CN116542036B - 核电厂在役检查实施间隔的计算方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电厂在役检查实施间隔的计算方法和装置，包括：建立待检设备的威布尔分布模型；基于威布尔分布模型计算待检设备的失效损失期望值；基于失效损失期望值进行计算，获得待检设备在役检查的所有检查间隔。本发明利用威布尔分布进行计算，可以定量地计算出待检设备在役检查的检查间隔，避免定性分析确定检查间隔导致的在役检查间隔太短而造成检查的成本浪费，以及在役检查间隔太长导致设备失效所造成的损失超过投入检查的成本。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂在役检查的技术领域，更具体地说，涉及一种核电厂在役检查实施间隔的计算方法和装置。
背景技术
核电厂在役检查：在核电厂运行阶段，机械设备可能受到诸如应力、温度、辐照、氢吸附、腐蚀、振动和磨损等多种因素的影响，从而导致机械设备的材料性能发生变化，例如老化、脆化、疲劳以及缺陷的形成和扩展。这些缺陷是指机械设备中的不连续、不规则和损伤等，例如裂纹、磨损减薄等。因此，有必要在核电厂机械设备服役期间定期或不定期地进行检查，以发现可能存在的缺陷，或者跟踪缺陷的扩展情况。以判断这些缺陷是否对核电厂继续安全运行是否可接受，或是否有必要采取维修或更换的补救措施。
非规范项目在役检查：通常核电厂的在役检查项目主要是按照在役检查相关标准或规范执行，如ASME XI卷(《核电厂部件在役检查规则》)和RSE-M规范(《核电厂核岛机械设备在役检查规则》)等。核电厂参考这些在役检查标准或规范，制定在役检查计划，并开展执行在役检查工作。但是，随着核电厂的运行，不在当前标准或规范指导的在役检查范围内的机械设备会出现各类缺陷或者失效，针对这些经验反馈如果要进行在役检查，这些项目就属于非规范在役检查项目。
目前，如需对非规范项目要制定在役检查间隔时，由于无规范标准可直接参考使用，通常是定性分析层面做出在役检查计划安排。这类定性分析方法，通常是将经验反馈事件中失效设备与本核电厂同类设备进行多维度对比，进而制定相应的在役检查，然而，这些定性分析方法未从宣角度考虑设备失效概率分布，会存在如下不足：所制定的在役检查间隔太短，导致过度检查而造成投入检查的成本浪费；或者所制定的在役检查间隔太长，导致设备失效所造成的损失超过投入检查的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种核电厂在役检查实施间隔的计算方法和装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂在役检查实施间隔的计算方法，包括以下步骤：
建立待检设备的威布尔分布模型；
基于所述威布尔分布模型计算所述待检设备的失效损失期望值；
基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔。
在本发明实施例所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法中，所述基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔之后包括：
对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表。
在本发明实施例所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法中，所述建立待检设备的威布尔分布模型包括：
获取所述待检设备的历史失效数据；
根据所述历史失效数据进行计算，获得所述待检设备的威布尔分布双参数；
根据所述待检设备的威布尔分布双参数，建立所述待检设备的威布尔分布模型。
在本发明实施例所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法中，所述基于所述威布尔分布模型计算所述待检设备的失效损失期望值包括：
基于所述威布尔分布模型进行计算，获得所述待检设备在任意一个检查间隔的失效概率；
根据所述失效概率确定所述待检设备在检查间隔内的失效损失；
根据所述失效损失确定失效损失的分布律；
根据所述失效损失的分布律确定所述待检设备的失效损失期望值。
在本发明实施例所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法中，所述基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的检查间隔包括：
根据所述失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻；
