核電廠全范圍老化管理信息系統(tǒng)研發(fā)

劉曉娟 呂方明

摘要：根據(jù)我國老化管理法規(guī)要求，建立了標(biāo)準(zhǔn)化的核電設(shè)備老化管理流程，開發(fā)了覆蓋全廠設(shè)備和完整老化管理流程的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，闡述了老化管理對象確定的方法，以及老化管理審查和大綱實(shí)施的管理策略，介紹了系統(tǒng)主要功能架構(gòu)、數(shù)據(jù)流關(guān)系、管理模式等內(nèi)容?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以有效提升老化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，對核電廠老化管理業(yè)務(wù)長遠(yuǎn)發(fā)展提供重要保障。

關(guān)鍵詞：核電廠老化管理? 篩選數(shù)據(jù)

Development of an Integrated Ageing Management System in Nuclear Power Plant

LIU Xiaojuan1 LYUFangming2

（1.Wuhan Branch of CNNC Kelly Shenzhen Nuclear Energy Service Co.，Ltd.;2.China Nuclear Power Operation Technology Corporation，Ltd.， Wuhan， Hubei Province， 430223 China）

Abstract： According to the requirements of my country's aging management regulations， a standardized aging management process for nuclear power equipment has been established， a database system covering the entire plant's equipment and the complete aging management process has been developed， the method of determining aging management objects， and the management of aging management review and program implementation have been described. Strategy， introduces the main functional architecture of the system， data flow relationship， management mode， etc. The field application results show that the system can effectively improve the accuracy and real-time performance of aging business data， and provide an important guarantee for the long-term development of nuclear power plant aging management business.

Key Words： Nuclear power plant; Ageing management; Screening; Data

在核電廠老化管理的各個(gè)環(huán)節(jié)之中，老化管理相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、整理、分類、存儲(chǔ)和分析評價(jià)處于重要地位和中心環(huán)節(jié)。國家核安全局制定的《核動(dòng)力廠老化管理》導(dǎo)則HAD103/12-2012[1]規(guī)定：營運(yùn)單位應(yīng)根據(jù)老化管理大綱建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)收集和記錄保存系統(tǒng)，以促進(jìn)老化管理大綱的實(shí)施和優(yōu)化。國內(nèi)核電行業(yè)在早期的老化管理業(yè)務(wù)實(shí)踐中，重點(diǎn)關(guān)注重大安全級設(shè)備的老化管理，開發(fā)眾多的設(shè)備級老化管理信息系統(tǒng)，如蒸汽發(fā)生器、壓力容器、穩(wěn)壓器、堆內(nèi)構(gòu)件等。而國外核工業(yè)領(lǐng)域更是開發(fā)了許多商用的全廠級老化管理信息平臺(tái)，比如德國的COMSY、美國的ALEX、匈牙利的DACAAM等。相互比較可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)核電領(lǐng)域老化管理信息系統(tǒng)開發(fā)存在一些不足，主要體現(xiàn)為未實(shí)現(xiàn)老化管理業(yè)務(wù)全過程和全范圍的覆蓋;數(shù)據(jù)庫較為封閉，缺乏有效集成和融合，導(dǎo)致重復(fù)性工作量較大，資源利用率較低;關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)不能直觀展現(xiàn)，對數(shù)據(jù)的深度挖掘不夠，造成現(xiàn)有的老化管理信息系統(tǒng)在核電廠內(nèi)部使用程度不高。

基于此，有必要開發(fā)一種全范圍老化管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)老化管理業(yè)務(wù)流程全覆蓋，體現(xiàn)老化管理工作的連續(xù)性和實(shí)時(shí)性，提升老化管理大綱開發(fā)和定期安全審查（PSR）等業(yè)務(wù)的工作效率，最終實(shí)現(xiàn)核電廠老化數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化。本文正是以此為研發(fā)思路，詳細(xì)介紹了全范圍老化管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和功能，該系統(tǒng)已在核電廠得到成熟的應(yīng)用。

1 核電廠老化管理需求

為促進(jìn)核電廠老化管理業(yè)務(wù)發(fā)展，提升工作效率和管理水平，老化管理信息信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）實(shí)現(xiàn)老化管理全流程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性，準(zhǔn)確性。

