海阳核电厂振动管理体系建设实践

王岳辉，朱俊贤

(1.山东核电有限公司,山东 烟台 265116;2.烟台北方星空自控科技有限公司,山东 烟台 264003)

海阳核电厂作为国家三代核电自主化依托项目，一期工程建设2台AP1000机组，装机容量为2×125万kW，目前2台机组均已经投入商运，并已完成第一次大修。海阳核电厂在调试期间初步建立了振动管理体系，历经第一个燃料循环和第一次大修的检验优化，目前趋于完善。振动专业圆满完成了两台机组调试和生产阶段全厂振动问题的分析及处理，为海阳核电安全稳定运行提供了强大的支撑。

本文结合海阳核电厂振动管理体系建立的过程，着重阐述了振动管理关键要素，包括振动标准体系、振动监测体系、振动处理机制和支持体系、振动数据库、松脱部件异常分析等，以更好的指导后续振动管理工作。

1 建立全面的振动管理范围

海阳核电振动管理工作覆盖了全厂所有系统设备，对于现场所有振动问题，全部由振动专业进行分析及评价。海阳核电厂振动工作主要包括下述几个方面：

1)旋转机械；

2)静止机械，包括管道、小支管、阀门等；

3)重要主机的振动监测和处理：包括汽轮机，主泵等；

4)特殊监测系统的振动监测和处理，包括松脱部件监测系统、堆芯吊篮监测系统、CRDM风机振动监测系统、ADS-4振动监测系统等。

5)其他厂内振动问题处理。

振动专业负责对上述设备进行振动测量、分析评价、故障诊断、趋势分析、功能再鉴定等，负责建立和维护振动测量数据库，制定验收标准。

2 建立严谨的标准体系

海阳核电振动专业深入研究国内、国外各类设备的振动标准，建立了严谨的振动标准体系，主要包括旋转机械振动标准、管道振动标准和阀门振动标准。

首先，考虑厂家提供的振动标准，当厂家给出的限值比国家标准和ISO 标准更严格时，可以采用厂家给出的限值；当厂家给出的限值与相关标准相比更加宽松时，应要求厂家必须正式说明理由，并确保机器在较高振动值下运行不会损坏。

在厂家未提供振动标准时，严格遵循国家标准。对于核岛及常规岛内的泵，振动区域边界按照GB/T 29531—2013 《泵振动测量与评价方法》，报警(验收)值设定为B 区域上限；停机值设置为C 区域上限。对于BOP、SRTF及力能区域的泵，根据泵出厂数据和稳态运行时的历史数据进行评价，振动可按照GB/T 29531—2013 《泵振动测量与评价方法》，报警(验收)值不超过B 区域上限1.25倍，停机值设置为C 区域上限。当旋转机械振动幅值变化超过振动基准值25%时，应诊断研究并查明原因，必要时采取相应措施。

电机空载时按照GB10068—2008 轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动的测量评定及限值》设定限值，电机带载时的振动标准按照ISO 10816-1(GB 6075-3)设定。

通风机按照JB/T 8689—2014《通风机振动检测及其限值》设定限值，刚性支撑报警值为4.6 mm/s，停机值为7.1 mm/s；挠性支撑报警值为7.1 mm/s，停机值为11.2 mm/s。

管道、小支管振动标准按照ASME-OM-S/G PART3 要求执行[1]。阀门(包括阀门所包括的各元器件)振动标准首先看厂家有无要求，如无具体标准，则按照阀门所在管道标准执行。

在调试和运行期间，振动标准一直是个热点问题，但表现形式有所不同。在调试阶段，部分采购合同中对转机的振动标准不明确，甚至存在多个相互矛盾的标准，再加上建安期间设备基础施工质量问题、安装质量问题等，振动标准的矛盾突出，需要协调的处室和单位较多。在运行和大修阶段，主要是由于检修质量，而引发关于标准的争论。在调试阶段，海阳核电以合同和国标为依据，逐步建立和统一了全厂设备振动标准，形成企业标准，在日常运行和大修中不断优化，有效的指导了现场工作。

3 建立动态的振动监测体系

3.1 以设备分级为依据

海阳核电厂以INPO-AP913为基础，借鉴西屋公司设备分级经验，对全厂设备进行设备分级，分为关键Ⅰ级、关键Ⅱ级、非关键级和RTM四级。在此基础上，振动专业对所有关键Ⅰ级和关键Ⅱ级设备进行梳理，编制旋转机械振动测量大纲，定期进行监测。对非关键级旋转机械，由维修专业在巡检和检修过程中进行监测。