根据所述首次检查间隔和所述第二检查时刻进行迭代计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔。
在本发明实施例所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法中，所述根据所述失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻包括：
根据所述失效损失期望值确定临界失效概率；
基于所述临界失效概率进行计算，获得首次检查间隔；
根据所述首次检查间隔和初始检查时刻，确定所述第二检查时刻。
在本发明实施例所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法中，所述对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表包括：
根据所述所有检查间隔，建立预检查表；
对所述预检查表中的检查时刻进行取整计算，获得所述检查间隔表。
本发明还提供一种核电厂在役检查实施间隔的计算装置，包括：
模型建立单元，用于建立待检设备的威布尔分布模型；
第一计算单元，用于基于所述威布尔分布模型计算所述待检设备的失效损失期望值；
第二计算单元，用于基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔。
在本发明所述的核电厂在役检查实施间隔的计算装置中，还包括：
表格制定单元，用于对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，执行如上所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法的步骤。
实施本发明的核电厂在役检查实施间隔的计算方法和装置，具有以下有益效果：包括：建立待检设备的威布尔分布模型；基于威布尔分布模型计算待检设备的失效损失期望值；基于失效损失期望值进行计算，获得待检设备在役检查的所有检查间隔。本发明利用威布尔分布进行计算，可以定量地计算出待检设备在役检查的检查间隔，避免定性分析确定检查间隔导致的在役检查间隔太短而造成检查的成本浪费，以及在役检查间隔太长导致设备失效所造成的损失超过投入检查的成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的核电厂在役检查实施间隔的计算方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的威布尔分布概率密度的示意图；
图3是本发明实施例提供的某一检查间隔的失效概率的示意图；
图4是本发明提供的某核电厂某窗口焊缝威布尔分布概率密度示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一优选实施例的核电厂在役检查实施间隔的计算方法。该计算方法可以定量准确地计算核电厂待检设备在役检查的实施间隔(即检查间隔)。
具体的，如图1所示，该核电厂在役检查实施间隔的计算方法包括以下步骤：
步骤S101、建立待检设备的威布尔分布模型。
在本实施例中，该建立待检设备的威布尔分布模型包括：获取待检设备的历史失效数据；根据历史失效数据进行计算，获得待检设备的威布尔分布双参数；根据待检设备的威布尔分布双参数，建立待检设备的威布尔分布模型。
在本实施例中，待检设备的历史失效数据包括：待检设备的历史失效时间点、待检设备的历史失效数量等。其中，待检设备的历史失效数据的获取可采用现有的任意方式，本发明不作具体限定。
在本实施例中，待检设备的威布尔分布双参数包括：尺度参数η和形状参数β。其中，待检设备的威布尔分布双参数可以根据待检设备的历史失效数据，并采用中位秩法或者极大似然估计法求得。
在本实施例中，在计算得到待检设备的双参数后，即可根据待检设备的双参数建立待检设备的威布尔分布模型。其中，待检设备的威布尔分布模型可通过下式表示：
(1)式中，f(t)表示待检设备的威布尔分布模型(即待检设备的威布尔分布概率密度函数)；t表示时间，即待检设备服役时间；η表示尺度参数；β表示形状参数。
由(1)式可获得待检设备的威布尔分布概率密度曲线，具体如图2所示。
步骤S102、基于威布尔分布模型计算待检设备的失效损失期望值。
在本实施例中，基于威布尔分布模型计算待检设备的失效损失期望值包括：基于威布尔分布模型进行计算，获得待检设备在任意一个检查间隔的失效概率；根据失效概率确定待检设备在检查间隔内的失效损失；根据失效损失确定失效损失的分布律；根据失效损失的分布律确定待检设备的失效损失期望值。
在本实施例中，检查时刻指确定的投入在役检查的时间点，记为Ti(i＝1,2,3,……)，Ti＞0，检查间隔是指两次顺序的检查时刻之间的时长，记为ΔTi，则有ΔTi＝Ti+1-Ti。其中，Ti+1为第i+1检查时刻，Ti为第i检查时刻。