（2）建立標(biāo)準(zhǔn)化老化管理流程，包括系統(tǒng)和設(shè)備篩選、老化管理大綱、老化管理審查等，以設(shè)備全壽期老化數(shù)據(jù)集成管理為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)核電廠老化數(shù)據(jù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）實(shí)現(xiàn)核電廠老化相關(guān)的系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件（SSCs）的自動(dòng)篩選。

（4）實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備老化管理各環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維修、檢查監(jiān)督、性能試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)反饋等數(shù)據(jù)的集成管理，根據(jù)狀態(tài)趨勢分析及時(shí)發(fā)出老化降質(zhì)預(yù)警。

（5）實(shí)現(xiàn)老化數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析和圖表生成等;實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入和導(dǎo)出等操作的便捷性，提升業(yè)務(wù)效率。

（6）便于與其他系統(tǒng)建立接口，避免數(shù)據(jù)孤島。

2 標(biāo)準(zhǔn)老化管理業(yè)務(wù)流程

2.1 老化管理對象的確定

核電廠的老化管理業(yè)務(wù)重點(diǎn)關(guān)注對核電廠安全有不利影響且對老化降質(zhì)敏感的系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件（SSCs），同時(shí)還應(yīng)關(guān)注本身不具有安全功能，但其失效會(huì)妨礙其他SSCs執(zhí)行安全功能的SSCs[2]。老化管理對象的篩選策略如圖 1所示，老化管理對象分為機(jī)械、電儀、構(gòu)筑物3個(gè)專業(yè)。

首先，建立系統(tǒng)、構(gòu)筑物和設(shè)備清單，理清從屬關(guān)系和分類屬性。機(jī)械SSCs清單分為系統(tǒng)、設(shè)備、部件等3個(gè)層級，構(gòu)筑物分為廠房和構(gòu)件2個(gè)層級，電儀分為系統(tǒng)、物項(xiàng)組和設(shè)備等3個(gè)層級。

其次，制定了符合我國核電行業(yè)要求的篩選準(zhǔn)則：與核安全直接相關(guān)的SSCs是老化管理重點(diǎn)關(guān)注的對象;雖非核安全級物項(xiàng)，但其失效能夠帶來核安全隱患的SSCs也應(yīng)納入老化管理范圍;一些行業(yè)經(jīng)驗(yàn)也是篩選時(shí)重點(diǎn)考慮的因素，如監(jiān)督當(dāng)局的要求、專家的經(jīng)驗(yàn)和本廠個(gè)性化管理需求等;超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故涉及的SSCs也是老化篩選的重點(diǎn)關(guān)注對象。

按照上述原則篩選后，可以獲得老化管理范圍內(nèi)的機(jī)械設(shè)備、構(gòu)筑物廠房和電儀系統(tǒng)的清單。此后，需要按照“非能動(dòng)+長壽命”的原則，篩選獲得機(jī)械部件和構(gòu)筑物構(gòu)件的清單，而電儀專業(yè)則從分類管理的角度篩選出老化管理關(guān)注的物項(xiàng)組及設(shè)備清單。

可以看出，本系統(tǒng)的對象篩選充分考慮了機(jī)械、構(gòu)筑物和電儀專業(yè)的設(shè)備管理特點(diǎn)，采用不同的層次結(jié)構(gòu)和分類管理的思路，最終獲取的對象清單能夠滿足老化管理大綱的顆粒度要求。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化管理策略

按照我國有關(guān)老化管理技術(shù)政策的要求，需要對老化管理對象的老化效應(yīng)進(jìn)行充分管理，保證其在運(yùn)行期內(nèi)安全運(yùn)行[3]。為此，需要開展老化管理的審查和措施執(zhí)行及跟蹤優(yōu)化工作。本系統(tǒng)的老化管理策略思路如圖 2所示。

首先，參考核電廠老化管理通用經(jīng)驗(yàn)報(bào)告（U.S.Nuclear Regulatory Commission.Generic Aging Lessons Learned （GALL） Report，簡稱GALL）[4]、國際通用老化管理經(jīng)驗(yàn)報(bào)告（International Atomic Energy Agency.Aging Management for Nuclear Power Plants International Generic Aging Lessons Learned，簡稱IGALL）[5]，對老化管理對象進(jìn)行老化機(jī)理分析，結(jié)合NUREG1801開展管理措施審查，確定老化效應(yīng)是否得到充分管理，獲取核電廠老化管理的弱項(xiàng)。其次，對照核電廠現(xiàn)有的管理大綱和程序，結(jié)合管理弱項(xiàng)進(jìn)行老化管理大綱開發(fā)，制定具體的管理要求。最后，執(zhí)行大綱的管理要求，并根據(jù)執(zhí)行效果對大綱管理要求做必要優(yōu)化。

