автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.11, диссертация на тему:Диагностическое обеспечение перехода на техническое обслуживание и ремонт запорно-регулирующей арматуры АЭС по техническому состоянию

На правах рукописи

ЛДАМЕБКОВ АНДРЕИ КОНСТАНТИНОВИЧ

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРЕХОДА НА ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ АЭС ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ

Специальность: 05.04.11 — Атомное реакторостроение, машины, агрегаты и технология материалов атомной промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 ДПР КЗ

Волгодонск 2009

003467666

Работа выполнена в филиале ОАО «Концерн Энергоатом» «Волгодонская атомная станция»

Научный руководитель:

доктор технических наук Рясный Сергей Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гетман Александр Федорович

Ведущая организация: открытое акционерное общество по наладке, совершенствованию эксплуатации и организации управления атомных станций

«АТОМТЕХЭНЕРГО» (ОАО «АТОМТЕХЭНЕРГО»)

заседании диссертационного совета Д418.001.01 в ОАО опытном конструкторском бюро «ГИДРОПРЕСС» по адресу: ул. Орджоникидзе, д.21, г. Подольск, Московская обл., 142103.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС».

кандидат технических наук Хайретдинов Валерий Умярович

Защита диссертации состоится г. в 11 час. 00 мин. на

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Существующая практика регламентного обслуживания оборудования и систем, базирующаяся на проектном анализе среднестатистических данных о времени наработки на отказ, не является оптимальным решением проблемы сведения до минимума вероятности внезапных отказов конструктивных элементов оборудования и систем АЭС при сокращении материальных затрат на поддержание их работоспособности ввиду малой серийности объектов атомной энергетики и 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 (ЗРА), как единица оборудования, входит в состав всех технологических систем атомной станции любого типа. Наиболее представительным классом является электроприводная арматура, входящая как в системы безопасности, так и в системы, важные для безопасности.

С одной стороны, действующие в настоящее время нормативно-технические документы допускают применение планирования ТОиР по фактическому состоянию для арматуры с классификационным обозначением «С» 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 ремонта;

оптимальное соотношение: затраты - уровень надежности.

Целью диссертационной работы является разработка эффективных методов диагностического обеспечения ЗРА для перевода на техническое обслуживание арматуры 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) Экспериментально подтвердить достоверность предлагаемого диагностического обеспечения.

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

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

Научная новизна:

1. Впервые выполнено научное обоснование уровня 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.

4. На основе анализа полученных расчетно-практических зависимостей разработаны диагностические 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 ЗРА.

2. Разработана основанная на риск-ориентированном подходе методика, определяющая уровень диагностического обеспечения 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) достаточность уровня 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.

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, с 2003 года автор принимает непосредственное участие в диагностировании арматуры, разработке и наполнении базы данных.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на совещаниях в ФГУП «Концерн «Росэнергоатом» по вопросам диагностики ЗРА (2004-2007г.), на международном семинаре «Внедрение систем диагностики и контроля состояния АЭС (Киев-2004, \Л/А1\10), международном семинаре «Системы диагностики и контроля» (Вюрцбург-2004, Ягатайте АМР), российско-японском семинаре по вопросам технологии диагностики механического оборудования АЭС (Калининская АЭС, 2005г.), международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Казань, 2005г. и Ярославль, 2007г.), международной научно-технической конференции «Повышение эффективности производства электроэнергии» (Новочеркасск, 2005г.), международной конференции «МЕХАМКА-2007» (Литва, Каунас, 2007г.), международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь, 2007г.), региональной

научно-практической конференции «Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС» (Волгодонск, 2006 - 2008 г.),

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 10 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы из 147 наименований. Общий объем диссертации 136 стр., включая 57 рисунков и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, определена цель работы, изложено ее краткое содержание, приведены положения, составляющие научную новизну работы и являющиеся предметом защиты.

В первой главе выполнен анализ возможности реализации стратегии технического обслуживания и ремонта электроприводной арматуры АЭС по техническому состоянию.

Показано, что уже в настоящее время в международной практике существует следующее соотношение различных стратегий ТОиР оборудования:

- 25% ремонтов по наработке, вследствие дефекта или отказа;

-10-15% периодических ремонтов с регламентированной периодичностью;

- 60-65% ремонтов по техническому состоянию.

На рисунке 1 представлены затраты на технические обслуживания и ремонты как функция объема предупредительных мероприятий по ТОиР. На графике видно, что существует оптимальная точка, которая является минимумом на кривой общих затрат и определяет что:

- дальнейшее повышение объема ТОиР не приносит результата с точки зрения снижения затрат;

- оптимум может возрасти по шкале абсцисс, только если дополнительные усилия будут направлены на повышение эффективности методов и средств диагностики технического состояния оборудования.

В данной работе на основе риск-ориентированного подхода автором рассматривается стратегия ТОиР по техническому состоянию одного из самых представительных типов оборудования, эксплуатирующегося на АЭС - запорно-регулирующей арматуры. Мероприятия, определяющие выполнение стратегии обслуживания по техническому состоянию арматуры, проводятся в рамках

действующих в настоящее время нормативных документов, устанавливающих следующие положения:

допускается стратегия ТОиР по состоянию для арматуры, эксплуатирующейся с контролем параметров;

- для арматуры группы «С» допускается применять стратегию ТОиР по фактическому состоянию при достаточном оснащении арматуры средствами технической диагностики, а также информационном, методическом и техническом обеспечении службы ТОиР. Возможность применения стратегии по фактическому состоянию для конкретной арматуры должен устанавливать разработчик проекта АС в техническом задании или заказчик по согласованию с разработчиком арматуры.

