核电厂阀门可靠性评估方法与提升策略研究

引言：

核电厂阀门属于核电机组运行安全和稳定的重点设备，其可靠程度关乎核电站的安全状况和经济效益。随着核电技术持续创新，对阀门性能和可靠性的要求越发严苛，在实际运行期间，由于设计缺陷，制造误差以及保养不当等缘由，阀门经常出现密封失效或者执行机构故障等情况，从而造成潜在的安全隐患和经济损失。急需建立系统评估体系确保阀门可靠性，旨在为核电厂阀门可靠性提升提供理论和操作指导。

一、核电厂阀门可靠性评估方法

（一）故障树分析（FTA）

故障树分析作为一种演绎推理型的可靠性评估工具，其把系统不能接受的顶事件当作研究目标，通过逻辑门符号来创建从上到下的树状结构模型，包含中间事件和底层事件，此方法凭借定性分析找出促使顶事件出现的最小割集，暴露系统存在的风险源头，而且用定量计算得到顶事件发生几率以及各个底层事件的重要性权重，以此对系统的可靠性进行全面评定。

以故障树分析框架作为理论根基，把主蒸汽隔离阀不能正常关闭当作顶事件，细致探寻密封失灵，执行机构出毛病，控制系统不正常等根本成因，采用统计学手段来量化各个基本事件出现的概率以及给系统可靠性带来的影响大小，进而找出影响阀门运行可靠性的关键要素。这种方法虽然直观，并且依靠严密的理论体系，能够精确剖析系统故障之间的内在联系，不过在处理复杂问题的时候，操作步骤比较繁杂，对分析人员的专业水平和经验储备有着较高的要求。

（二）失效模式与影响分析（FMEA）

失效模式与影响分析（FMEA）属于一种系统性的预防性可靠性评价手段，其重点在于全面探究组件可能出现的失效形式以及这些失效形式对系统性能带来的潜在影响，然后借助风险优先级评分（RPN）来筛选出主要的问题以便实施针对性的改善策略。在核电厂安全阀 FMEA 研究当中，研究者仔细剖析了诸如弹簧断裂、密封面泄漏还有阀芯卡滞这类典型的失效情况，采用定量的方法对它们的功能影响，故障出现的概率以及被检测到的难易程度展开综合评定，从而得到各个失效模式对应的 RPN 数值。对于高风险的失效模式，研究小组制订了细致的改良计划，目的在于全方位提升整个系统的性能水平。失效模式与效应分析（FMEA）能够系统地找出可能的失效模式，给可靠性改善给出明确的方向指引。

二、核电厂阀门可靠性提升策略

（一）全流程质量把控策略

构建设计、采购、制造全流程质量控制体系。

1. 设计阶段：设计团队与运营部门一起采集工况数据，利用有限元分析技术对阀门结构展开优化设计，某核电厂针对主蒸汽隔离阀瓣及其支撑结构展开改进，削减应力集中区域，加入双密封冗余设计来提升可靠性，此方案经过多轮专家评审，运维人员评判以及企业代表讨论后，在 1:1 实物模型上执行模拟测试。

2. 材料采购：建立供应商动态评估制度，逼迫供应商交出质量保证文件和检测报告，展开周期性现场核查，在某个特定的核电项目里，对于新型耐蚀合金材料的应用情况，凭借改良主要工艺参数，把阀门密封面的服役寿命由 3 年大幅提升到5 年，积极研发纳米复合材料等前沿材料技术的运用方法。

3. 制造环节：依靠数字化技术来创建全生命周期追溯体系，数控机床有着精准加工的特点，可以做到把零部件的公差控制在正负 0.01 毫米左右，焊接工序利用自动化设备随时调整工艺参数，激光焊接明显改善了密封效果，用相控阵超声波等无损检测手段对潜藏的毛病展开全面排查，进而保证产品的品质可靠又稳定。

（二）全周期运行管理策略

构建系统化的操作规程体系，根据核电厂阀门的运行特点实施细致的流程规划，对于那些经常启闭的阀门，要明确其动作周期与时序逻辑，避免因为误操作而造成设备损耗增多。加强人员培训和考核机制的创建，采用理论授课同仿真演练相融合的办法，优化操作人员的专业技能以及应对突发状况的能力，通过定期举办技术竞赛和经验交流会，不断推动技术水平和安全管理水平的改进。如某核电厂开展“阀门操作能手”评选活动后，人为因素引发的阀门故障率相较于先前降低了大约 30% 。

创建分级动态守护体系，按照工况特点制订差别化检修规划，针对高温高压阀门而言，采取季度全面检测手段，着重考察密封面磨损情况，润滑效果以及开度显示的精确性。至于低频启闭阀门，则执行半年定期养护办法，利用红外线热成像技术观测温度散布情形，依靠超声波检测装置查找可能存在的泄漏危险。

依靠信息化管理平台创建阀门运维数据库，达成对阀门运行参数，检修保养以及故障处理等信息的即时采集并加以存储，通过不断的数据累积与深入剖析，形成起性能衰退预估模型来判定设备余寿，从而给运维决策给予科学支撑。

（三）智能化监测与改进策略

运用物联网、基于大数据和人工智能技术的阀门状态监测预警系统，利用设备内部安装的高精度压力、温度以及振动传感器，通过 5G 通信网络将运行数据实时传送到数据中心，依靠大数据技术执行数据清洗、预处理并达成多种信息融合，创建起涵盖多个方面的运行状态评价模型，采用机器学习算法深入挖掘振动信号特征，准确判定部件磨损或者潜藏的故障模式，在异常情况出现之前给予早期预警并采取干预手段。该系统依靠深度学习技术对故障案例做深入剖析，创建起准确的诊断模型，当阀门出现异常情况时，可以快速分辨出故障种类及其根源所在，进而给出相应的维修计划。

三、结论

本研究要创建核电厂阀门可靠性评价和改良体系，用故障树分析（FTA）和失效模式与效应分析（FMEA）准确找出潜藏的风险要素，通过多种改进手段，明显改善阀门性能的稳定性，所取得的研究成果在保证核电站安全高效运作，削减非计划停运危险等层面有着重要意义。尽管新材质的应用潜力和复杂工况的适应能力仍需深入探究，不过以后的研究会持续关注前沿科技，不断完善评价模型，促使核电厂阀门可靠性研究不断深入。

参考文献：

[1] 牟 杨 . 浅 析 核 电 厂 电 动 阀 门 监 控 技 术 应 用 [J]. 中 国 机械 ,2023,(30):84-87.

[2] 赵中毫, 刘晓飞, 杨哲. 核电厂常规岛阀门检修项目优化管理分析[J].项目管理技术 ,2021,19(05):149-153.