11.4 Мониторинг, диагностика, техническое обслуживание и ремонт как этапы реализации управления ресурсом оборудования энергоблоков аэс

Достижение цели продолжения эксплуатации и управления ресурсом оборудования энергоблоков АЭС напрямую связано, и невозможно без реализации и внедрения объективно ориентированной комплексной системы диагностики.

Внедрение этой системы следует рассматривать как этап методологии в поддержании и обосновании функциональной готовности оборудования, как инструмент и способ определения технического состояния, комплексного инженерного обследования оборудования, его квалификации и оценки остаточного ресурса, по информации которых строится система технического оборудования по его техническому состоянию путем ремонтно-восстановительных работ по расписанию.

В современных нормативных документах к системе технических и организационных мер безопасности АЭС предъявляются требования своевременного диагностирования дефектов и выявление отклонений от нормальной работы, а к системе контроля и управления энергоблока АЭС – требование автоматической и/или автоматизированной диагностики состояния и режима эксплуатации. Для обеспечения надежной работы энергоблока необходимо предупреждение отказа элементов оборудования и систем, что требует определения его технического состояния.

Техническая диагностика контролирует текущее состояние всех элементов АЭС, выявляет аномальные состояния (до достижения эксплуатационных пределов), определяет причины их появления, что позволяет оценить ситуации и принять меры по устранению аномалии. Техническая диагностика – это область знаний, в которой разрабатываются методы и средства обнаружения и распознавания дефекта в техническом состоянии оборудования и/или отклонения и распознования дефекта в техническом состоянии оборудования и/или отклонения от нормы протекающего в нем технологического процесса, устанавливаются и изучаются признаки наличия дефектов в оборудовании и его элементах и причины их возникновения. Целью диагностирования является раннее выявление и предупреждение развития дефектов в оборудовании и/или нарушений нормальных процессов, что обеспечивает повышение безопасности и надежности, поддержание работоспособности и готовности оборудования. Основными задачами диагностирования являются распознование технического состояния и прогнозирование в оценке тенденций развития дефектов или нарушения состояния, раннее выявление по наблюдаемым признакам скрытых отклонений от условий нормальной эксплуатации.

Диагностирование аномалий процессов и состояния оборудования следует различать с диагностированием отказов. Аномалий процессов и состояния оборудования могут быть обнаружены по отклонениям параметров от нормы. За норму принимаются те или иные тенденции в поведении параметров или их отсутствие в пределах, установленных проектом и подтвержденных опытом эксплуатации. Скрытые отказы или предотказное состояние проявляются в аномалиях режимов работы оборудования. Их обнаружение осуществляется сравнением с некоторым положительным образом (например, после выхода из ремонта оборудования, которое принимается за эталон), устанавливаемым для каждого вида отказа заранее путем инженерно-логического анализа. Такой предварительный анализ необходим, так как каждой аномалии может быть поставлено в соответствие несколько отказов оборудования, и наоборот, каждому отказу может соответствовать несколько аномалий в режимах работы.

При оснащении энергоблоков АЭС системой технической диагностики применяют следующий системный подход: результаты измерения параметров энергоблока штатной АСУ ТП дают достаточную информацию о режимах работы и состояния оборудования, и для решения задач диагностирования требуется правильно организовать сбор данных и их обработку.

Основные положения концепции построения системы технической диагностики (СТД) энергоблока сводятся к следующему.

СТД должна решать основные задачи диагностики:

• определение текущего состояния диагностируемого оборудования;

• прогнозирование изменения этого состояния (построение трендов);

• определение состояния этого оборудования в прошлом, потому что без этого невозможно будет оценить настоящее и будущее состояние, в том числе аварийное;

• сопровождение аварии (если это и произошло) и поставарийное состояние.

Стратегия эксплуатации строится на основании:

• объективных данных о технических системах, оборудовании, трубопроводах, характеристик безотказности и ремонтопригодности;

• специфических особенностях системы (структуры, характеристик отказов, наличия контроля или диагностики и мониторинга);

• данных об условиях и порядке (регламенте) эксплуатации оборудования и систем.

Решение задач оптимизации, связанных с поддержанием и восстановлением работоспособности привело к выделению важного и отчасти самостоятельного направления теории надежности – технического обслуживания систем и оборудования. При этом под техническим обслуживанием будем понимать совокупность мероприятий, которые поддерживают и восстанавливают рабочие, функциональные свойства технических систем и оборудования:

1. Комплексная система технического обслуживания и ремонта оборудования АЭС представляет собой дальнейшее развитие технической эксплуатации АЭС и призвана обеспечить исправное состояние и высокую эксплуатационную надежность оборудования при минимальных расходах всех видов ресурсов (времени, труда, средств и материалов) за нормативные сроки службы. По структурно-функциональному построению она является комплексной, непрерывной, планово-предупредительной.

2. Комплексность системы предполагает применение двух основных видов технического обслуживания и ремонта оборудования, технических средств и конструкций (или элементов): по состоянию и расписанию.

