核电厂生产隔离信息化辅助可行性分析

鲍文军

摘要：本文结合多年核电厂隔离工作经验，对核电厂隔离的隔离规则进行总结，并对核电厂生产隔离信息化辅助的实现方式进行探讨，得出该类系统在基于设备信息充分的前提下在技术上是可行的。

关键词：核电厂隔离信息化、核电厂隔离计算机辅助、隔离规则

1. 引言

核电厂隔离工作是核电厂日常生产过程中的重要环节，通过建立能够可靠保障人身安全、设备安全、核安全的工作边界，来确保核电厂日常预防性维修及检修工作的安全顺利进行。由于核电厂系统设备及图纸资料数量庞大且接口复杂，工作人员在隔离的准备过程中易产生错误，从而导致隔离边界失效事件发生。随着计算机技术与核电控制系统的结合和发展，生产隔离的信息化成为可能，核电厂隔离信息化引入将帮助核电厂人员在隔离边界确定、隔离执行过程準备、隔离风险分析及隔离执行经验反馈调取等环节提供便利和高效的辅助，同时可供运行人员对机组设备故障维修的运行策略进行推演辅助。

2. 隔离的定义及日常流程

隔离是指对明确界定的设备，按确定的状态要求，进行操作后用挂牌、上锁的方式禁止对其进行任何操作的运行行为，以避免人员在工作中受到伤害。

日常隔离准备在保证隔离边界满足工作需要的同时，需确保对日常生产影响降至最小，以在留有足够的安全裕度的前提下产生经济效益。日常隔离存在周期如图1所示：

隔离指令的确定需以受控制的、有效的图纸和文件作为依据，以确保指令的准确有效。核电厂工艺系统流程复杂，接口众多，极易在编制指令过程中产生错误。当前核电厂在隔离指令的编制过程中，通过管理手段设置多道审核的方式来尽量确保指令的正确性，并由此付出了大量的管理和人力成本。日常工单通常分为日常定期试验工单和维修消缺工单，由于日常定期试验工单相对工作内容固定，在一个燃料循环时间内可基本固化隔离方式，所以此类工单的隔离信息化辅助需求不大;而日常缺陷可能发生在任何设备，隔离编制的信息化辅助将体现其价值。日常工单按涉及维修专业分为机械、电气及仪控三大类，其中涉及工艺系统的隔离需要牵涉的范围最广也最为复杂。以下针对工艺流体隔离的计算机信息化辅助实现形式进行阐述。

3. 工艺流体隔离的一般规则

隔离点确定准则如下：

1）工作对象不得作为其他工作的隔离边界设备，因为其状态在工作过程中可能需要改变，不能确保严格关闭。

2）如果系统/设备的隔离可能导致被其支持的系统/设备造成损坏，则被支持的系统/设备也应隔离。

3）设备隔离时应先隔离设备的电源，然后隔离设备的机械部分。

5）对于选择作为隔离边界的阀门应考虑设备的可达性;

6）尽量不以气动阀作为隔离边界，除非执行特定的补充手段;

7）调节阀不能用于隔离目的的关闭，除非在得到批准并以适当手段保证其密封;

8）压力控制阀和逆止阀不能作为隔离边界;

9）蝶阀在作为隔离边界时需格外关注其橡胶内衬失效导致的隔离失效;

10）电动阀作为隔离边界时，阀门本体及其电源的隔离点应挂牌，但如果无手轮或位置不可达的阀门本体可不挂牌;

11）针对电动/气动阀门的驱动机构上工作时，要求对供电和供气进行隔离挂牌;并考虑阀门的开关动作对系统可能的影响，从而采取附加的隔离措施。

12）安全阀正向不能作为隔离边界，反向可以作为隔离边界;

13）针对高温、高压系统需要考虑使用双重隔离保护，一般判断标准如表格1：

如果如果需要使用双重隔离但不具备实施条件的，可使用简单隔离但必须采取补偿措施确保隔离边界的可靠性。推荐的补偿措施包括：开工前进行"零能量"检查、工作期间使用盲板封堵隔离边界设备无源侧管道等。

14）当其它隔离方式不可用时，冰塞可作为工艺流体的隔离手段，但对应的管道尺寸及设备影响应予以评估;

3. 隔离边界点确认计算机辅助

通过对隔离点的确定准则可知，如果要实现计算机辅助，需要计算机程序模拟隔离指令编制人员对工作对象的隔离范围进行确定，该项输入需要在工单准备人在工作指令准备过程中予以确定，该输入需涉及工作对象设备、是否涉及工艺管道开口、工作过程中是否会导致设备状态改变等。