由于老化管理對象數(shù)量眾多，系統(tǒng)中設(shè)置了專門的選項(xiàng)可以很方便地抽取出關(guān)鍵物項(xiàng)。除執(zhí)行上述管理流程之外，需要重點(diǎn)跟蹤和監(jiān)視關(guān)鍵物項(xiàng)的老化狀態(tài)，并做必要長期老化趨勢分析。將大綱執(zhí)行后獲取的狀態(tài)信息進(jìn)行反饋，支撐狀態(tài)評估和趨勢分析業(yè)務(wù)，并以此為依據(jù)提出大綱優(yōu)化建議，從而形成老化管理業(yè)務(wù)的閉環(huán)。

3 老化管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)及數(shù)據(jù)流關(guān)系

根據(jù)上述老化管理策略，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖，如圖 3所示，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、老化篩選、老化管理、文檔管理、經(jīng)驗(yàn)反饋和系統(tǒng)維護(hù)等6個(gè)功能模塊。

3.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊

維護(hù)機(jī)械、電儀和構(gòu)筑物的清單，包括系統(tǒng)（廠房）、設(shè)備、物項(xiàng)組、部件（構(gòu)件）的清單，并按照層級形成樹形結(jié)構(gòu)，為老化篩選模塊提供備選清單。

3.1.2老化篩選模塊

依據(jù)前述設(shè)定的篩選原則，篩選出機(jī)械專業(yè)的系統(tǒng)、設(shè)備和部件清單，篩選出構(gòu)筑物的廠房和構(gòu)件清單，篩選出電儀的系統(tǒng)、物項(xiàng)組和設(shè)備清單。設(shè)置了人工確認(rèn)的功能，可根據(jù)管理需要定制管理對象。最終，為老化管理模塊提供各專業(yè)方向的管理對象清單。

3.1.3老化管理模塊

該模塊是本系統(tǒng)的核心功能模塊，分為老化管理審查和老化管理實(shí)施2個(gè)子模塊。

（1）老化管理審查：統(tǒng)一管理核電廠老化管理對象相關(guān)的服役環(huán)境、材料、機(jī)理、效應(yīng)、管理大綱、管理措施等信息。對于關(guān)鍵設(shè)備，例如壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件等，實(shí)施專項(xiàng)的老化管理，包括基礎(chǔ)信息、機(jī)理分析、管理審查、狀態(tài)審查、趨勢分析、經(jīng)驗(yàn)反饋等數(shù)據(jù)的集成管理?？梢酝ㄟ^對關(guān)鍵物項(xiàng)的材料、運(yùn)行環(huán)境和檢查監(jiān)督等數(shù)據(jù)的深入挖掘，自定義設(shè)置表征這些設(shè)備老化狀態(tài)的特征參數(shù)和安全裕度，對反映設(shè)備的老化狀態(tài)的特征參數(shù)進(jìn)行趨勢分析，老化趨勢跟蹤頁面示例如圖 4所示。

（2）老化管理實(shí)施：本模塊集中管理專項(xiàng)的老化管理大綱，細(xì)化為管理要求和執(zhí)行結(jié)果記錄模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)與老化管理審查模塊關(guān)于管理要求和執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)的雙向關(guān)聯(lián)。老化管理實(shí)施的目的是在SSCs的使用或運(yùn)行過程中，通過控制造成老化的運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行方式等因素，將SSCs性能的劣化降到最低[6]。

3.1.4經(jīng)驗(yàn)反饋

國內(nèi)核電廠經(jīng)過長期運(yùn)行，積累了大量的老化管理經(jīng)驗(yàn)，但沒有被統(tǒng)一收集、整理、分析和利用[7]，本模塊收集了國內(nèi)外核電行業(yè)發(fā)生的重大老化事件信息，包括事件描述、原因分析、糾正措施等核心信息，并與關(guān)鍵物項(xiàng)老化管理模塊相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)各核電廠機(jī)組經(jīng)驗(yàn)反饋事件或成果的共享。

