Диагностическое обеспечение перехода на техническое обслуживание и ремонт запорно-регулирующей арматуры АЭС по техническому состоянию

Необходимость сведения до минимума вероятности внезапных отказов конструктивных элементов оборудования и систем АЭС и сокращение материальных затрат на поддержание их работоспособности являются противоречивыми целевыми функциями, оптимальный компромисс между которыми может быть достигнут только на базе достоверной информации о реальной долговечности конструктивных элементов и темпах ее исчерпания в эксплуатационных условиях, максимального использования всех располагаемых резервов физической долговечности конструкционных материалов [1, 2].

Существующая практика регламентного обслуживания оборудования и систем, базирующаяся на проектном анализе среднестатистических данных о времени наработки на отказ, не является оптимальным решением указанной проблемы ввиду малой серийности объектов атомной энергетики, индивидуальности условий эксплуатации даже однотипных элементов конкретного энергоблока, что приводит к большим значениям дисперсии при оценке темпов наработки на отказ и остаточного ресурса.

Именно поэтому мировая тенденция направлена на переход к эксплуатации ответственных инженерных объектов по фактическому техническому состоянию. Такая стратегия является самой прогрессивной с максимальной экономией средств и созданием условий обеспечения безопасной эксплуатации потенциально опасных объектов.

Запорно-регулирующая арматура, как единица оборудования, входит в состав всех.

I * технологических систем атомной станции любого типа. Наиболее представительным классом является электроприводная арматура, входящая как в системы безопасности, так и в системы, важные для безопасности.

К оборудованию этой группы предъявляются следующие основные требования [3,.

4]:

1. Прочность и жесткость — способность выдерживать без существенных упругих и пластических деформаций, нарушающих нормальную работу изделия, постоянные и кратковременные давления, усилия и крутящие моменты.

2. Долговечность — способность в течение определенного, заранее заданного срока выполнять свои функции с заданной вероятностью до первого отказа, либо с допустимой интенсивностью отказов.

3. Циклическая долговечность — способность выполнять с заданной вероятностью заранее заданное число циклов срабатывания до первого отказа.

4. Герметичность внешняя и внутренняя, т. е. герметичность по отношению к внешней среде и герметичность перекрытия затвором разделяемых арматурой участков трубопровода.

Среди дополнительных требований к арматуре можно выделить:

1. Возможность регулировки продолжительности цикла закрывания или открывания.

2. Возможность установки затвора в любом промежуточном положении.

3. Необслуживаемость, т. е. способность арматуры к выполнению своих функций без проведения технического обслуживания, ремонта, регулировки, периодической смазки и т. п. (эксплуатация в необслуживаемых помещениях герметизированной зоны под защитной оболочкой).

Данные требования должны обеспечиваться в течение всего жизненного цикла арматуры.

Техническая документация, сопровождающая арматуру и разработанная конструкторской организацией, должна содержать все данные, необходимые проектной, монтажной и эксплуатационной организациям для правильного выбора, монтажа и использования арматуры.

Завод-изготовитель обязан поставлять продукцию, полностью соответствующую технической документации, разработанной конструктором. Завод несет ответственность за качество поставляемой продукции.

Монтажная организация должна монтировать арматуру на определенное для нее проектом технологическую позицию в полном соответствии с конструктивными особенностями арматуры (направление подачи среды, материал прокладок и набивок, крепежные материалы и пр.). Она несет ответственность за качество всех монтажных работ.

Эксплуатирующая организация и ее обслуживающий персонал несут i ответственность за соблюдение правил эксплуатации арматуры, обеспечение в полном объеме мероприятий технического обслуживания и ремонта.

В общем случае эксплуатирующая организация придерживается одной из трех стратегий технического обслуживания (или их сочетания в различной пропорции) — «по отказам», «по регламенту» или «по фактическому состоянию» [5].

Существующая система планово-предупредительного ремонта (ППР) при проведении технического обслуживания и ремонта (ТОиР) ЗРА базируется на обязательных видах и периодичности работ (текущий, средний и капитальный ремонты), которые регламентированы на основе среднестатистических отраслевых данных. Но эти данные не отражают фактической потребности в техническом обслуживании и ремонте конкретной единицы оборудования, которая зависит от целого ряда факторов.

С одной стороны, действующие в настоящее время нормативно-технические документы (НТД) [3] допускают применение планирования ТОиР по фактическому состоянию для арматуры с классификационным обозначением «ЗСШ» при «достаточном оснащении» средствами технического диагностирования. Но при этом сам термин достаточности не раскрывается ни в одном НТД.

Именно поэтому определение необходимого уровня оснащения техническими средствами диагностирования, установление достаточного объема диагностических параметров и методов их обработки является актуальной задачей для реализации мероприятий по переходу на стратегию технического обслуживания арматуры по техническому состоянию.

С другой стороны, в процессе эксплуатации арматура подвергается воздействию значительного числа факторов, зачастую случайных (варьирование параметров рабочей и окружающей среды). Вследствие этого происходит рассеивание параметров технического состояния ЗРА. При этом, чем выше вариация параметров технического состояния, тем менее эффективны регламентные схемы ТОиР, т.к. в этом случае всегда присутствует фактор неопределенности технического состояния объекта.