在隔离信息化系统中需对电厂系统设备进行数据库建立，数据库应包含以下信息：

1）主设备属性：该设备可用性是否会直接导致系统功能的部分丧失。以驱动流体工质闭式循环的系统为例，主设备属性并非仅限于该系统的泵，该泵的入口阀及出口阀也应纳入主设备。属于此类设备应隔离能量输入设备，并在隔离注意事项中给出根据相应规程停运能动设备的提示信息;

2）被支持系统属性：该设备的可用性是否会导致被支持系统的功能降级，此类设备应考虑被支持设备的状态后撤;

3）工艺流向属性：工质在系统中的正常的流向，能判断本设备的上游设备及下游设备;

4）设备类型属性：电机、电动阀、手动阀（排气阀、疏水阀、隔离阀）、蝶阀、气动调节阀、气动隔离阀、安全阀、逆止阀，可作为能否作为隔离边界的判断输入;

5）工质特性属性：压力、温度、化学属性（酸碱）、易燃易爆、放射性等，对于具备以上属性的系统开口维修工作，需考虑双重隔离/吹扫等补偿措施;

6）设备可达属性：布置高度、密闭空间，对于布置较高或需要进入密闭空间才能实施隔离的待选定隔离点，可扩大隔离至上游或下游无此属性的设备阀门，且扩大后的边界阀门无主设备属性。同时设备可达性属性可自动提醒相应的脚手架工单准备和高处/密闭空间作业风险分析开展;

隔离边界点的确认规则，界定了作为隔离边界的多项设备属性，进而可以确定隔离边界阀门，确定隔离的影响范围，以便于触发主设备停运风险的分析流程。

4. 疏水排气流道计算机辅助

疏水排气需求的输入也来自于工单准备人输入，隔离信息化系统应能根据工艺系统内工质属性，给出系统开口工作的疏水排气注意事项。对设计上设置疏水排气流道的隔离边界，尽量在开工前进行疏水排气。需要特别给出警示信息的主要由以下几类：

1）工艺管道内存在氢气等易燃易爆气体，如果有动火或开口检修等易导致氢爆等风险活动，在隔離卸压外另需吹扫至合格水平;

2）工艺管道内存再酸、碱等腐蚀性介质或含有毒有害介质，应提醒工作人员进行人身防护;

3）对工艺管道内存在放射性工质的疏水排气工作，应考虑人员的辐射防护及对电站放射性释放率的影响;

4）对于凝汽器连接的设备/管道/疏水/排气前，需考虑失去真空的风险;

5）对于工艺管道内存有润滑油、柴油等需要特别收集处理的工质，应给出提示联系相应归口部门。

疏水排气多采用高排气低疏水的方式。选取的疏水阀和排气阀的布置高度直接影响隔离边界的疏水效果，这就要求增加疏水阀和排气阀与系统其它设备的相对高度的属性，该属性应覆盖所有设备（包括法兰）。对于隔离边界内无疏水排气流道或者只有一个流道的情况，需给出提示信息。另外对于无永久疏水收集的管线的疏水排气阀，应给出提示连接临时管线。

5. 其它计算机辅助

隔离在现场执行的过程中遵循一定的执行顺序，这就要求在隔离指令符合该顺序要求，规则如下：

1）能动设备先确认停运，再隔离其电源;

2）隔离边界指令执行先于疏水排气指令;

3）能动设备的停运及隔离应先于其支持系统隔离;

4）隔离先高能侧、后低能侧（如：泵的出口侧先，入口侧后）;

在满足以上规则的条件下，隔离指令顺序可进一步根据现场房间区域布置进行优化，设备现场布置集中的隔离边界设备指令应集中罗列，以便于现场执行。

6. 结语

通过对核电厂隔离规则的分析，得出基于现场设备详实的信息数据的支持下，核电厂隔离的信息化辅助是可行的。通过计算机信息化逻辑辅助，并结合形象的流程图形界面，可以降低隔离准备人员的工作强度，减少隔离准备的时间，也能一定程度拓宽隔离错误的防御纵深。

但核电厂隔离信息化需要大量的原始数据输入，这就需要电站设计单位和电厂管理人员的前期的顶层设计，并在该框架下，推动数据库的建立。核电厂的管理信息化大潮正席卷各行各业，相信该类系统会在该领域展露拳脚。

参考资料

[1]G-OP-GBP-219 Rev9，设备隔离和挂牌，SMNPC.2019.

[2] NMP-AD-003，Equipment Clearance and Tagging，SNC.2016.

[3]INPO 05-005，Guidelines for Performance Improvement at Nuclear Power Stations，2005.