一種核電廠疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核電廠疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬疲勞是指材料、零構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過(guò)程。機(jī)械零件在交變壓力作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在局部高應(yīng)力區(qū)形成微小裂紋，再由微小裂紋逐漸擴(kuò)展以致斷裂。當(dāng)材料和結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)變化的載荷作用后，應(yīng)力值雖然始終沒(méi)有超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞，這種在交變載荷重復(fù)作用下材料和結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象，就叫做金屬的疲勞破壞。疲勞破壞具有在時(shí)間上的突發(fā)性，在位置上的局部性及對(duì)環(huán)境和缺陷的敏感性等特點(diǎn)，故疲勞破壞常不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)且易于造成事故。
[0003]早在100多年以前，人們就發(fā)現(xiàn)了金屬疲勞給各個(gè)方面帶來(lái)的損害。但由于技術(shù)的落后，還不能查明疲勞破壞的原因。直到顯微鏡和電子顯微鏡相繼出現(xiàn)之后，使人類在揭開(kāi)金屬疲勞秘密的道路上不斷取得新的成果，并且有了巧妙的辦法來(lái)對(duì)付這個(gè)大敵。對(duì)金屬材質(zhì)的管道或設(shè)備進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)的使用金屬管道和設(shè)備能夠有效地避免一些突發(fā)災(zāi)難。
[0004]在核電領(lǐng)域，管道和設(shè)備通常采用金屬材質(zhì)，對(duì)管道或設(shè)備進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)，對(duì)于核電廠的安全運(yùn)行尤為重要。核電廠管道和設(shè)備由于內(nèi)部流體溫度的變化和不均勻會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，這種應(yīng)力載荷不同幅度的變化，會(huì)使得管道和設(shè)備的金屬產(chǎn)生熱疲勞。同時(shí)地震、壓力、環(huán)境因子等對(duì)金屬疲勞都有一定影響。隨著核電技術(shù)的不斷發(fā)展，核電廠的壽命管理成為一個(gè)越來(lái)越重要的問(wèn)題，而金屬管道和設(shè)備的疲勞監(jiān)測(cè)是核電廠壽命管理中的一個(gè)重要組成部分，如何對(duì)核電廠金屬管道和設(shè)備進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)成為亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺乏對(duì)核電廠金屬管道或設(shè)備進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)的方案的技術(shù)問(wèn)題，提供一種核電廠疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，可以對(duì)核電廠典型疲勞敏感區(qū)域的金屬管道或設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以獲得管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)，用以對(duì)可能存在疲勞損壞的管道或設(shè)備進(jìn)行預(yù)警。
[0006]—方面，本發(fā)明方案提供了一種核電廠疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0007]溫度數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)，用于測(cè)量至少一個(gè)核電廠疲勞敏感區(qū)域的管道或設(shè)備的外壁面溫度，以獲取外壁面溫度參數(shù)；
[0008]核電廠數(shù)字化儀控子系統(tǒng)，用于獲取所述管道或設(shè)備中流體溫度參數(shù)和流體壓力參數(shù)；
[0009]疲勞監(jiān)測(cè)服務(wù)器，用于接收由所述溫度數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)傳送的所述外壁面溫度參數(shù)，以及接收由所述核電廠數(shù)字化儀控子系統(tǒng)傳送的所述流體溫度參數(shù)和所述流體壓力參數(shù)，并基于所述外壁面溫度參數(shù)、所述流體溫度參數(shù)和所述流體壓力參數(shù)計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)。
[0010]可選的，所述溫度數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)包括:
[0011]溫度傳感器，用于測(cè)量至少一個(gè)核電廠疲勞敏感區(qū)域的管道或設(shè)備的外壁面溫度，以獲得測(cè)量溫度數(shù)據(jù)；
[0012]溫度補(bǔ)償模塊，與所述溫度傳感器和所述疲勞監(jiān)測(cè)服務(wù)器連接，用于對(duì)所述測(cè)量溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理，以獲取所述外壁面溫度參數(shù)。
[0013]可選的，所述疲勞監(jiān)測(cè)服務(wù)器包括:
[0014]溫度場(chǎng)計(jì)算模塊，用于基于所述外壁面溫度參數(shù)、所述流體溫度參數(shù)和所述流體壓力參數(shù)，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果；
