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孤岛型核电厂备件储备策略研究
信息来源：核心论文发表网|期刊论文发表|论文发表网站|论文发表最好的网站 发表时间： 2014-9-13 阅读数：473
【摘 要】备件储备策略是备件管理的核心内容，如何在快速有效满足生产需求、确保核电机组安全稳定运行的基础上实现有效的库存量控制，以便降低企业运营成本，是核电企业所面临的难题。结合海南核电项目备件储备策略管理思路，从备件分类、备件储备原则等多方面探讨了备件策略及其重要性和必要性，以期为孤岛型核电厂创造更大的经济效益。
【关键词】核电项目；备件；储备策略
核电厂出于 “安全第一、稳定运行”的保守决策，往往希望备件多备多买，加之备件种类繁杂、数量庞大，导致库存成本和使用成本较高，占用大量的资金。孤岛型核电厂备件大量来自岛外甚至国外，备件的采购周期较长。如果没有库存备件，可能会导致设备长时间停运，影响到机组正常运行，甚至影响到整个孤岛电网的安全。因此，制定满足生产需求、确保核电机组安全稳定运行、减少运营成本、提升备件管理效率的备件储备策略势在必行。
本文以海南昌江核电项目的备件储备策略为例，为孤岛型核电厂备件储备策略的制定提供了参考依据。
一、核电厂备件需求分析
核电站的建设主要分为设备的安装调试、生产的初期运行、稳定生产运行和大修等四个阶段，各个阶段的备件管理有着不同的需求[1]：
1)核电厂安装调试期间，由于设计方面的问题、制造遗留的缺陷、安装造成的设备缺陷和调试中发生的缺陷等各种原因造成的设备损坏需要处理，要准备调试和试运行所需的备品备件。此时设备故障率较高，需要较大数量的备品备件，尤其消耗性的通用备件。
2)核电厂运行初期，由于设备状态还未稳定，缺陷较多，要为各类设备缺陷的维修准备相当数量的备品备件，这些备件通常要满足两年甚至更长时间的需求。
3)核电厂稳定运行后，各设备状况相对稳定，备件需求量相对较少。备件储备主要是为设备定期预防性维护中所需的备件和应对突发事件的备件。
4)核电厂换料大修所需备件数量比较多，而且相当一部分备件采购周期很长，所以要尽早确定备件清单，及时采购。
备件超储会造成库存积压，企业损失巨大；备件储备不够，又会严重影响生产甚至影响核电厂的安全，造成严重的社会影响。为破解这一难题，必须建立备件储备策略，确定备件储备的品种和数量。
二、核电厂备件分类
核电厂库存备件种类繁多，各备件价值不同，库存数量不同，使用可能性也不同。由于资源的有限性，对所有备件给与相同程度的重视和管理是不可能的，也是不切实际的。为了使有限的企业资源能得到更有效的利用，应对库存物资进行分类，分别进行不同的管理。
由于备件的供应与库存都与备件的特性相关，因而在研究备件的储备策略时，必须重视对备件的分类。核电厂备品备件涉及机电仪等各专业，种类繁多、数量巨大、采购难易程度和供货周期也不同。按技术特性，可分为通用件、专用件和特制件；按备件来源，可分为外购件和自制件；按专业可以分为机械备件、电气备件和仪表；按照使用可能性，可以分为易损耗备件、故障备件、战略备件。
三、核电厂备件储备的原则
备品备件的储备量主要取决于备品备件的消耗量、易消耗性、价格、可用资金、采购周期、库存有效期以及储备的必要性和重要性等。备品备件的储备量必须满足以下的原则：
1)易损耗备件需要制定储备定额，保证机组的预防性维修和纠正性维修的需要。
2)故障备件逐步采购到位，需要满足检修电站运行期间中等概率故障的需要。
3)对于电站的最终安全分析中所涉及到的影响系统和机组状态的设备， 以更加保守的估计来考虑其备品备件的储备量。
4)对于战略备件逐步采购到位，需要满足检修电站运行期间小概率故障的需要。
四、核电厂备件储备策略
（一）战略备件储备策略
战略备件品种少，价格昂贵，占用资金数额大。在核电厂中，一般与核安全和机组的稳定运行有关，并且制造周期长，质量等级高。对于这类备件，不需制定安全库存量和最高存库量，只根据需要确定库存储备量。
（二）故障备件储备策略
故障备件不常用，但需要设立库存以保证生产。按照安全库存量、最高库存量、采购点、经济采购量的方法进行储备[2]。
1、安全库存量