在本实施例中，失效概率是指在某一检查间隔ΔTi内待检设备出现失效的概率，记为θ，θ＝P(Ti＜t＜Ti+1)。当待检设备寿命服务威布尔分布时，即某一检查间隔内的失效概率，可以通过威布尔分布概率密度函数进行积分计算。具体的计算式见(2)式，对于某一检查间隔ΔTi的失效概率θ为图3中的阴影部分面积。
具体的，在检查间隔内，待检设备出现失效损失为随机变量，记为X。失效损失记为X，其中，X服务伯努力分布。
在本实施例中，待检设备在检查间隔内未失效时，失效损失为0，即X＝0，未失效的概率为P(X＝0)＝1-θ；待检设备在检查间隔内失效时，失效损失为CP，即X＝CP，则失效的概率为P(X＝CP)＝θ。因此，可以得到失效损失的分布律如表1所示：
| X | 0 | CP |
| 概率P(X) | 1-θ | θ |
表1：失效损失的分布律
具体的，在检查间隔内，待检设备的失效损失期望值可以记为E(X)，则根据表1所得的失效损失的分布律可以得出：E(X)＝θCP。
步骤S103、基于失效损失期望值进行计算，获得待检设备在役检查的所有检查间隔。
在本实施例中，基于失效损失期望值进行计算，获得待检设备在役检查的检查间隔包括：根据失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻；根据首次检查间隔和第二检查时刻进行迭代计算，获得待检设备在役检查的所有检查间隔。
其中，根据失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻包括：根据失效损失期望值确定临界失效概率；基于临界失效概率进行计算，获得首次检查间隔；根据首次检查间隔和初始检查时刻，确定第二检查时刻。
具体的，为了定量计算检查间隔，需要从在役检查的基本目的出发。核电厂机械设备服务期间进行在役检查，是为了发现可能存在的缺陷，或者跟踪缺陷的扩展情况，从而判断这些缺陷是否对核电厂继续安全运行是否可接受，或是否有必要采取维修或更换的补救措施。即在役检查的目的是为了发现可能存在的缺陷，必要时进行维修。也就是说，如果不执行在役检查，使得未发现缺陷进而导致设备失效产生的后果是要比执行在役检查投入的损失更大，这对核电厂而言是不可接受的。即某一检查间隔的失效损失期望值超过检查成本是不可接受的，换成数学表达式为：
E(X)＝θCP≤CJ (3)。
(3)式中，CJ表示在一个检查间隔内投入在役检查的全部成本。
由(3)式可得：
由于失效概率对于某一检查间隔而言，根据(2)式和图3的性质可知，当前次检查时刻确定后，检查间隔ΔTi越长，失效概率θ越大。由(4)式可知，当时，存在最大的检查间隔ΔT，该最大的检查间隔即为本发明所要求解的检查间隔，对应的失效概率θ就是临界失效概率。
具体的，临界失效概率是指某一检查间隔内，失效损失期望值等于检查成本时的失效概率，即E(X)＝θCP＝CJ时，此时的θ为临界失效概率，记为θL，则可以得到临界失效概率的计算式如(5)式所示。
临界失效概率θL对应的检查间隔即为所需计算的检查间隔。
在设备安装后服役前将进行一次检查，该次检查为役前检查，设备服役后的首次在役检查与役前检查的间隔时长为首次检查间隔。通常将役前检查设为初始时刻T1，T1＝0。
对于首次检查间隔ΔT1，初始时刻ΔT1＝T2-T1。即计算出T2后，即可得到首次检查间隔ΔT1。
当失效概率θ等于临界失效概率θL时，对应的检查间隔即所求的检查间隔，即由(2)式和(5)式可得(6)式。
由(6)式进行计算可以得到首次检查间隔ΔT1，如(7)式。
具体的，在本实施例中，通过(7)式得到首次检查间隔ΔT1和第二次检查时刻T2后，当失效概率等于临界失效概率时，对应的检查间隔即为所求的检查间隔，即由(2)式和(5)式可得(8)式。
再将T2代入(8)式可计算出T3，见(9)式。
根据ΔTi＝Ti+1-Ti，可计算得到ΔT2＝T3-T2，见(10)式。
再依次迭代，可计算出任意检查时刻Ti+1和检查间隔ΔTi，分别见(11)式和(12)式。
其中，(11)式和(12)式中，
进一步地，在基于失效损失期望值进行计算，获得待检设备在役检查的所有检查间隔之后还包括以下步骤：
步骤S104、对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表。
在本实施例中，对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表包括：根据所有检查间隔，建立预检查表；对预检查表中的检查时刻进行取整计算，获得检查间隔表。
具体的，在步骤S103中计算得到待检设备在役检查的所有检查间隔之后，即可以建立预检查表。其中，预检查表如表2所示。
表2