[0015]疲勞計(jì)算模塊，用于基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)。
[0016]可選的，所述至少一個(gè)核電廠疲勞敏感區(qū)域包括熱流體和冷流體混合的管道區(qū)域;所述管道區(qū)域包括直管道和三通管道;所述溫度場(chǎng)計(jì)算模塊包括:
[0017]直管道溫度場(chǎng)計(jì)算單元，用于采用溫度場(chǎng)反演法計(jì)算獲得所述直管道的內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果；
[0018]三通管道溫度場(chǎng)計(jì)算單元，用于采用混合函數(shù)法計(jì)算獲得所述三通管道的內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果。
[0019]可選的，所述疲勞計(jì)算模塊包括:
[0020]公式法計(jì)算單元，用于采用公式法，基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)；
[0021]格林函數(shù)法計(jì)算單元，用于采用格林函數(shù)法，基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)；
[0022]有限元法計(jì)算單元，用于采用有限元法，基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀
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[0023]可選的，所述疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括:
[0024]力學(xué)計(jì)算模塊，與所述疲勞監(jiān)測(cè)服務(wù)器連接，用于對(duì)所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算處理，以獲得核電廠運(yùn)行優(yōu)化建議信息。
[0025]另一方面，本發(fā)明方案還提供了一種核電廠疲勞監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0026]S1、測(cè)量至少一個(gè)核電廠疲勞敏感區(qū)域的管道或設(shè)備的外壁面溫度，以獲取外壁面溫度參數(shù)；
[0027]S2、獲取所述管道或設(shè)備中流體溫度參數(shù)和流體壓力參數(shù)；
[0028]S3、基于所述外壁面溫度參數(shù)、所述流體溫度參數(shù)和所述流體壓力參數(shù)計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)。
[0029]可選的，所述步驟S1包括子步驟:
[0030]S11、測(cè)量至少一個(gè)核電廠疲勞敏感區(qū)域的管道或設(shè)備的外壁面溫度，以獲得測(cè)量溫度數(shù)據(jù)；
[0031]S12、對(duì)所述測(cè)量溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理，以獲取所述外壁面溫度參數(shù)。
[0032]可選的，所述步驟S3包括子步驟:
[0033]S31、基于所述外壁面溫度參數(shù)、所述流體溫度參數(shù)和所述流體壓力參數(shù)，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果；
[0034]S32、基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)。
[0035]可選的，所述至少一個(gè)核電廠疲勞敏感區(qū)域包括熱流體和冷流體混合的管道區(qū)域;所述管道區(qū)域包括直管道和三通管道;所述步驟S31包括:
[0036]采用溫度場(chǎng)反演法計(jì)算獲得所述直管道的內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果；
[0037]采用混合函數(shù)法計(jì)算獲得所述三通管道的內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果。
[0038]可選的，所述步驟S32包括:
[0039]采用公式法，基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)；
[0040]采用格林函數(shù)法，基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)；
[0041]采用有限元法，基于所述管道或設(shè)備內(nèi)壁面溫度計(jì)算結(jié)果、所述流體壓力參數(shù)、環(huán)境影響因子和地震載荷，計(jì)算獲得所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)。
[0042]可選的，疲勞監(jiān)測(cè)方法還包括步驟:
[0043]S4、對(duì)所述管道或設(shè)備的真實(shí)疲勞狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算處理，以獲得核電廠運(yùn)行優(yōu)化建議信息。
[0044]本發(fā)明方案提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0045]由于在本發(fā)明方案中，核電廠疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:溫度數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)、核電廠數(shù)字化儀控子系統(tǒng)和疲勞監(jiān)測(cè)服務(wù)器。溫度數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)測(cè)量至少一個(gè)核電廠疲勞敏感區(qū)域的管道或設(shè)備的外壁面溫度，以獲取外壁面溫度參數(shù);核電廠數(shù)字化儀控子系統(tǒng)獲取所