Техническое обслуживание и ремонт по состоянию применяется для оборудования, технических средств и конструкций АЭС, состояние которых может определяться без разборки освоенными методами и средствами диагностирования и неразрушающего контроля.

Техническое обслуживание и ремонт по расписанию применяются для оборудования, технических средств и конструкций АЭС, состояние которых невозможно определить без разборки или их разборка обязательна при освидетельствовании определенными службами АЭС.

Для оборудования, технических средств и конструкций АЭС, выходы из строя которых не влияют на безопасность АЭС, безопасность труда, не приводят к остановкам при эксплуатации, прекращению технологических операций, увеличению затрат на восстановление, могут применяться техническое обслуживание и ремонт по отказам.

Соотношение применяемых на АЭС видов технического обслуживания и ремонта меняется в зависимости от наличия средств диагностирования и неразрушающего контроля, надежности оборудования, технических средств и конструкций и опыта обслуживающего персонала.

3. Планово-предупредительность системы предполагает заблаговременное определение восстановлению технико-эксплуатационных характеристик с целью предупреждения интенсивных износов, старения, выходов из строя и, как следствие, повышения эксплуатационной надежности и снижения общих затрат на техническое обслуживание и ремонт.

4. Непрерывность системы предполагает планомерный контроль состояния и выполнение по освидетельствованию и восстановлению технико-эксплуатационных характеристик оборудования, технических средств и конструкций в максимально возможных объемах эксплуатации.

5. Динамичность системы предполагает периодический или непрерывный контроль и прогноз изменения состояния оборудования, технических средств и конструкций АЭС и оперативное планирование (регулирование) на этой основе режимов (сроков, содержания, объемов) технического обслуживания и ремонта, своевременно согласуемых, если они поднадзорны, с соответствующими органами. Применение планового контроля состояния для Планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта делает режимы технического обслуживания и ремонта гибкими и эффективными. Эксплуатационно-ремонтные циклы АЭС не остаются, как прежде, постоянными. Они непрерывно регулируются (уточняются и изменяются) по результатам контроля и прогнозам изменения состояния оборудования, технических средств и конструкций АЭС.

Мероприятия по восстановлению являются главными, прежде всего, когда системы подвержены деградации в обеспечение безопасной эксплуатации энергоблока АЭС.

Предупредительные (профилактические) работы проводят в системах, которые еще функционируют, напротив, действия, направленные на восстановление работоспособности относятся к ремонтно- восстановительным. И, соответственно, стратегии технического обслуживания предписывают вид, объем и расписание мероприятий по техническому обслуживанию, не исключая возможности изменения стратегии профилактики на основе информации, которая получена в процессе эксплуатации. Поскольку, вопросы безопасности, идентичности, эффективности функционирования энергоблоков являются первостепенными свойствами эксплуатации АЭС, то одним из путей решения является организация оптимального обслуживания оборудования энергоблока, а в качестве критерия оптимальности обслуживания выбран коэффициент готовности оборудования и рекомендуется планировать мероприятия по восстановлению непосредственно ориентируясь на динамику определенных параметров (износ, вибронагруженность, температура, остаточный ресурс, повреждаемость) – степень деградации оборудования. Подходы по оптимизации физико-технических параметров и экономических критериев достаточно хорошо проработаны.

Предлагаемое к рассмотрению решение задачи технического обслуживания по техническому состоянию оборудования на основе физико-технических параметров требует системного подхода. Применение системного подхода позволяет рассмотреть проблему с единых методических позиций, более четко очертить круг работ, которые надо проводить для решения, дает возможность обоснованно упорядочить и повысить эффективность основных технических мероприятий необходимых для обеспечения системы обслуживания по техническому состоянию.

При этом выделены следующие свойства:

• функциональность – способность системы достигать поставленную перед ней цель;

• комплексность – наличие в системе всех элементов, необходимых для достижения цели;

• совместимость – соответствие и связь системы с другими системами;

• оптимальность.

Тогда на основе анализа опыта эксплуатации в течение проектного срока и продления назначенного ресурса эксплуатации энергоблока АЭС при условии поддержания показателей безопасности и готовности оборудования АЭС, концептуальными условиями технического обслуживания по техническому и функциональному состояниям оборудования становятся следующие:

1. Наличие системы разрушающего и неразрушающего контроля, регламентных испытаний, мониторинга и диагностики для определения фактического технического и функционального состояний оборудования.

2. Наличие системы управления надежностью оборудования, т.е. знание и управление ресурсными характеристиками оборудования, критериальные оценки готовности оборудования на основе сбора и обработки данных контроля, мониторинга и диагностики.

3. Развитая система профилактического обслуживания и ремонтно-восстановительных работ по характеристикам надежности и прогнозных решений.

4. Система отношений производственных подразделений АЭС, регламентированных нормативно-технической и правовой базой действующей в атомной энергетике.

Выполнение этих условий позволит четко обозначить ранее не видимое техническое состояние оборудования энергоблоков, предотвратить постепенные отказы и аварии, полноценно использовать ресурсы и оборудование, сократить эксплуатационные расходы и потери.