Затраты

V ^ Общие затраты -

- _____ Расходы на

предупредительн

Ст<лшостъ\^^ ые ТОиР

отказа

Слишком Оптимум Слишком много Объем

много ТОиР ТОиР

Рисунок 1 - Затраты на ТОиР как функция объема предупредительных мероприятий

Возможность применения стратегии ТОиР арматуры по фактическому состоянию может быть обоснована путем определения требуемого и достаточного уровня эффективности методов и средств технического диагностирования электроприводной арматуры. Определение «достаточности» диагностического обеспечения должно лежать в основе нормативного и технического обеспечения стратегии ТОиР по техническому состоянию.

Определена оптимальная схема измерения (рис.2) и анализа регистрируемых сигналов ЗРА (табл. 1) как объекта диагностирования:

Таблица 1 - Диагностические параметры, регистрируемые и анализируемые при срабатывании электроприводной арматуры

прямые параметры косвенные параметры

А - пусковой ток электродвигателя I - частота вращения червячного колеса

В - ток холостого хода и - частота скольжения электромагнитного поля

С - ток соударений К - боковая полоса частоты вращения червячного колеса

Р - период выборки зазоров в ходовой гайке 1.- частота вращения червячного вала

Е - ток на преодоление сопротивления уплотнений штока М - частота вращения электродвигателя

Я - период выборки зазоров в сопряжениях штока N - вторая гармоника частоты вращения червячного вала

С - ток «срыва» (уплотнения) затвора Р - время рабочего хода штока арматуры

Н - рабочий ток

На схеме показаны основные элементы арматуры и обозначены характерные участки на графиках, сопутствующие работе механизма:

1. электродвигатель;

2. зубчатая муфта;

3. редуктор;

4. концевой выключатель;

5. червячный вал;

6. червячное колесо;

7. ходовая (силовая) гайка;

8. шток;

9. бугель;

10. запорный орган;

11. сальниковое уплотнение;

12. фланец;

13. седло клапана(задвижки);

14. корпус задвижки;

15. направляющие запорного органа;

16. пакет пружин червячного вала;

17. муфта ограничения крутящего момента;

18. узел сопряжения штока с запорным органом.

а)

._. Огиоающая токового (мощностного) д] сигналю- ппямые пяпяметпы

1 0

.Ё...Ш

0

•мз * 5 6 7 1 1 10 11 12 13 время, с Р

Спектр огибающей токового (мощностного)

§ г ?

б) в)

Рисунок 2 - Схема электроприводной арматуры (а) и графики сигналов, определяющие работу механизма (б, в)

Во второй главе проведено обоснование условий достаточности и необходимости регистрации и анализа токовых сигналов для диагностирования электропривода запорно-регулирующей арматуры.

Для этого в рамках данной работы автором выполнена оценка точности показателей методики диагностирования на основе регистрации токовых сигналов. Наиболее распространенная кинематическая схема электропривода приведена на рисунке 3.

. , - ?F

f

а .............ti в с .......„.^IIcf1- d

* z/ 5l

Ca i б\ Си ! 8U с 5С Еи : с» : 8D

Рисунок 3 - Кинематическая схема электропривода типа 1154-100-Э

В работе показано, что при возмущении угловой скорости в области рабочей точки за счет деградации элементов на 0,1% величины скорости вращения ротора, потребляемая электрическая мощность изменится на 18,8%.

Переходя к фазным токам, составляющим третью часть при трехфазном питании, получим величину их изменения:

!М = б.2*

3

Оценивая величины изменения угловых скоростей вращения ротора за счет дефектов, можно отметить, что все они находятся выше уровня 0,1% (табл.1).

Таблица 1 - Частоты проявления основных дефектов привода

Дефект Частота, Гц Процентное соотношение к основной частоте, %

износ зубьев червячного зацепления 0,14 0,56

дефект дорожки качения подшипника 0,09 0,4

Таким образом, дефект дорожки подшипника будет проявляться изменением величины амплитуды соответствующей гармоники тока статора в следующем соотношении:

0.4-6.2 = 2.48%

Для рассматриваемого электропривода это изменение составляет минимум

2,3 А.

В настоящее время в переносных комплексах для регистрации фазных токов используются клещи токовые серии ММ с диапазоном измерения 1 + 20 А, которые имеют погрешность менее 1,5%, что определяет порог чувствительности для применяемых токовых клещей - к 0,03. ..0,6 А.

На основе анализа токовых сигналов электропривода арматуры установлены определены диагностические параметры, определяющие текущее техническое состояние объекта. Анализ в этом случае проводится как прямых параметров токового сигнала, таких как величина рабочего тока, величина пускового тока и т.п., так и его спектрограмм. Уровень состояния определяется при этом по анализу, в первую очередь, прямого спектра участка установившегося движения, во вторую -по анализу спектра огибающей.

При выполнении частотного анализа необходимо обеспечить требуемую степень объективного соответствия результатов диагностирования действительному техническому состоянию объекта. Данная задача решается составлением диагностического паспорта для каждой обследуемой арматуры - частотного «портрета» оборудования. При этом выполняется поиск, классификация и назначение параметров для составления диагностического паспорта:

С учетом современного уровня развития программно-технических средств, предложен мобильный комплекс для регистрации токовых сигналов, позволяющий оперативно проводить регистрацию и анализ сигналов при срабатывании арматуры, не внося возмущения в цепи управления электроприводной арматурой.