3.2 定期监测与非定期监测相结合

对关键Ⅰ级和关键Ⅱ级设备，按照旋转机械振动测量大纲的周期，定期进行监测。关键Ⅰ级设备定期测量周期为3个月，关键Ⅱ级定期测量周期为6个月，反应堆厂房设备定期测量周期为一个换料大修[2]。非关键级旋转机械及静止机械不需要定期振动测量，由维修专业在日常巡检和维修过程中进行监测，主要包括维修后的再鉴定振动测量、设备切换后的振动测量等；这些工作无固定的周期,根据现场实际情况临时触发。

3.3 在线与离线相结合

对于关键级设备，均定期监测，考虑到现场设备的可达性，以及在线监测系统的应用，监测方式有所不同。

对于大部分关键级旋转机械，均定期人工振动测量，记录振动幅值、频谱等，作为后续设备运维的依据。

对有在线监测系统的旋转机械，如果设备可达，依然按照周期定期人工振动测量，采集频谱。如果设备不可达，在功能再鉴定时振动测量并记录振动幅值和频谱等基准数据，日常运行时采用DCS读数等方式进行监测。对重要旋转机械及管道，如汽轮发电机组、主泵、ADS-4级管道等，在大修期间在机柜端外接采集系统采集基准数据，后续生产阶段实时在线监测。

3.4 根据实际运行经验及时优化

在机组调试和生产过程中，根据设备的状态、同行/厂家的经验、机组实际运行情况等因素综合考虑，及时优化调整定期监测的范围和频率，以保障机组安全稳定经济运行。

经振动测量后梳理出的敏感旋转机械应增加振动测量频度，如果测量结果表明设备的振动处于报警范围，则上述规定的试验周期要至少缩短一半，直至振动异常原因已查明且已采取纠正措施使振动恢复正常水平。对于没有纳入振动大纲定期监测的，则纳入旋转机械振动大纲中按照关键级设备的要求进行监测，加大监测频率，直至振动水平恢复到正常水平。

3.5 定期测量和设备切换相关联

在日常振动测量中，一个很重要的问题是部分旋转机械测量的窗口问题，海阳核电仔细梳理设备切换周期和定期试验窗口，在此基础上和定期测量周期匹配起来，并纳入日常生产计划的范畴，很好的解决了测量窗口的问题。

在调试期间，在各个设计工况下对全厂转动机械、静止机械、管道以及小支管进行振动测量，测量振动幅值、频谱等参数，建立基准。对于主泵、汽轮机和ADS-4等重点设备，还在各个工况下单独接入数据采集设备，保存振动数据。这些数据作为运行期间设备评估的一个依据[3]。

在大修之前，需要把所有相关转机测量一次，作为大修的基准数据。排查出来的已劣化或接近劣化的设备，振动专业分析振动原因，提出治理建议，维修专业据此制定治理方案，在大修期间实施，极大了减少了关键设备振动异常对大修工期的影响。对于主泵、汽轮机和ADS-4等主要设备，还需大修后启机过程中再次测量，作为下一个燃料循环日常运行的依据。

4 建立完善的振动处理机制和支持体系

振动问题一般具有复杂、疑难等特点，振动问题的产生是工程、机械、电气、仪控多因素的体现，振动问题的处理涉及到制造厂、建安、检修等多个环节，需要电厂采购、调试、运行、维修、振动等多个专业协同处理[4]。

海阳核电从调试期开始，在公司内部成立了振动专项工作小组，统一协同工程、生产、采购和后援单位的力量，明确设备的振动标准、诊断振动异常的原因，并制定处理方案。小组组长由振动处牵头，相关责任处室派人参加，人数以最小运作体系执行。

本文研究的时态RDF模型是用时间标签来标记RDF数据三元组，且表示有效时间。以下就是时态RDF模型的基本定理。

振动专项小组统筹电站内部外资源，提供振动问题专项处理平台，提升了处理问题工作效率和反应能力。为提高振动专项小组成员的积极性，专项组工作可以做为日常绩效考核的输入，并可作为技术岗位晋升积分申请输入。

