详细介绍了秦山核电FEG的建设及应用过程,再对功能设备组在核电厂管理提升应用方面进行了探索,并进一步阐述了功能设备组在制定长周期循环计划、优化预防性维修、优化停役窗口、减少运行负担、提高计划工作效率、减少维修工作对机组运行的影响和提高设备可靠性等方面具有非常重要意义.FEG的运用使核电站的人力及资源得到更优化的分配和利用.

关键词： 核电站; 功能设备组; 预防性维修; 计划工作; 优化

Abstract

Functional equipment group (FEG) puts the equipment with the same isolation characteristics and functions into the same group. Through the FEG, all maintenance with the same isolation scope can be arranged in the same shutdown window, avoiding repeated shutdown and reducing the system or equipment unavailability caused by the shutdown maintenance. With the expansion of FEG in more and more power plants, Qinshan Nuclear Power Plant has also formally constructed FEG. This paper introduces the construction and application process of the FEG in Qinshan Nuclear Power Plant, explores the application of the FEG in the management promotion of nuclear power plant, and expounds the importance of the FEG on formulating long-term cycle plan, optimizing preventive maintenance, optimizing shutdown window, reducing operation burden, improving efficiency of planed work, reducing the influence of maintenance work on unit operation, and improving the reliability of the equipment. The utilization of the FEG can optimize the allocation and utilization of manpower and resources in nuclear power plants.

Keywords： nuclear power plant; functional equipment group (FEG); preventive maintenance; planed work; optimization

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本文引用格式

钟小波, 于龙, 吕顺, 牟文通, 朱岩峰. 秦山核电功能设备组的创建及应用[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(S2): 1-6 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.001

ZHONG Xiaobo, YU Long, LÜ Shun, MU Wentong, ZHU Yanfeng. Construction and Application of Functional Equipment Group in Qinshan Nuclear Power Plant[J]. Journal of shanghai Jiaotong University, 2021, 55(S2): 1-6 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.001

生产计划是核电站的龙头,计划的合理性是核电站安全、高效、稳定、经济运行的前提.计划工作的统筹安排,尤其是将可以合并的项目集中实施,是考验核电站计划管理水平的关键,将直接影响核电站人力、物力、财力等各个方面的效率.目前秦山核电计划停役窗口的整合优化更多是依靠计划工程师的工作经验和知识技能.为了减少重复停役,需要计划工程师人工识别可同一窗口实施的所有项目,并增加标识.而同一窗口实施的项目可能涉及多个系统的众多设备,这就导致识别过程工作量大、工作效率低且可能存在人因失误陷阱,对核电站计划工作的高效运转产生一定的障碍.

功能设备组(FEG)的功能是将具有相同隔离特性的多个设备在数据库上组合在一起.计划工程师可通过数据库快速准确地导出所有可在同一窗口实施的维修工作,从而减少停役维修造成的系统或设备不可用时间,能显著地提高核电站计划管理水平.目前美国、法国等核电发展大国FEG的使用都已经比较成熟,国内大亚湾核电、福清核电、三门核电、秦山核电等也先后将FEG投入到工作管理中.

1 FEG创建

1.1 FEG创建原则

(1) FEG的建立需满足“具有相同隔离特征、完成同一功能”的要求.

(2) FEG的建立需全面考虑减少运行隔离、便于维修工作的计划安排、减少维修活动的管理周期的要求.

(3) 每个设备只能有一个设备类别为主设备(P).

1.2 FEG创建流程

FEG创建的流程如图1所示.

图1

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图1   FEG创建的流程图

Fig.1   Flow chart of FEG construction


1.2.1 FEG系统筛选 日常FEG建立主要为日常期间需停役处理的预防性维修及消缺等工作服务.

被识别出涉及到相关系统功能的边界内的电气和仪控系统设备,纳入到对应工艺系统设备FEG中,不进行单独FEG划分和编码.FEG系统筛选流程如图2所示(PMRQ表示预防性维修项目).