Разработаны программные средства в среде Ма№Сас1, 31айзйса, позволяющие как выполнять экспресс-анализ регистрируемых сигналов, так и формировать базу данных для каждой диагностируемой единицы. Последняя, позволяет определить диагностические модели для каждой позиции на основе регрессионного анализа изменения диагностических параметров в период эксплуатации. Используя опцию «предсказать зависимую переменную» и введя код требуемой даты и ожидаемую

температуру рабочей среды, вычисляются ожидаемые значения времени рабочего хода на закрытие арматуры, а также величина доверительного интервала (рис. 4).

Закрытие

В р-.июте Пусковой ток Рабочий ток Ток затяжки Плав- Время, с

Дата Пусков ой ток Тр/Гг Тг, А Тг, А Г^Тг хода. %

врехшш предел 50,04 6.51 12,08 93,83 136,59

оллдпемое чнлченне 49.01 1135 07.87 135,66

шьши предел 47.98 6,41 11 ,82 96.92 135.14

Рисунок 4 - Фрагмент справочного формуляра для проведения экспресс-анализа

Таким образом, предложено выполнять «предсказание» зависимой переменной на планируемую дату диагностического обследования.

В третьей главе выполнено обоснование условий достаточности и необходимости оценки герметичности затвора ЭПА методом акустического контактного течеискания. Рассмотрены существующие методы оценки герметичности затвора арматуры, показано, что их использование в условиях действующего технологического процесса затруднено в силу ряда ограничений, вызванных влиянием работающего оборудования.

Автором впервые выполнена оценка возможности использования УЗ контактного течеискания для определения не только наличия, но и величины протечки через запорный орган арматуры. Для этого в реальных условиях технологического процесса на системах ТЭС и АЭС была выполнена регистрация и анализ УЗ сигнала при различной степени открытия рабочего органа на различных средах (вода, пар). Для регистрации УЗ сигналов использовался ультразвуковой локатор со стетоскопическим модулем ШгаРгоЬе 10000.

Во время исследований выполнялась регистрация и запись сигналов на флэш-память ультразвукового локатора. Сигналы регистрировались в районе рабочего органа арматуры. Частота регистрации УЗ сигналов в районе рабочего органа составила 50 кГц. Оценка величины протечки при проведении эксперимента проводилась путем измерения объема за равные промежутки времени. Протечка имитировалась изменением величины открытия рабочего органа на арматуре, входящей в состав технологических систем Волгодонской ТЭЦ и Волгодонской АЭС.

Отмечено, что с увеличением расхода изменяется как амплитуда прямого сигнала, так и характер спектра.

Для оценки величины протечки через затвор от параметров УЗ сигнала автором проводился спектральный анализ сигнала и оценивались его параметры. Анализ графического представления спектральной мощности позволяет выявить зависимость между параметрами сигнала и величиной протечки. Такими параметрами, как наиболее информативными, приняты следующие (рис.5):

частота. Гц

Рисунок 5 - Графики спектров УЗ сигналов для различных величин протечки

- значение общего уровня сигнала;

- отношение ординаты к абсциссе координаты точки центра тяжести фигуры, ограниченной спектральной кривой;

Полученные графические зависимости между параметрами сигнала и величиной протечки имеют сложный характер, что объясняется наличием двух режимов истечения жидкости - турбулентного и кавитационного, и затруднительны для эмпирического выражения зависимости.

Для поиска характерной зависимости величины протечки от параметров УЗ сигнала были выполнены следующие операции:

- нормированы значения каждого из параметров: величины уровня сигнала и отношения ординаты к абсциссе координаты точки центра тяжести фигуры;

- вычислены отношения нормированных величин;

- рассчитанные значения приняты в качестве обобщенного параметра;

- построен график зависимости обобщенного безразмерного параметра от величины протечки (рис.6).

1.1033

0,4000 ---■-1-------.---■----

О 5 Ю 15 20 25 30 35 40 «6 60 55

протечка, мл/с

Рисунок 6 - Зависимость величины протечки от значения обобщенного параметра

Полученная кривая имеет ярко выраженный экспоненциальный характер и позволяет легко выявить эмпирическую зависимость величины протечки от значения обобщенного параметра.

Поиск эмпирической зависимости выполнялся в пакете 81айзйса. Построенная на основе регрессионной модели методом нелинейного оценивания зависимость между величиной негерметичности и обобщенным параметром УЗ сигнала для исследуемой арматуры, работающей при конкретных параметрах рабочей среды (вода), выглядит следующим образом:

Р = 0,43 + 0,646(1-е""'07"), где Р - параметр, равный отношению нормированной величины уровня ультразвукового сигнала к координате центра тяжести; £ - величина протечки, мл/с.