安全库存量是指为应付各种不确定或随机事件而设置的库存。核电厂工艺系统中许多设备都是非标设备或专用设备，许多是国外制造，而且核电物资供应的特点是非连续性需求，一旦备件供应不上，机组停机、停堆或者大修工期延长将造成巨大的损失，所以制定安全库存量是非常有必要的。需要考虑建立安全库存量的备件是与核安全、发电相关的；运行期间无法隔离，人员无法检修，或停运后对安全运行产生较大风险的；加工周期长的非标备件。根据核电站的实际情况，可依据现场设备数量、备件安装数量、工作寿命来确定安全库存量：
安全库存量=K×每月平均消耗
上式中K为保险系数，国外物资通常取3，国内物资取1.5。保险系数也可以根据备件的重要性来决定。每月平均消耗，可按实际消耗情况来决定，若消耗资料不足，可有下列公式计算：
每月平均消耗=每台设备上某种零件安装数×同型号设备台数/某种零件的工作寿命(月)
2、采购点
采购点作用是当库存消耗到这个点时，触发库存补充采购申请，可参照公式如下：
采购点=安全库存量+每月平均消耗×采购周期
在一般情况下，库存量在大约跌至安全库存量时，新货应到货入库。
3、经济采购量
经济采购量是使订购费用和储存总费用之和为最小的订购量。经济采购量可按下列公式进行计算：
经济采购量=
4、最高库存量量
最高库存量是指经济采购量与安全库存量之和，亦即：
最高库存量=经济采购量+安全库存量
对于那些不设置最低储备量的物资，经济采购量也就是最高储备量。核电站故障备件一般都是重要、关键设备及其备品备件，需求的特点是非连续性的。通常来说，最高库存量一般不超过过去2年的消耗量，可采取如下方法计算：
最高库存量=2×采购点
（三）易损耗备件储备策略
易损耗备件是核电厂运行和维修所需的经常使用的物资。主要为消耗品,如轴承、缠绕垫片、填料等，库存的大部分物资属于此类。易损耗备件的储备按照安全库存量、最高库存量、采购点、经济采购量的方法进行储备。
易损耗备件的安全库存量可以设置较高，消耗后及时补充库存。
易损耗备件的最高储备量，可采取如下方法计算：
最高库存量=采购点+经济采购量
五、孤岛型核电厂的备件储备策略
（一）孤岛型核电厂备件储备的特点
海南昌江核电项目属于孤岛型电厂，由于海南岛自身资源条件的限制，对外部资源依赖较大，备件绝大部分来自岛外甚至国外，备件的采购周期较长。为了有效地指导备件储备，确保合理的备件采购量，避免商运阶段过量的紧急采购，海南昌江核电项目按照两台机组投产后两年内日常预防性和纠正性维修所需的备件进行储备。
（二）孤岛型核电厂备件储备策略的制定
备件采购数量是由相关要素决定的。要素包括设备的重要性、备件采购的难易程度和工作条件，工作条件主要指设备的运行条件和故障率等因素。每类备件根据三种要素存在八种情况，见表1。
表1 三种要素存在八种储备策略
Table 1 8 reserve strategies for 3 essential factors
设备是否重要 重要设备 非重要设备
备件是否容易采购 难采购 易采购 难采购 易采购
工作条件（是否条件恶劣，易出故障） 条件不好 条件良好 条件不好 条件良好 条件不好 条件良好 条件不好 条件良好
海南昌江核电项目将备件分为静止机械、转动机械、电气、仪控四个专业，每个专业的备件再细分为若干类别，每类备件根据上述八种情况，每种情况制定各自的储备策略。有些备件的采购策略可能没有八种情况，如主泵的轴承一定是重要设备的备件。备件策略计算模型具体类型如下(x 为备件对应设备的现场使用数量)：
1)定值：当确定某类备件采购数量为固定值时，该模型为定值函数；
f(x)=a (a≥0)
2)定比例：当某类备件按确定百分比采购时，该模型为比例函数；
f(x)=kx% (k≥0)
3)定上限：当某类备件按确定百分比采购的同时也给出上限，该模型为有上限的比例函数；
f(x)=kx% (k＞0)
f(x)=b (kx%≥b)
4)定上下限：当某类备件按确定百分比采购的同时也给出上下限，该模型为有上下限的比例函数；
f(x)=kx% (k＞0)
f(x)=a (kx%≤a)
f(x)=b (kx%≥b,a＜b)
5)定上限，分段计算：当某类备件因其现场使用数量的不同区间而采用不同的比例函数计算同时也给出上限，该模块为有上限的分段函数，m为区间分界点：
f(x)=k1x% (k1＞0，x≤m)
f(x)=b (k1x%≥b)
f(x)=k2x% (k2＞0，x＞m)
f(x)=b (k2x%≥b)