由于检查时刻是以大修轮次为单位或者是自然日为单位，而大修轮次和自然日是整数，因此，根据表2的计算结果，需要进行向下取整数后，再进行迭代计算后，再向下取整数，确保检查间隔期间内的失效概率始终小于临界失效概率，如此可以实现检查间隔尽可能最大化，又不会导致检查间隔内设备失效导致的损失不可接受。
例如，不为整数，则取小于/>的最大整数，记为将int(T2)替代T2，代入(8)式，即如(13)式所示。
根据(13)式可计算出T3，如(14)式所示。
再对T3向下取整，可得
再依次迭代，可计算出任意检查时刻Ti+1与上一次检查时刻Ti的通项公式，如(15)所示。
再对Ti+1向下取整，可得
可计算出任意检查间隔ΔTi与上一次检查时刻Ti的通项公式，如(16)所示。
因此，可建立迭代计算的检查间隔表(取整)，如表3所示，在实际计算中，在役检查工程师可以直接使用表3中迭代计算公式，根据已知参数CJ、CP、η和β，计算出任意检查间隔和前次检查时刻取整int(Ti)(其中，)，制定在役检查计算作为参考。
表3
下面，以一个具体实施例进行说明。
采用本发明的核电厂在役检查实施间隔的计算方法对某核电厂某容器焊缝在役检查计划案例。该容器焊缝安排在大修期间进行在役检查，该核电厂按照设计寿命共计将进行40轮次换料大修，本实施例将按照本发明的方法计算出该核电厂该窗口焊缝在役检查间隔。具体的计算过程如下：
(1)已知信息收集：
检查成本CJ：在一个检查间隔内，该容器焊缝的检查成本为CJ＝10000；失效损失CP：由于该容器焊缝失效所产生的全部损失，失效损失大于检查成本为CP＝30000；
尺度参数η：根据该容器焊缝历史失效数据，采用的中位秩法可求的双参数威布尔分布的尺度参数η＝58.5；
形状参数β：根据该容器焊缝历史失效数据，采用的中位秩法可求的双参数威布尔分布的形状参数β＝2.3。
根据尺度参数η＝58.5和形状参数β＝2.3，绘制出该容器焊缝失效的威布尔分布概率密度如图3所示。由图3可知，该容器焊缝在40轮换料大修设计寿命范围内，失效概率是随着服役时长增长而增大的。
(2)计算检查间隔和检查时刻：
根据表3以及已收集到的已知参数CJ、CP、η和β，可以迭代计算各检查间隔ΔTi(其中，实际该核电厂设计寿命共计将进行40次换料大修，因此实际的值应满足int(Ti+2)≤40)。最后形成取整前后的检查间隔表，如表4所示)。
表4
(3)制定检查间隔计划
根据表4的计算结果，可以得出如下信息，并归类整理为检查间隔计划：
第1类检查间隔为13轮大修，分布在役前检查到第13轮大修；
第2类检查间隔为4轮大修，分布在第13轮大修到第17轮大修；
第3类检查间隔为3轮大修，分布在第17轮大修到第26轮大修；
第4类检查间隔为2轮大修，分布在第26轮大修到第40轮大修。
做成检查间隔计划表如表5所示：
在设备服役的早期，失效概率非常低，根据本方法计算的检查间隔较长，可有效减少过度频繁检查所造成的检查成本浪费；随着设备服役后，设备失效的概率升高，根据本方法计算出的检查间隔也缩短，能减少由于检查间隔过长，设备出现失效后所造成的损失。其中，检查间隔的单位可以根据用户进行调整，根据不同的单位进行计算，如可以采用年、月、日以及大修轮次等。
根据上述检查间隔计划表，根据以往经验该容器焊缝主要失效是在服役的后半期以及图4，可以看出该容器焊缝检查间隔呈现前梳后密的分布，说明检查间隔与该容器焊缝的失效分布相契合。
本发明是从定量角度考虑设备失效概率分布，以及投入检查成本损失与设备失效后果损失的定量比较，计算出在役检查最大间隔，再确定在役检查计划的方法。本发明的优势在于从在役检查的目的本源出发，形成有效的定量求解的方法，可有效减少过度频繁检查所造成的检查成本浪费；也能减少由于检查间隔过长，设备出现失效后所造成的损失。
本发明还提供一种核电厂在役检查实施间隔的计算装置，包括：
模型建立单元，用于建立待检设备的威布尔分布模型；
第一计算单元，用于基于威布尔分布模型计算待检设备的失效损失期望值；
第二计算单元，用于基于失效损失期望值进行计算，获得待检设备在役检查的所有检查间隔。
该核电厂在役检查实施间隔的计算装置还包括：
表格制定单元，用于对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表。
具体的，这里的核电厂在役检查实施间隔的计算装置中各单元之间具体的配合操作过程具体可以参照上述核电厂在役检查实施间隔的计算方法，这里不再赘述。
另，本发明的一种电子设备，包括存储器和处理器；存储器用于存储计算机程序；处理器用于执行计算机程序实现如上面任意一项的核电厂在役检查实施间隔的计算方法。具体的，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过电子设备下载和安装并且执行时，执行本发明实施例的方法中限定的上述功能。本发明中的电子设备可为笔记本、台式机、平板电脑、智能手机等终端，也可为服务器。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种核电厂在役检查实施间隔的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立待检设备的威布尔分布模型；