Дальнейшее развитие метода требует дополнительных исследований для оценки зависимостей регистрируемых величин УЗ сигнала от таких параметров, как типоразмер арматуры, рабочая среда и её параметры. Это позволит выполнять достоверную оценку, основываясь на следующем алгоритме:

- предварительная имитация протечки путем изменения величины открытия запорного органа конкретной арматуры, прямое измерение величины протечки, регистрация сигнала в ультразвуковом диапазоне, вычисление среднего уровня спектра мощности сигнала и определение координаты центра тяжести фигуры, образованной кривой спектральной плотности и осью абсцисс;

- определение зависимости величины протечки от значения уровня

ультразвукового сигнала и координаты центра тяжести сигнала, нормировка последних величин и вычисление их отношения в виде безразмерного параметра;

- определение методом регрессионного анализа экспоненциальной зависимости величины утечки от рассчитанного безразмерного параметра, в виде:

Р = А + й(1 - е'с'1),

где А, В и С - коэффициенты, определяемые технологическими параметрами среды и типоразмером испытываемой арматуры;

- формирование базы данных, содержащей идентификационный номер арматуры и её характеристики, аналитические данные зависимости утечки через затвор арматуры от параметров ультразвукового сигнала;

- регистрация оператором ультразвукового сигнала на флэш-память устройства при обследовании арматуры по месту технологической позиции и сравнение со значениями, содержащимися в базе данных;

- формирование заключения о герметичности затвора путем автоматического программного вычисления по указанной выше зависимости, в случае негерметичности определение величины пропуска среды через рабочий орган.

Для расширения возможностей использования ультразвукового локатора впервые автором были проведены исследования по оценке герметичности оборудования без заполнения рабочей или испытательной средой с применением генератора ультразвуковых сигналов, основанные на эффекте того, что при включении генератора частотный импульсный сигнал заполняет контролируемое изделие и будет проникать в любую имеющуюся несплошность. Помимо качественного определения наличия негерметичности, аналогично вышеприведенной методике получена возможность количественной оценки негерметичности затвора при испытаниях без среды на основе экспериментально получаемых корреляционных зависимостей вида:

А = 0.004957 • е005534'' Р = 402.357 -е0-02"*,

где А - величина максимальной амплитуды, мВ; б - размер несплошности (диаметр отверстия), мм; Р- величина частоты, на которой амплитуда максимальна, Гц;

В четвертой главе автором предложен метод выбора трубопроводной арматуры АЭС, подлежащей разборке для ревизии внутренних полостей, основы

которого положены в нормативные документы, утвержденные эксплуатирующей организацией. Принятый метод перехода на стратегию ремонта электроприводной арматуры в зависимости от ее технического состояния и оценки риска отказа основывается на подходе «обеспечения гарантии качества» (GQA), заключающемся в применении раздельных стратегий технического обслуживания и ремонтов оборудования в зависимости от его влияния на безопасность энергоблока АЭС.

Как показано в главе 1, метод GQA подразумевает использование как количественных результатов ВАБ (использование мер значимости по Фусселю-Веселю и значимость повышения риска), так и категоризацию оборудования на качественном уровне. Анализ на качественном уровне включает учет всех факторов, влияющих на значимость оборудования с точки зрения риска (безопасности).

Конечным результатом данной задачи является перечень оборудования энергоблока АЭС, которое распределено по категориям:

1. оборудование, связанное с безопасностью и имеющее высокую риск-значимость;

2. оборудование, связанное с безопасностью и имеющее низкую риск-значимость;

3. оборудование, не связанное с безопасностью, но имеющее высокую риск-значимость;

4. оборудование, не связанное с безопасностью и имеющее низкую риск-значимость.

Для оценки влияния отказов оборудования на уровень безопасности энергоблока и ранжирования оборудования используется категоризация по мерам значимости, рассчитанным в ВАБ:

- высокая значимость для безопасности - оборудование имеет следующие показатели значимости: значимость повышения риска (RAW) более 2 и значимость по Фуселю-Веселю (FV) более 0.005; или RAW>100; или FV>0.1;

- средняя значимость для безопасности - оборудование имеет следующие показатели значимости: 2< RAW <100 и FV<0.005 или RAW<2, FV>0.005;

- низкая значимость для безопасности - оборудование имеет следующие показатели значимости: RAW<2 и FV0.005.

Категоризация, проведенная по данным ВАБ типового энергоблока с ВВЭР-1000, показывает, что основной объём ЗРА принадлежит области низкой и средней

значимости оборудования (рисунок 7).

—..........•••----------------------• •----------------------

■ шс-л нхгь (.ль

а)

Рисунок 7 - Категоризация ЗРА

а) не входящей в системы безопасности, б) входящей в системы безопасности

Та же часть элементов, которая расположена в области высокой значимости, спроектирована в соответствии с принципами глубокоэшелонированной защиты.

Для каждой определенной категории ЗРА устанавливаются требования по периодичности и объему технического обслуживания. Периодичность (частота ремонтов) должна быть установлена, исходя из цели максимизации надежности оборудования и принимая во внимание оценку степени влияния отказа ЗРА на технологический процесс.

Представляется необходимым в зависимости от рассчитанных коэффициентов назначать вид и объем технического обслуживания, включающего в себя и периодичность диагностического обследования. В соответствии с рассмотренными принципами на Волгодонской АЭС планируется в 2009-10 гг. оснащение арматуры, имеющей высокие значимость и оценку степени влияния отказа, стационарной системой диагностики. Для остальной арматуры определено периодическое диагностическое обследование мобильными комплексами.