3.1.5文檔管理

核電廠內(nèi)外老化管理技術(shù)相關(guān)成果的集成，包括老化項(xiàng)目實(shí)施文件、技術(shù)成果、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、管理程序等，并與關(guān)鍵物項(xiàng)的老化管理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

3.1.6系統(tǒng)維護(hù)

可在該模塊對核電廠信息、機(jī)組信息、文檔信息、大綱信息以及老化管理模塊的通用參數(shù)進(jìn)行字典定義的維護(hù)管理。

除上述功能之外，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與核電廠已有信息系統(tǒng)的接口和數(shù)據(jù)集成合，充分利用已有資源，如通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)EAM的接口獲取設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，差異化的數(shù)據(jù)將在老化管理信息系統(tǒng)中直接補(bǔ)充填報(bào)，可以避免人因失誤造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

參照核電其他信息系統(tǒng)[8-9]，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了與老化相關(guān)重要數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息可視化界面，如圖 5所示。主要包括：（1）對老化管理對象數(shù)量的分類統(tǒng)計(jì)圖形;（2）關(guān)鍵物項(xiàng)老化狀態(tài)參數(shù)趨勢圖;（3）與老化相關(guān)的狀態(tài)報(bào)告信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì);（4）重要廠房維修信息的統(tǒng)計(jì)圖。這些可視化界面有助于行業(yè)專家了解當(dāng)前老化管理業(yè)務(wù)的進(jìn)展，判斷關(guān)鍵物項(xiàng)的老化狀態(tài)趨勢，以便技術(shù)人員及時(shí)評價(jià)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，識別設(shè)備老化程度，制定最佳管理方案。

3.2 群堆管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)多個(gè)核電基地的群堆管理，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如圖 6所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。老化管理系統(tǒng)集中部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，以機(jī)組為單位將各核電廠老化數(shù)據(jù)集中在總服務(wù)器中，設(shè)置了應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)老化數(shù)據(jù)前臺(tái)與后臺(tái)分離管理。各核電廠用戶經(jīng)授權(quán)后，可通過行業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)訪問總服務(wù)器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫維護(hù)團(tuán)隊(duì)定期對總服務(wù)器中的軟件和數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)老化管理系統(tǒng)的更新和優(yōu)化。為保證系統(tǒng)安全，設(shè)置了防火墻和用戶身份驗(yàn)證功能。該型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由專人維護(hù)，提升了數(shù)據(jù)庫平臺(tái)的適用效率，降低了核電廠用戶工作負(fù)擔(dān)，滿足行業(yè)安全要求，具有較高的實(shí)用性。

3.3 升級規(guī)劃

在后續(xù)升級優(yōu)化中，可陸續(xù)與各生產(chǎn)管理系統(tǒng)建立接口，如在役檢查系統(tǒng)、水化學(xué)管理系統(tǒng)和工單管理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)重要老化數(shù)據(jù)的自動(dòng)讀取，提升系統(tǒng)工作效率。在積累了大量老化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開展對關(guān)鍵物項(xiàng)老化狀態(tài)數(shù)據(jù)的深入挖掘，集成老化評估和壽命預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)老化降質(zhì)的實(shí)時(shí)評估，為核電現(xiàn)場設(shè)備的維修和更換規(guī)劃提供技術(shù)支持。另外，擴(kuò)大對老化相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋數(shù)據(jù)的收集范圍，開展專項(xiàng)的老化案例分析，為核電廠老化管理措施的完善提供重要參考。

4 結(jié)語

本文介紹了核電機(jī)組全范圍老化管理系統(tǒng)的技術(shù)思路和主要功能模塊，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對老化管理業(yè)務(wù)全流程和對象全范圍的覆蓋，解決了數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)和動(dòng)態(tài)更新等相關(guān)技術(shù)問題，以設(shè)備全壽期老化數(shù)據(jù)集成管理為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了全廠老化數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化。目前，該系統(tǒng)已覆蓋中國核電多數(shù)在役機(jī)組，在各廠老化管理業(yè)務(wù)的實(shí)施和同行評估中發(fā)揮了重要的作用。預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)，通過升級改造完善功能，將為核電機(jī)組安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供更深層次的技術(shù)支持。

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