制定储备定额时，需要同时考虑储存期的影响。储备定额是一个建议值，可以根据当前设备运行情况、采购价格影响、备件换型等状况适当调整采购数量，但应避免短期内重复采购。对于采购周期较短的国产备件或国内有成熟代理销售渠道的备件，可以适当减少储备，但至少应控制在一年采购一次的程度。
安全库存量要根据备件的类型、缺陷率、运行情况等实际工况综合考虑，同种类型的备件可以有不同的定额标准，且应满足该备件一个采购周期中正常生产活动所需的数量，一般国外备件采购周期为12个月，国内备件采购周期为6～9个月。
以静止机械储备策略为例，见表2：
表2 静止机械备件储备策略示例
Table 2 Static mechanical spare parts reserve strategy for example
设备是否重要 重要设备 非重要设备
备件是否容易采购 难采购 易采购 难采购 易采购
工作条件 不好 良好 不好 良好 不好 良好 不好 良好
备件类型 重难不 重难好 重易不 重易好 非难不 非难好 非易不 非易好
所有设备 必换件密封 A 100%[1,30] 50%[1,20] 60%[1,15] 30%[1,10] 80%[1,20] 30%[1,10] 40%[1,10] 20%[1,5]
必换件滤芯 A 150%[1,100]（现场数量≤200）；
100%[1,400]（现场数量>200） 60%[1,400] 100%[1,100]（现场数量≤200）；
80%[1,200]（现场数量>200） 50%[1,80] 100%[1,200] 50%[1,120] 80%[1,200] 30%[1,50]
可换件 B 10%[1,3] 5%[1,2] 5%[1,2] 1 10%[1,2] 1 1 0
阀门整件 ≤DN25 B 15%[1,4] 10%[1,2] 10%[1,2] 1 15%[1,3] 10%[1,2] 10%[1,2] 1
DN40～300 B 0（现场数量≤20）
1（现场数量>20） 0（现场数量≤30）
1（现场数量>30） 0（现场数量≤30）
1（现场数量>30） 0 0（现场数量≤10）
1（现场数量10～20） 0（现场数量≤40）
1（现场数量>40） 0（现场数量≤20）
1（现场数量>20） 0
>DN300 B 0 0 0 0 0 0 0 0
……
A 类备件（易损耗备件）为每次检修时维修项目涉及的必换件，更换频次相对较高，且以低价值备件居多（密封件、轴承等），因此采购数量和比例相对B类备件要大。B 类备件为可能损坏和更换的备件（故障备件），在策略中根据重要性、环境、采购难易的不同条件，一般仅考虑其有无的问题，因此申请采购数量相对较少。当经过现场使用或已投运电站经验反馈，某些备件经常损坏需要经常采购备件时，再提高策略数量或替代。
六、结束语
制定备件储备策略是个复杂而系统的工作，也是一项长期的、见效慢的基础性工作。本文以海南昌江核电项目的备件储备策略为实例，从备件分类、备件储备原则等多方面探讨了核电厂备件储备策略。以海南昌江核电项目现阶段的实践，结合其他核电厂的经验，因地制宜地制定备件储备策略可以在满足生产需求、确保核电机组安全稳定运行的基础上实现有效的库存量控制，降低企业运营成本，提高备件管理的效率，降低采购频率，节省采购费用。
需要指出的是，设备维修和备件管理总是在不同程度上相互影响、相互依赖的，不同的维修管理模式对应有不同的备件储备策略。随着核电厂维修管理模式逐步实现从事后维修（MAE）向预防性维修（PMP）、可靠性维修（RCM）的转变，与之相适应的备件储备策略值得进一步研究和探讨。
【参考文献】
[1] 戴万祥.秦山核电站备件储备定额研究[D].上海：上海交通大学，2006.(DAI Wan-xiang. The Research of Spare Part in Qinshan Nuclear Power Plant[M].Shanghai: Shanghai Jiao Tong University,2006.)
[2] 陈旭.TW核电站备品备件采购管理与库存控制策略[D].南京：东南大学，2010. (CHEN Xu. Strategy of Procurement Management and Inventory Control of Spare Parts for TW Nuclear Power Station[M].Nanjing: Southeast University,2010.)