В общем виде схема и роль ТОиР по техническому состоянию в процессе эксплуатации, предлагаемая автором, представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема ТОиР оборудования по техническому состоянию

С точки зрения периодичности и объемов технических обслуживании и ремонтов катетеризированных ЗРА, целесообразно устанавливать следующие требования:

- для ЗРА с высокой значимостью периодичность и объем ТОиР остаются без изменений;

- для ЗРА со средней значимостью на безопасность предписывается ремонт по техническому состоянию и устанавливается периодичность проведения технического освидетельствования;

-для ЗРА с низкой значимостью на безопасность, но для значимой в пределах

категории элементов может быть предписан ремонт по техническому состоянию и установлена соответствующая периодичность проведения технического освидетельствования;

- для остального оборудования ремонт осуществляется по мере обнаружения дефекта или отказа;

При выборе процедур и методик технического обследования автором, на основе опыта диагностирования ЭПА на Волгодонской АЭС, установлено, что процедуры и методики технического диагностирования электроприводной арматуры должны определяться в зависимости от состояния энергоблока:

1. Предремонтное диагностическое обследование.

2. Обследование ЗРА при выводе технологических систем энергоблока в ремонт.

3. Диагностическое обследование при пробном управлении арматурой с КУ БЩУ при проведении ППР.

Рассмотрены пути решения обоснованного выбора тех единиц арматуры из группы, которым необходимо назначение операций разборки и дефектации.

При формировании группы определяющим параметром является её техническое состояние. Вся арматура должна быть работоспособной и функционально пригодной. Оценка проводится как по данным эксплуатационного контроля, так и по результатам диагностических обследований, выполняемых по методу функциональной (рабочей) диагностики.

С учетом того, что срабатывание и обследование арматуры проводится периодически, используется разработанная методика статистического распознавания состояний, включающая следующие операции:

- формирование статистической выборки;

- выбор процедур и методик диагностического обследования;

- статистический расчёт номинальных значений контролируемых параметров;

- статистический расчёт номинальных значений контролируемых параметров;

- классификация арматуры с использованием кластерного анализа.

Следует отметить, что разработанная методика статистического

распознавания состояний трубопроводной арматуры АЭС при переходе от регламентированного периодического обязательного ремонта к стратегии ремонта по техническому состоянию, включает инструментальное определение и статистический анализ диагностических параметров арматуры.

Разработан и внедрен в операции технического обслуживании и ремонта Волгодонской АЭС алгоритм исключения арматуры из планируемых объемов ремонтных работ.

В пятой главе определена содержание и структура стратегии ТОиР арматуры по техническому состоянию. Стратегия ТОиР с учетом технического состояния предполагает поддержание работоспособности и основывается на данных существующей структуры ремонтных циклов, опыта эксплуатации и результатах диагностирования.

Основное содержание и структура стратегии приведены на схеме рисунке 9.

Стратегия ТОиР арматуры по техническому состоянию

Опыт эксплуатации

Диагностическое обеспечение

Методическое обеспечение

Методика Оценка

днагностировани герметичности

я на основе затвора методом

регистрации акустической

токовых сигналов ультразвуковой

локации

Выбор диагностически х параметров

Риск-ориентированный подход

Метод выбора арматуры, подлежащей ремонту внутренних полостей затвора

Принятие решении

>

Анализ Заз данных

Рисунок 9 - Содержание и структура стратегии ТОиР арматуры по техническому

состоянию

Одним из условий применения стратегии является диагностическое обеспечение. По мере накопления данных диагностического обследования ЗРА, оценок технического состояния арматуры, представительных данных для оценки соответствия фактических показателей надежности арматуры проектным показателям, на основе прогнозирования и выборочной разборки осуществляется корректирование периодичности ремонта, даты, номенклатуры и объема ремонтных работ и постепенный переход к стратегии ТОиР по техническому состоянию.

Центральное место в стратегии занимает методическое обеспечение, разработанное автором в главах 2, 3 и 4. Другими вопросами содержания стратегии являются нормативное обеспечение, а также разработка, наполнение и анализ баз данных по результатам диагностического обследования. Решения по переходу на ТОиР конкретной арматуры по техническому состоянию принимаются в порядке и по алгоритму, установленным в нормативной документации и в соответствии с результатами анализа баз данных ТОиР.

Для хранения данных по техническому обслуживанию и ремонту ЗРА и оптимизации планирования ремонтных работ на Волгодонской АЭС по контракту с фирмой AREVA (Германия) применена система ТОиР WIS («интеграция знаний в процесс техобслуживания» - нем.). Одной из составляющих системы WIS является диагностическая информация, дающая представление о текущем техническом состоянии арматуры (рис.10). Элементы системы, включающие диагностические параметры, разрабатывались при участии автора.

Поиск Инф-а котонвкгов

Модуль ОЕО/Обпруд. " Q ОЕО -IVTll -SC2 -V01 Обозначение Задви.ка быстродействующе*зп

ii -1YT11 -502

--i -mil -502 —М01

tt-mii-soz -rot

ifii-mn-s£l2 *A01

ип. Об*. -YS -Г^зивод Стратеги«

Лат а

01.11.200а 04.09.2009 И .03.2009 06 06.2008 13.0S.2008 07.11.2007 06.09.2007 31.05.2007 29 0S.2007 29.0S.2007 07.03.2007 07 12 2006 06 09.2006

'A-5Q2/1 ГА-502Л

Диагностике Отчеты Событу

Истсриа Ni-Под...

■а-

JjAdhoc

JjAdhoc

JJ6903 j]3236

J]nnp2...