图2

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图2   FEG系统筛选流程

Fig.2   Flow chart of FEG system screening


1.2.2 FEG对象筛选 在纳入FEG的系统中筛选FEG对象:

(1) 将单独执行一项功能的主体设备、附属设备及周边阀门设定为一个FEG.此类FEG的主体设备通常在工艺系统图中存在多个并联划分,且互为备用,如:设备冷却水1#泵(QS2-3RRI001PO),1#RCW泵(QS3-1-7134-P4001).

(2) 将单独执行一项功能的系列设定为一个FEG.此类FEG通常是由系列上的设备串联组成,在工艺系统图上至少需要两个系列并联,且互为备用,如:设备冷却水系统间通风序列B列(QS2-3DVI002ZV).

(3) 将单独执行一项功能的系统设定为一个FEG.此类FEG通常是系统内一个设备停役会导致整个系统不可用,或者整个系统的预维项目安排在同一窗口实施,如:锅炉系统(QS0-GL)、废气处理系统(QS3-1-79320).

(4) 将需要同一隔离条件的设备组合或者阀门组合设定为FEG,如:废燃料池混床及前后过滤器(QS0-S07-05).

中核运行9台机组,182个系统,共编制FEG对象1155个.

1.2.3 FEG对象命名 FEG编码规则按照功能对象分为电厂+机组号+主设备、电厂+机组号+系统码+流水码.不同类别命名规则见表1.

表1   FEG命名分类

Tab.1  Naming classification of FEG

FEG分类FEG划分原则FEG编码规则FEG中文名称规则
单台主体设备为主体的FEG单台转动设备为主体,周边管线阀门共同组成电厂+转动设备编码转动设备名称
多台设备划为一个FEG多台设备串联共同执行同一功能;由相同隔离要求的多台阀门共同组成电厂+一台主要设备编码多台设备名称合并或者所有阀门共性描述
按系列划分FEG整个系列执行同一功能,可单独隔离且不影响其它系列功能;整个系列预维安排在同一窗口电厂+系列中一个相对重要的转动设备编码系列名称+Ⅰ列(Ⅱ列)
按系统划分FEG整个系统执行同一功能,单台设备不可用会导致整个系统失去功能;整个系统预维安排在同一窗口电厂+系统+流水码(001、002等)系统名称

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1.2.4 FEG对象边界划分 FEG边界划分如图3所示,以运行工艺系统流程图为主,电气仪控系统设备作为辅助系统跟随对应工艺系统内设备分组,不进行单独划分边界.边界内的FEG执行同一功能,其中任一设备维修工作均可在同一窗口实施,且隔离后不影响其他FEG功能.泵、风机、管线进出口上有多道隔离阀门的,以最外侧的阀门作为边界;电源上下级串联开关,以最外侧电源开关为边界.

图3

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图3   3#循环水泵的边界划分(红框内部分)

Fig.3   Boundary division of No.3 circulating water pump (inside the red outline)


作为隔离边界的进出口阀门及其电源开关,考虑到相邻的两个FEG的边界可能有部分重合,且隔离边界的维修工作无法被FEG隔离覆盖,作为隔离边界的阀门及其电源开关不纳入相对应的FEG设备清单.

1.2.5 FEG对象相关系统筛选 以秦一厂3#循泵为例,在选定FEG对象后和筛选FEG清单前,为了缩小查找范围,也为了保证清单的完整性,先将包含在FEG内的所有系统筛选出来,主要从工艺系统图中FEG设备及其对应的机、电、冷却、润滑等附属设备方面筛选.表2给出了3#循环水泵FEG相关系统筛选表.

表2   3#循环水泵系统筛选

Tab.2  Screening of No.3 circulating water pump

原则备注系统或设备编码
机泵、阀门等BHQS
电源、电机等EC38、EC6K
仪仪表、控制、连锁等YGYS
电加热器HQS-05C
供暖管线无
冷却水BHQS
油冷却、润滑相关等BXDY
供暖管线无
风机HQS-03C
通过历史工单查询

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1.3 FEG清单建立

在FEG对象相关系统内查找FEG设备清单,包含以下要素:电厂、设备编码、设备名称、FEG编码、FEG名称和设备组类型等.