Диагностическое обеспечение ТОиР ЗРА позволяет получать объективную информацию о техническом состоянии каждой конкретной арматуры, на основе которой можно обеспечить: оптимальное проведение технического обслуживания и ремонтаоптимальное соотношение: затраты — уровень надежности.

Целью диссертационной работы является разработка эффективных методов диагностического обследования запорно-регулирующей арматуры для обеспечения технического обслуживания арматурьк по фактическому состоянию, позволяющего планировать виды и периодичность ремонтных работ при обеспечении требуемого уровня надежности и безопасности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) На основе анализа теоретических исследований и практических данных определить требуемый уровень диагностического обеспечения для планирования ТОиР по фактическому состоянию арматуры группы «С».

2) Используя результаты анализа практических данных, определить диагностические параметры и критерии, необходимые для оценки технического состояния арматуры с учетом риск-ориентированного подхода.

3) Определить и разработать диагностические методы, позволяющие с высокой достоверностью выполнять оценку технического состояния важнейших функций ЗРА, экспериментально подтвердить достоверность предлагаемого диагностического обеспечения.

4) На основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований разработать нормативный документ, определяющий порядок применения на АЭС стратегии ТОиР по фактическому состоянию арматуры с использованием предлагаемого диагностического обеспечения.

5) Разработать принципы построения базы данных, содержащей результаты расчетно-практических диагностических обследований арматуры.

Положения диссертации, выносимые на защиту и их научная новизна:

1. Впервые выполнено научное обоснование достаточности оснащения техническими средствами для достоверного диагностирования функций срабатывания и герметичности запорно-регулирующей арматуры.

2. Для повышения достоверности оценки технического состояния арматуры автором впервые предложен метод диагностирования, основанный на риск-ориентированном подходе.

3. Автором определены и разработаны диагностические методы и параметры, позволяющие с высокой достоверностью выполнять оценку технического состояния двух важнейших функций ЭПА: функции срабатывания и функции герметичности.

4. На основе анализа полученных расчетно-практических зависимостей разработаны модели, позволяющие планировать ремонт по техническому состоянию для каждой конкретной единицы оборудования.

Степень достоверности результатов исследований подтверждается:

1. Применением современных методов постановки, проведения и обработки результатов исследований.

2. Использованием математического, спектрального, статистического анализа исследования.

3. Положительными результатами практического использования разработанной методологии.

Практическая значимость результатов работы:

1. Определен требуемый уровень достаточности оснащения средствами технического диагностирования для планирования ТОиР по фактическому состоянию арматуры группы «С», обеспечивающий достоверное диагностирование функций срабатывания и герметичности запорно-регулирующей арматуры.

2. Разработана методика диагностирования, основанная на риск-ориентированном подходе, и, учитывающая эксплуатационные условия конкретной единицы оборудования.

3. На основе предлагаемого диагностического обеспечения разработан и внедрен нормативный документ, определяющий порядок применения на АС стратегии ТОиР по фактическому состоянию арматуры с использованием предлагаемого диагностического обеспечения.

4. Создана и ведется база данных, позволяющая оперативно получать диагностическую информацию для принятия решения о планировании ремонтных работ.

Основные положения, выносимые на защиту.

Диагностическое обеспечение стратегии ТОиР арматуры по фактическому состоянию, включающее:

1) достаточный уровень оснащенности техническими средствами для контроля функций срабатывания и герметичности арматуры;

2) методологию оценки технического состояния функции срабатывания и функции герметичности арматуры, позволяющую планировать виды и периодичность ремонтных работ для каждой конкретной единицы оборудования;

3) анализ результатов расчетно-экспериментальных данных, полученных при диагностировании арматуры;

4) модель экспертной системы для оценки технического состояния и определения стратегии ТОиР диагностируемой арматуры.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на совещаниях ФГУП «Концерн «Росэнергоатом», посвященных вопросам диагностики запорно-регулирующей арматуры (2004;2007г.), на международном семинаре «Внедрение систем диагностики и контроля состояния АЭС (Киев-2004, WANO), на международном семинаре «Системы диагностики и контроля» (Вюрцбург-2004, Framatome ANP), на Российско-японском семинаре по вопросам технологии диагностики механического оборудования АЭС (Калининская АЭС, 2005 г.), на региональной научно-практической конференции «Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС» (Волгодонск, 2006 — 2008 г.).

Личный вклад автора в полученные результаты.

Автором выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, разработаны методы диагностирования функции срабатывания и функции герметичности арматуры, технические требования для системы диагностирования (программно-технический комплекс). На основе риск-ориентированного подхода автором разработан метод выбора трубопроводной арматуры АЭС, подлежащей ремонту внутренних полостей затвора. Автором разработан нормативный документ, утвержденный в центральном аппарате эксплуатирующей' организации, регламентирующий порядок применения на энергоблоке № 1 Ростовской атомной станции стратегии технического обслуживания и ремонта по техническому состоянию арматуры. Как руководитель лаборатории технической диагностики Волгодонской атомной станции, с 2003 года автор принимает непосредственное участие в диагностировании арматуры, разработке и наполнении базы данных.