JJ129S : J] 1292 ■ J) 1291

Вид события Диагиостжа Диагнюстиса Ди агностика Диагностика Диагностика Диагностика Диагноетжа Диагностика Диагностика Диагностика Диагностик Диагностика Диагностика

Подготовлено 1 Проварено 1 Г^оверено

I Обработано

I Здеотепо

1 Ко£ректц>сеать

1 Подготовлено 1 Закопчено 1 Подготовлено 1 Закончено 1 Подготовлено 1 Подготовлено 1 Подготовлено

Документ Автобиография

Ппавность на мкрытие ни*е не«.,. Плавность иа закрытие стзипась..,

Частично неработоспособна ( не.,,

большой ток мтяжкм 270%. бопь... без изиенекч.1- ноуаовпетоорнте... неудовлетворительная плав но ст.., Улучшение плавности ив отщчве,..

[ Печатать | | Открыть )

Рисунок 10 - Формуляр диагностического обследования, формируемый в системе

WIS

Выводы

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 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 данные диагностического обследования по разработанной автором номенклатуре диагностических параметров.

Основные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в следующих работах:

1. Адаменков А.К., Гоок С.Э., Никифоров В.Н., Тумаков А.Г., Чернов A.B. Алгоритм диагностирования протечек запорной арматуры. Новые материалы, приборы и технологии.// Сб. науч. тр./Вопгодонский ин-т; Новочерк. гос. техн. ун-т. -Новочеркасск: Набла, 1998,-С. 28-35.

2. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Адаменков К.А. Организация компьютерной поддержки процесса диагностирования запорной электроприводной арматуры. Математические методы в технике и технологиях ММТТ-18//С6. тр. XVIII Междунар. науч. конф., г. Казань 31 мая-2 июня 2005г.: в 10 т. - Казань: КГТУ, 2005,- Т.5.-С.179-182.

3. Адаменков А.К., Веселова И.H., Адаменков К.А. Диагностирование - один из основных инструментов ресурсосберегающей технологии в энергетике. Повышение эффективности производства электроэнергии: материалы V Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 26-28 окт. 2005г.- Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2005.- С.141-144.

4. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Козырев В.Д. Выбор диагностических признаков для повышения надежности оценки технического состояния электроприводной арматуры. Повышение эффективности производства электроэнергии: материалы V Междунар. науч.-техн. конф., г.Новочеркасск, 26-28 окт. 2005г.- Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2005,- С. 144-147.

5. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Козырев В.Д. Ваттметрия-диагностика электропроводной арматуры по мощности - возможность перехода от ремонта по регламенту к ремонту по техническому состоянию. ТПА.-2006.- № 1(22). - С. 30-31.

6. Адаменков А.К., Веселова И.Н. Разработка диагностического паспорта электроприводной арматуры. Изв. вузов Сев.-Кавк.регион. Техн. науки.-2006.- Прил. № 16,-С. 71-76.

7. Адаменков А.К., Поваров В.П., Шаранов C.B. Диагностика электроприводной арматуры с использованием комплекса ПКСД-01. Изв. вузов Сев.-Кавк.регион. Техн. науки.-2006.- прил. № 16, - С. 23-27.

8. Адаменков А.К., Веселова И.Н. Диагностика технического состояния электроприводной арматуры. Электр, станции.-2007.-№ 2. - С. 53-56.

9. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Кравец С.Б. Review of conditions of the kinematics pairs being a part of electric drive valves. Анализ состояния кинематических пар, входящих в состав электроприводной арматуры. MEXANIKA-2007. Proceedings of the 12 international conference. Kaunas, April 5-6, 2007,- P. 168-170.

10. Адаменков A.K., Веселова И.Н., Кравец С.Б. Диагностические исследования электроприводной арматуры. Математические методы в технике и технологиях ММТТ-20:Сб. тр. XX Междунар. науч. конф., г.Ярославль, ЯГТУ, 2007.-Т.4.-С.124-127.

11. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Кравец С.Б. Мониторинг состояния электроприводных исполнительных механизмов. Машиностроение и техносфера XXI века: сб. тр. XIV Междунар. науч.-техн. конф., 17-22 сент. 2007г., г. Севастополь: в 5 т.-Донецк, 2007.-Т.2.-С. 179-182.

12. Адаменков А.К., Веселова И.H. Результаты диагностирования электроприводной арматуры на действующем энергоблоке АЭС. Изв. вузов Сев.-Кавк.регион. Техн. науки,- 2008,- Спец. вып. - С. 66-69.

13. Адаменков А.К., Кушанов В.И., Никифоров В.Н., Пугачева О.Ю., Елжов Ю.Н. Компьютерная программа экспресс-анализа состояния арматуры. Изв. вузов Сев.-Кавк.регион. Техн. науки.-2008.-Спец. выпуск, -С. 16-17.

14. Адаменков А.К., Малахов И.В., Поваров В.П., Шарапов C.B. Оптимизация регламента технического обслуживания и ремонта электроприводной арматуры. Изв. вузов Сев.-Кавк.регион. Техн. науки.-2008,- Спец. выпуск, - С. 86-89.

15. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Рясный С.И. Метод оценки герметичности трубопроводной арматуры тепловых и атомных станций. Тяжелое машиностроение. - 2008.-.N9 6. -С. 2-3.

16. Адаменков А.К., Веселова И. Н., Рясный С.И. Метод выбора трубопроводной арматуры АЭС, подлежащей ремонту по техническому состоянию. Тяжелое машиностроение. - 2008.-.№ 10. -С. 8-11.