2 预防性维修项目优化

预防性维修是基于经验、设备运行读数、维修窗口或设备厂商的建议实现的计划性维修[1],在设备运行阶段, 采用预防性维护措施;在设备故障出现之前对其维修, 防止降级和减少故障可能性[2],可以减小系统的非计划维修比例[3].不仅可以节约维修成本, 同时可有效避免恶性故障[4].设备定期维护是提高设备可靠性及减少设备失效的重要手段[5],预防性维修需要应用先进的管理方法来保证核电站的可靠性[6].在设备定期维护过程中,发现同一个FEG下预防性维护项目存在起始点不同、频率不同的情况,这导致设备的停役次数增加,降低了设备可靠性.而优化的维修计划可辅助生产作业计划的制定[7],提高设备的可用率,并降低维修成本[8].为此,开展了预防性维修优化工作,对同一停役窗口的预防性维修项目起始点和周期进行优化.

2.1 优化对象筛选

以编制的系统为基础,一个FEG对象作为一个优化对象.根据确定的FEG清单,导出清单内设备涉及的PMRQ清单,作为优化范围.预防性维修优化流程如图4所示.

图4

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图4   预防性维修优化流程

Fig.4   Optimization process of PMRQ


2.2 预维优化

2.2.1 周期优化 在同一台设备上进行维修工作时,通常长周期应为短周期的整数倍[9].此次优化将同一个FEG下的预维项目周期优化为倍数关系.以秦一厂单元为例,同一FEG下预维频度包含年和月份的,按照项目量(少数服从多数)统一优化为1年(a)或者16个月(m)的倍数(根据工作量自行选择,只能优化为一种频度),具体如表3和4所示.

表3   频度优化为1年的倍数

Tab.3  The frequency is optimized as a multiple of 1 year

厚频度优化后
8 m1 a
15 m/16 m/18 m2 a
32 m/3 a4 a
64 m/5 a6 a
80 m/90 m8 a
128 m12 a

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表4   频度优化为16个月的倍数

Tab.4  Frequency optimization as a multiple of 16 months

厚频度优化后
1 a/15 m/18 m16 m
2 a32 m
3 a/4 a48 m
5 a64 m
6 a80 m
8 a/90 m96 m
10 a128 m

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2.2.2 优化起始点 并列项目(互为备用)优化起始点时需考虑窗口的合理性,相互错开停役窗口;涉及度夏度冬的项目起始点需错开对应窗口;部分无安措的预防性维修项目,尤其是执行时需要带电的仪控工作,预维窗口需与隔离窗口错开,提前1~2周实施.

2.2.3 预维优化 以秦一厂3#循环水泵举例,其日常预防性维修项目共计21项,优化前后对照如表5所示.

表5   3#循泵预防性维修优化前后对照

Tab.5  Comparison of No.3 circulating water pump before and after optimization

监测周期开始时间预维数量平均停役次数优化后监测周期优化后开始时间平均停役次数
32 m2020-01-1560.83次/年4 a2020-01-060.5次/年
64 m2019-05-0616 a2020-01-06
2 a2019-04-1062 a2018-01-06
4 a2018-01-0644 a2018-01-06
6 a2022-01-0636 a2022-01-06
8 a2022-01-0618 a2022-01-06

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3#循环水泵预防性维修优化后,可减少设备停役次数0.33次/年,提高可运行时长1 d/年,减少运行隔离次数0.33次/年,可为8名运行人员分别节约运行操作时间1.32 h/年,并能明显减少计划工作量,提高计划工作效率.

3 结果与分析

3.1 FEG数据更加完善

中核运行9台机组FEG创建工作已完成,成果如表6和7所示.共创建FEG 1155 项,包含设备 39717 项,占全部设备的6.78%.创建范围基本能覆盖所有含有日常预维的关键重要设备,为后续应用奠定基础.