Конкретно это выражается в корректировке графика ремонтов в сторону сокращения сроков (межремонтного цикла), учете расходования ресурса и обоснованного планирования ЗИП, сокращения численности ремонтного персонала, более четкого и осознанного планирования ремонтно-восстановительных работ (средних и капитальных ремонтов). Это означает переход от сложившейся практики экстенсивного характера обслуживания и ремонта оборудования (регламентной формы системы ППР по периодичности) к новой прогрессивной форме технического обслуживания оборудования АЭС по реальному техническому состоянию, в основе которого лежит предположение о возможности оценки и прогнозирования остаточного ресурса, восстановление ресурса путем проведения ремонтно-восстановительных работ, спланированных по результатам анализа эксплуатационных и/или расчетных показателей надежности с учетом реального состояния оборудования АЭС, полученной при проведении диагностического обследования и испытаний, минимизации затрат на ремонты.

Литература

1.Щегляев А. В. Паровые турбины. Кн. 1, М., Энергоатомиздат, 1993, 384 с.

2. Паровые и газовые турбины. Под. ред. А.Г. Костюка и В.В. Фролова, Энергоатомиздат,1985, 350с.

3. Занин А. И., Соколов В. С. Паровые турбины. М., «Высшая школа», 1988, 208с.

4. Установки турбинные паровые стационарные для привода электрических генераторов ТЭС. Общие технические требования. ГОСТ 24 278-89.

5. Шелепов И.Г., Заруба В.К., Яцкевич С.В. Теплоэнергетические установки электростанций (исследование и расчет низкопотенциальных комплексов ТЭС и АЭС). УМКВО, 1993, - 200с.

6. Шелепов И.Г., Кострыкин В.А., Михайский Д.В. Методика определения оптимальных сроков чистки поверхностей теплообмена конденсаторов паровых турбин. Вестник национального технического университета «ХПИ», № 5, 2006, с.105-113.

7. Дуэль М.А., Дуэль А.Л., Кострыкин В.А.. Шелепов И.Г. и др. Диагностирование состояния и условий эксплуатации энергоблоков ТЭС. – Харьков, ЧП “КиК”, 2006, - 270с.

8. Кострыкин В.А., Шелепов И.Г., и др. Определение и исследование диагностических признаков низкопотенциальных комплексов энергоблоков АЭС. Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 6/2(18), 2005, с.149-152.

9. Научно-техническое и инвестиционное обеспечение перспективного развития теплоэнергетики Украины / Н.А. Борисов, А.Д. Светелик. – К.: Энергетическая политика Украины, 2005, с. 58-66.

10. Моделирование и исследование процессов остывания мощных паротурбинных агрегатов / Д.А. Переверзев, В.А. Кострыкин , В.А. Палей // Теплоэнергетика. 1980, № 9, с.34–38.

11. Исследование процессов остывания и влияния их на маневренные характеристики мощных паротурбинных агрегатов / Д.А. Переверзев, В.А. Кострыкин, В.А. Палей // Пробл. машиностроения.– 1980.– Вып. 11.– с.48–53.

12. Косяк Ю.Ф., Галацан В.Н., Палей В.А. Эксплуатация турбин АЭС, Энергоатомиздат, 1983, 145с.

13. Переверзев Д.А. Исследование процессов остывания турбины АЭС типа К–1000–60/1500 /Д.А. Переверзев, А.Г. Лебедев, В.А. Палей // Теплоэнергетика.– 1985.– № 12.– с.26–29.

14. Оптимальное проектирование последней ступени мощных паровых турбин. Шубенко- Шубин Л.А., Тарелин А.А, Антипцев Ю.П. Киев, «Наукова думка», 1980, с. 227.

15. Е.В. Левченко, Л.А. Зарубин и др. Газодинамическое совершенствование проточных частей паровых турбин для ТЭС и АЭС ОАО «Турбоатом». «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования», Сб. науч. тр.- Харьков: ИПМаш НАН Украины.- 2003.- с.51-54.

16. А.Л.Шубенко, В.А. Маляренко и др. Некоторые подходы к совершенствованию систем влагоудаления при малозатратной модернизации ЦНД паровых турбин. «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования», Сб. науч. тр.- Харьков: ИПМаш НАН Украины.- 2003.- с.398-405.

17. Е.В. Левченко. Предложения ОАО «Турбоатом» по модернизации и замене турбин ТЭС // Энергетика и электрификация. – 2006. - №7. – с.35-43.

18. Тайч Л., Сынач Я., Беднарж Л. и др. Модернизация цилиндра низкого давления турбины 210МВт. «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования», Сб. науч. тр.- Харьков: ИПМаш НАН Украины.- 2000 г., Харьков, с. 187-194.

19. Проспект АО «ЛМЗ». Модернизация паровых турбин мощностью 200 МВт.- 2005г., 8 с.

20. Кострыкин В.А., Шелепов И.Г., ШубенкоА.Л. и др. Продление ресурса теплоэнергетического оборудования энергоблоков АЭС. «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования». Сб. науч. тр.- Харьков: ИПМаш НАН Украины.- 2003 г., Харьков, т.2., с. 431-434.