17. Адаменков А.К., Рясный С.И. Алгоритм оптимизации объемов планового ремонта трубопроводной арматуры АЭС при переходе к стратегии ремонта по техническому состоянию. Тяжелое машиностроение. -2008.-.№ 11. -С. 36-37.

18. Адаменков А.К., Рясный С.И. Применение риск-ориентированного подхода при переходе к стратегии ремонта арматуры АЭС по фактическому состоянию. Вопросы атомной науки и техники. Серия: «Обеспечение безопасности АЭС», вып. 23. Реакторные установки с ВВЭР. Подольск, 2008. -С. 85-88.

19. Адаменков А.К., Матвеев A.B., Головлев В.В., Рязанова М.Г., Ярышев А.Б., Иванов С.М. Опыт разработки стационарных систем диагностики арматуры. Арматуростроение. - 2009.-.№ 1(58). -С. 77-80.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ СТРАТЕГИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ АРМАТУРЫ АЭС

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ.

1.1 Обзор существующих на АЭС стратегий технического обслуживания и ремонта.

1.2. Оценка эффективности ТОиР.

1.3. Стратегия ремонтов по техническому состоянию оборудования на основе риск-ориентированных подходов.

1.4. Идентификация и ранжирование оборудования для оптимизации ТОиР.

1.5. Запорно-регулирующая электроприводная арматура как объект диагностирования.

1.6. Выводы и задачи исследования.

2. ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ ДОСТАТОЧНОСТИ И НЕОБХОДИМОСТИ РЕГИСТРАЦИИ И АНАЛИЗА ТОКОВЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗРА.

2.1. Оценка точности показателей методики диагностирования на основе регистрации токовых сигналов.■.

2.2. Анализ токовых сигналов электродвигателя привода при открытии и закрытии запорного органа арматуры и определение диагностических параметров.

2.3. Выбор и назначение диагностических параметров для оценки технического состояния электропривода.

2.4. Схема регистрации параметров токового сигнала.

2.5. Методы анализа регистрируемых данных для оценки технического состояния электропривода ЗРА.

Выводы по главе 2.

3. ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ ДОСТАТОЧНОСТИ И НЕОБХОДИМОСТИ ОЦЕНКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ . ЗАТВОРА ЭПА МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТАКТНОГО ТЕЧЕИСКАНИЯ.

3.1. Методы оценки герметичности затвора арматуры.

3.2. Схема проведения эксперимента.

3.3. Оценка величины протечки через затвор от параметров УЗ сигнала.

3.4. Оценка герметичности затвора с использованием генератора сигналов'.

Выводы по главе 3.

4. МЕТОД ВЫБОРА ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ АЭС, ПОДЛЕЖАЩЕЙ РАЗБОРКЕ ДЛЯ РЕВИЗИИ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ.

4.1. Принципы перехода на стратегию ремонта электроприводной арматуры в зависимости от ее технического состояния и оценки риска отказа.

4.2. Риск-ориентированный подход при выборе стратегии ТОиР.

4.3. Обоснование выбора арматуры для назначения операций разборки и дефектации.

4.3.1. Формулировка исходных требований при формировании статистической выборки.

4.3.2. Выбор процедур и методик диагностического обследования.

4.3.3. Методология выполняемых работ (цели, задачи).

4.4. Статистический расчёт номинальных значений контролируемых параметров.

4.5. Статистический анализ диагностируемых параметров для групп однотипной арматуры.

4.6. Классификация арматуры с использованием кластерного анализа. ЮЗ

4.7. Алгоритм обследования электроприводной арматуры на действующем энергоблоке АЭС.

Выводы по главе 4.

5. СТРАТЕГИЯ ТОиР АРМАТУРЫ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ.

5.1. Содержание и структура стратегии ТОиР арматуры по техническому состоянию.

5.2. Нормативное обеспечение стратегии ТОиР арматуры по техническому состоянию.

5.3. Порядок перехода от регламентированного ТОиР к стратегии по техническому состоянию.

5.4. Условия проведения диагностического обследования арматуры.

5.5. Объем и порядок проведения технического диагностирования арматуры.

5.6. Планирование ремонтных циклов с использованием базы данных WIS

Выводы по главе 5.

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 ремонта; оптимальное 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, 2005г.), 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.

1. Ф.М. Митенков, В.Б. Кайдалов, Ю.Г. Коротких и др. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок. Под общей редакцией Ф.М. Митенкова. М.: Машиностроение, 2007, 448 с.

2. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Усанов А.И. Виброшумовая диагностика ВВЭР. М.: Энергоатомиздат, 2004. 344 с.

3. Беркович Я.Д. О диагностике энергетического оборудования // Электрические станции. 1989. № 6. - С. 49-51.

4. Гуревич Д.Ф., Ширяев В.В., Пайкин И.Х. Арматура ядерных энергетических установок. М.: Энергоиздат, 1978. 352 с.

5. РД 95.028.003-92. «Система технического обслуживания и ремонта АС. Техническое обслуживание оборудования и систем. Основные положения»

6. Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования. НП-068-05.

7. International Atomic Energy Agency, "Guidance for Optimizing Nuclear Power Plant Maintenance Programmes", IAEA-TECDOC-1383, Vienna, 2003.

8. International Atomic Energy Agency, "Advances in Safety Related Maintenance", IAEA-TECDOC-1138, Vienna, 2000.

9. Система диагностики оборудования АЭС (США) Энергетика и электрификация: ЭИ / Информэнерго. - М., 1984. - /Сер. Атомная энергетика за рубежом, вып. 1, С. 9-12.