Выводы по главе 5.

1. На основе систематизации работ автором разработана стратегия и структура перехода на ТОиР арматуры по техническому состоянию, опирающаяся на диагностическое обеспечение этого перехода и включающая методическое обеспечение, нормативное обеспечение, наполнение и анализ разработанных баз данных, принятие решений по переходу на ТОиР конкретной арматуры по техническому состоянию.

2. В качестве недостающего звена нормативного обеспечения автором разработан нормативный документ, определяющий порядок применения стратегии технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию арматуры с использованием результатов диагностического обследования.

3. Для оптимизации планирования ремонтных работ с применением стратегии ТОиР арматуры по техническому состоянию в качестве базы данных применена система ТОиР WIS, предназначенная для хранения данных по ТОиР ЗРА, включающая по предложениям автора в качестве одного из компонентов системы данные диагностического обследования по разработанной автором номенклатуре диагностических параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Показано, что применение метода оценки параметров питающей электропривод сети, позволяет получать достоверную информацию о техническом состоянии практически всей кинематической цепи привода. При этом возможно определение не только общего технического состояния привода, но и осуществление поиска дефекта с требуемой глубиной.

2. Доказано, что регистрация и анализ параметров фазного тока при срабатывании электроприводной арматуры является необходимым и достаточным условием для выполнения надежной оценки технического состояния всей кинематической цепи арматуры.

3. Показано, что использование метода акустического контактного течеискания для оценки функции герметичности арматуры наиболее информативно при работе прибора в полосе частот ультразвукового диапазона и позволяет с высокой достоверностью определять необходимость разборки оборудования для устранения пропуска среды.

4. Разработан метод количественного определения величины протечки через запорный орган трубопроводной арматуры на основе использования качественного метода акустического контактного течеискания.

5. Показано, что использование ультразвукового детектора в совокупности с генератором УЗ сигналов позволит выполнять оценку герметичности затвора арматуры без заполнения её рабочей или индикаторной средой.

6. Разработаны принципы и порядок применения риск-ориентированного подхода «обеспечения гарантии качества» («graded quality assurance» (GQA)) при переходе к стратегии ремонта арматуры АЭС по фактическому состоянию. С использованием категоризации по мерам значимости, рассчитанным в вероятностном анализе безопасности (ВАБ) применительно к типовому энергоблоку с ВВЭР-1000 приведены оценки степени влияния отказа рассматриваемой арматуры, с учетом которых на Волгодонской АЭС осуществляется планомерный переход на обслуживание арматуры по техническому состоянию.

7. Определены принципы статистического анализа диагностируемых параметров, использующиеся при оценке технического состояния электроприводной арматуры.

8. Разработана методика статистического распознавания состояний трубопроводной арматуры АЭС при переходе от регламентированного периодического обязательного ремонта к стратегии ремонта по техническому состоянию, включающая инструментальное определение и статистический анализ диагностических параметров арматуры, а также классификацию арматуры с использованием кластерного анализа.

9. Разработан и внедрен в операции технического обслуживания и ремонта алгоритм исключения арматуры из планируемых объемов ремонтных работ.

10. Разработана стратегия и структура перехода на ТОиР арматуры по техническому состоянию, опирающаяся на диагностическое обеспечение и включающая методическое обеспечение, нормативное обеспечение, наполнение и анализ разработанных баз данных, принятие решений по переходу на ТОиР конкретной арматуры по техническому состоянию.

11. Для нормативного обеспечения стратегии перехода на ТОиР арматуры по техническому состоянию разработан и внедрен нормативный документ, определяющий порядок применения на АЭС данной стратегии на основе разработанной методологии диагностического обеспечения.

12. Для оптимизации планирования ремонтных работ с применением стратегии ТОиР арматуры по техническому состоянию в качестве базы данных применена система ТОиР WIS, предназначенная для хранения данных по ТОиР ЗРА, включающая по предложениям автора в качестве одного из компонентов системы данные диагностического обследования по разработанной автором номенклатуре диагностических параметров.

13. В соответствии с риск-ориентированным подходом на Волгодонской АЭС с 2006 года при непосредственном участии автора осуществляется планомерный переход на обслуживание ЗРА по техническому состоянию. Разработаны и утверждены графики диагностического обследования арматуры. Используя результаты диагностического обследования, а также данные технологического контроля, составляются перечни арматуры, в отношении которой возможно увеличение межремонтного периода:

1) арматура 4 класса и ниже (цех обеспечивающих систем) ремонтируется по факту отказа;

2) в 2007 году была изменена категория ремонта для 130 единиц арматуры 2 и 3 классов реакторного отделения;

3) в 2008 году процедура увеличения межремонтного периода была применена к 180 единицам оборудования группы С турбинного и химического цеха.

Общая экономия за этот период составила более 5 млн. рублей. В настоящее время вся арматура, прошедшая процедуру продления межремонтного периода, характеризуется как работоспособная.