同时，因电厂定编定额、人员经验水平不足等原因，国内各核电厂均引入了一定的专业承包商，作为业主的支援力量。海阳核电厂结合其他兄弟电站经验，和电厂实际生产组织情况，建立了强大的振动后援体系。主要考虑技术难度大、市场化程度高的项目。侧重于两个方面，一是重要的转机和管道，包括主泵、汽轮机、ADS-4管线、小支管等。另外一个是松脱部件监测系统，协同后援单位建立24 h响应机制，快速响应电厂需求。

5 建立数据库

海阳核电采用美国艾默生过程控制公司CSI2140振动数据采集器及MHM机械健康管理振动数据库软件，建立了完整的振动数据库，详细记录每次振动测量数据，并在生产部门内共享，为设备健康管理、预测性维修提供强大的支撑。

振动数据库全面收集设备的信息，其中泵的信息包括：驱动电机的转速、功率、电机级数、转子条数、定子条数，泵级数、泵流量、扬程、每级所带叶片数、中心高、轴承型号及位置、联轴器类型等。风机的信息包括：驱动电机转速、功率、级数、转子条数、定子条数，电机与风机的连接方式，支撑形式，风机的叶片数、轴承型号及位置等，皮带轮直径、皮带长、皮带轮转速(界面见图1)。

图1 振动数据库界面Fig.1 Interface of vibration database

利用MHM机械健康管理振动数据库软件对每台旋转机械进行组态，输入设备基础信息，可以形成每台设备的每个测点的故障频率，在进行旋转机械振动故障诊断时，可帮助振动分析人员快速确定振动原因。

为规范振动数据库服务器管理，专门编制了管理制度，规范服务器的软件管理、硬件管理、权限管理、数据录入管理、定期检查要求等。

6 强化松脱部件监测

近年来，国内核电厂频繁出现异物进入一回路或者二回路事件，导致重大设备损坏和经济损失，各核电厂日益重视强化松脱部件监测和预警功能。海阳核电厂松脱部件监测系统单台机组采用16个传感器，分别安装在压力容器、蒸汽发生器和主泵上，监测反应堆冷却剂系统(RCS)中松动部件和金属碎片的情况。此系统一个突出的问题是误报很多，正常运行时存在大量假信号，存在掩盖淹没真实撞击信号的情况，对系统监测和电站运行造成巨大的影响[5]。

有鉴于此，海阳核电厂建立了松脱部件监测响应机制，协调振动、仪控、运行、设备等专业，24 h实时监测反应堆冷却剂系统中松动部件和金属碎片的情况，如有异常，及时响应，保障电站安全。

机组启机过程监测：每次机组启机过程中，从主泵起泵开始，安排专人持续监测报警情况，工程师首先初步分析和判断，如有异常情况及时启动相应机制。

日常持续监测：运行、仪控、振动在日常生产过程中，不定期现场巡检，如果发现报警数量和报警幅值有较大变化时，第一时间通知振动专业响应，振动工程师首先初步分析，如有异常情况及时启动相应机制。

主控监测：松脱部件监测系统报警信号通过DDS送到主控室，主控室在监盘过程中，发现有通道较长时间无报警后第一次报警，或者报警幅值、报警频率有明显变化，也会第一时间通知振动专业响应。

商运后，海阳核电已经和技术支持单位建立了24 h响应机制，在类似事件处理中，均响应迅速。能做到快速传递数据、同步分析、结论可信，监测系统正常有效。

7 结论

振动监测和分析技术在保障电站核安全、提高设备可用率、解决重大设备故障及预测性维修等方面提供了有力支撑，经调试、日常运行和大修的检验，海阳核电长振动管理体系是行之有效的。

1)振动管理工作覆盖了全厂所有系统设备，对于现场所有振动问题，全部由振动专业进行分析、评价及治理，极大地发挥了振动专业的专业优势。

2)以合同和国标为依据，分别建立全厂旋转机械振动标准、管道振动标准和阀门振动标准，形成企业标准，作为评价设备健康状态的重要依据。

3)以设备分级为依据，考虑设备可达性等因素，建立多样化的振动监测体系。并根据实际情况分级建立全厂设备振动数据库，作为设备日常运行的基准数据。

4)在大修之前，组织转机设备排查，梳理敏感设备，提前准备治理方案，减少了对大修工期的影响，同时在大修前后建立振动基准，作为大修和日常运行的依据。

5)建立快速响应的松脱部件振动监测和异常分析响应机制，能做到快速传递数据、同步分析、结论可信，监测系统正常有效。