10. D.Henneke «Use of PSA for Graded Quality Assurance», proceedings of IAEA regional training course on advanced PSA modeling techniques, Madrid, Spain, 1999.

11. Koeberg Nuclear Power Station, "Cost Effective Maintenance Using RCM techniques", 1993.

12. ОП «Ровенская АЭС» НАЭК "Энергоатом", «Отчет по анализу безопасности энергоблока №1 РАЭС. Материалы раздела "Вероятностный анализ безопасности". Итоговый отчет», 22.1.27.0Б.04, Кузнецовск, 2002.

13. ОП «Запорожская АЭС» НАЭК "Энергоатом", «Заключительный отчет по вероятностному анализу безопасности первого уровня», 10058DL12R, Энергодар, 2001.

14. НАЭК "Энергоатом", «Отчет по анализу безопасности. Вероятностный анализ безопасности. Блок №1 Южноукраинской АЭС», 23.1.27.0Б.04, Южно-Украинск, 1999.

15. Ростовская АЭС. Блок №1. Вероятностный анализ безопасности. Уровень 1. № А-63113. ФГУП НИИАЭП.

16. International Atomic Energy Agency, "Handbook on Reliability Centered Maintenance", Vienna, 1993.

17. US Nuclear Regulatory Commission, ST-AE-HL-94983 «Graded Quality Assurance, Operations Quality Assurance Plan, South Texas Project, Units 1 and 2», 1997.

18. Electric Power Research Institute, TR-109646 «Guidelines for Preparing Risk-Informed Graded Quality Assurance Program Implementation Request Submittals», 1998.

19. US Nuclear Regulatory Commission, Regulatory Guide 1.174 «An Approach for Using Probabilistic Risk Assessment in Risk-Informed Decisions on Plant-Specific Changes to The Licensing Basis», 2002/

20. US Nuclear Regulatory Commission, Regulatory Guide 1.176 «An Approach for Using Probabilistic Risk Assessment in Risk-Informed Decisionmaking: Graded Quality Assurance», 1998.

21. D. True, et al, "PSA Applications Guide," EPRI Report TR-105396, 1995.

22. ПНАЭГ-7-008-89 «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок», НП-011-99.24. http://www.iaea.org/Publications/index.html.25. http://ru.wikipedia.org/wiki/MainPage

23. Дробот Ю.Б., Грешников В.А., Бачегов В.Н. Акустическое контактное течеискание. М.: Машиностроение, 1989. -120 с.

24. Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах. Раздел III. Технология производства машин. Том III-7. Измерения, контроль и диагностика. Москва: Машиностроение, 1996 г. С 462.

25. Методика оценки технического состояния и остаточного ресурса арматуры технологических систем энергоблоков АЭС. РД ЭО 0190-00.

26. Розенберг Г.Ш. Мадорский Е.З., Голуб Е.С. и др. Вибродиагностика. /Монография С.-Пб.: ПЭИПК Минэнерго РФ, 2003. 284 с

27. Балицкий Ф.Я., Иванова М.А., Соколова А.Г., Хомяков Е.И. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. М.: Наука, 1984. -120 с.

28. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. С.Пб.: Изд. Центр СПбМТУ, 2000. -170 с.

29. Глебов Л.А., Яблоков А.Е., Потеря А.А. Диагностическое моделирование в задачах вибродиажостики оборудования предприятий пищевых производств. «Контроль. Диагностика». №7. 2003 г. с 26-29.

30. Потеря А.А. Вибродиагностика технологического оборудования хлебопекарного производства. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Библиотека МГУПП. Москва, 2006.

31. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001. 327 с.

32. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Козырев В.Д. Ваггметрия-диажостика электропроводной арматуры по мощности возможность перехода от ремонта по регламенту к ремонту по техническому состоянию. ТПА.-2006.- № 1(22). - С. 30-31

33. Адаменков А.К., Веселова И.Н. Разработка диагностического паспорта электроприводной арматуры. Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.- 2006,-Прил. № 16,С. 71-76.

34. Диажостика АЭС с помощью динамических сигналов. / Collatz S., Liewess P. "Curr. Nucl. Power Plant Safety Issnes. Proc. Int. Cont., Stockholm, 20-24 oct., 1980. vol. 3, Vienna, 1981, p 513-523.

35. Шейнкман А.Г., Козырев В.Д., Сорокин Д.М. Техническая диажостика процессов и состояния оборудования энергоблока АЭС с быстрым натриевым реактором. Уч. пособие. Екатеринбург Уральский гос. техн. ун-т, 1999. 198 с.

36. Оценка степени деградации ротора серводвигателя с помощью Фурье-анализа сижала тока, http://www.vibration.ru/oservodvig.shtml

37. Петухов B.C., Соколов В.А. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потребляемого тока // Новости Электротехники. 2005. - № 1(31). - С. 50-52.

38. ГОСТ 28327 «Машины электрические вращающиеся. Пусковые характеристики односкоростных ётрехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором напряжением до 660 В включительно» (МЭК 60034-12).

39. ГОСТ 28173 «Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и рабочие характеристики» (МЭК 60034-1).

40. РД 24.207.01-90 «Зависимость среднего ресурса затвора от величины удельного давления на уплотнительные поверхности».50.51,52.