基于所述威布尔分布模型计算所述待检设备的失效损失期望值；
基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔；
所述基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的检查间隔包括：
根据所述失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻；
根据所述首次检查间隔和所述第二检查时刻进行迭代计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔；
所述根据所述失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻包括：
根据所述失效损失期望值确定临界失效概率；所述临界失效概率为某一检查间隔内，失效损失期望值等于检查成本时的失效概率；
基于所述临界失效概率进行计算，获得首次检查间隔；
根据所述首次检查间隔和初始检查时刻，确定所述第二检查时刻。
2.根据权利要求1所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法，其特征在于，所述基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔之后包括：
对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表。
3.根据权利要求1所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法，其特征在于，所述建立待检设备的威布尔分布模型包括：
获取所述待检设备的历史失效数据；
根据所述历史失效数据进行计算，获得所述待检设备的威布尔分布双参数；
根据所述待检设备的威布尔分布双参数，建立所述待检设备的威布尔分布模型。
4.根据权利要求1所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法，其特征在于，所述基于所述威布尔分布模型计算所述待检设备的失效损失期望值包括：
基于所述威布尔分布模型进行计算，获得所述待检设备在任意一个检查间隔的失效概率；
根据所述失效概率确定所述待检设备在检查间隔内的失效损失；
根据所述失效损失确定失效损失的分布律；
根据所述失效损失的分布律确定所述待检设备的失效损失期望值。
5.根据权利要求2所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法，其特征在于，所述对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表包括：
根据所述所有检查间隔，建立预检查表；
对所述预检查表中的检查时刻进行取整计算，获得所述检查间隔表。
6.一种核电厂在役检查实施间隔的计算装置，其特征在于，包括：
模型建立单元，用于建立待检设备的威布尔分布模型；
第一计算单元，用于基于所述威布尔分布模型计算所述待检设备的失效损失期望值；
第二计算单元，用于基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔；所述基于所述失效损失期望值进行计算，获得所述待检设备在役检查的检查间隔包括：
根据所述失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻；
根据所述首次检查间隔和所述第二检查时刻进行迭代计算，获得所述待检设备在役检查的所有检查间隔；
所述根据所述失效损失期望值进行计算，获得首次检查间隔和第二检查时刻包括：
根据所述失效损失期望值确定临界失效概率；所述临界失效概率为某一检查间隔内，失效损失期望值等于检查成本时的失效概率；
基于所述临界失效概率进行计算，获得首次检查间隔；
根据所述首次检查间隔和初始检查时刻，确定所述第二检查时刻。
7.根据权利要求6所述的核电厂在役检查实施间隔的计算装置，其特征在于，还包括：
表格制定单元，用于对所有检查间隔进行处理，获得检查间隔表。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，执行如权利要求1至5任一项所述的核电厂在役检查实施间隔的计算方法的步骤。
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