表6   FEG创建数据成果(设备)

Tab.6  Data results of FEG (equipment)

单元FEG创建
系统		FEG项目
创建数量		包含
设备		设备
总数		百分
比/%
一厂44207146558991216.30%
方家山2416461391278144.80%
二厂1#2#3616359822163134.60%
二厂3#4#331593961
三厂4546289801515245.93%
总计1821155397175855636.78%

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表7   FEG创建数据成果(PMRQ)

Tab.7  Data results of FEG (PMRQ)

单元PMRQ
总数		增加FEG标识的
PMRQ总数		百分比/%
一厂6620375556.72
方家山9782397040.58
二厂1#2#16359199921.40
二厂3#4#1502
三厂9497323534.06
总计422581446134.22

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中核运行9台机组导入FEG信息的PMRQ清单14461项,占全部PMRQ的34.22%,范围基本能覆盖所有日常关键重要设备的日常预维.运用FEG数据查询功能,提高工作效率的同时,也可以优化隔离窗口,最大程度地减少重复停役,提高设备可运行性.

3.2 预防性维修活动管理更加规范

中核运行9台机组基于FEG数据的预防性维修优化工作已完成,成果如表8所示.共计优化PMRQ 3044项,其中优化预维频度692项,预计减少维修次数35.41次/年;减少重复停役次数 1427 次,减少重复停役项数494.01项/年.此次预防性维修优化范围包含了所有关键重要设备的日常预防性维修,能显著地提高核电站计划管理水平[10],增加系统和设备的可用性和可靠性,同时使核电站的人力及材料资源得到优化的分配和利用.

表8   预防性维修优化成果

Tab.8  Optimization results of PMRQ

单元优化PMRQ
数量(包括
频度和起
始点)		优化
预维
频度
数量		减少
维修
次数/
(次·
年-1)		减少
重复
停役
次数		减少重复
停役项数/
(项·
年-1)
一厂113223415.09459166.02
方家山5061667.2527491.58
二厂1#2#564592.3626897.42
二厂3#4#3891273.2923669.65
三厂4531067.4919069.34
总计304469235.411427494.01

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3.3 降低企业成本效果显著

中核运行9台机组通过优化预防性维修的频度和起始点,共减少维修人力成本2.2人/年,减少运行人力成本10.83人/年,减少工单准备人力成本0.37人/年,减少工单审查人力成本4.03人/年.减少维修工单35.41次/年,按照单张工单成本1万元计算,共减少35.41万元.中核运行人均人力成本39万元/年,共计节约成本715.18万元.同时可显著提高计划人员工作效率,减少人因失误,提高设备可运行时间,降低因多次隔离产生缺陷的概率,控制辐射防护剂量,提高设备可靠性.

表9   预防性维修优化成果(节约成本)

Tab.9  Optimization results of PMRQ (cost savings)

单元减少
维修
次数/
(次·
年-1)		节约维
修人力
成本/
(人·
年-1)		节约工单
准备人力
成本/
(人·
年-1)		减少重
复停役
项数/
(项·
年-1)		节约运
行人力
成本/
(人·
年-1)		节约工
单审查
成本/
(人·
年-1)
一厂15.090.540.16166.023.641.35
方家山7.250.460.0891.582.010.75
二厂1#2#2.360.100.0297.422.140.79
二厂3#4#3.290.230.0369.651.530.57
三厂7.490.870.0869.341.520.57
总计35.412.200.37494.0110.834.03

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4 结语

FEG的运用使核电厂的设备及预防性维修的数据库更加完善,实现了大数据、信息化的管理理念,建立了一套依托FEG的科学、先进、完善的计划管理体系,从而达到减少重复停役、提高资源率用率、降低生产成本、提升安全生产绩效和保障机组安全高效运行的目标.

FEG在制定长周期循环计划、优化预防性维修、优化停役窗口、减少运行负担、提高计划工作效率、减少维修工作对机组运行的影响和提高设备可靠性等方面有着非常重要意义和很强的实际应用价值,可以在核电行业乃至电力企业全面推广运用.

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