一种核电站蒸汽发生器的监测方法及系统与流程
1.本公开涉及核电站监测技术领域，具体涉及一种核电站蒸汽发生器的监测方法及系统。
背景技术：
2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.核电站蒸汽发生器作为一二回路的枢纽，在核反应堆系统中起着重要的作用。蒸汽发生器对于整个核电厂的安全运行十分重要，其是否正常运行直接影响核电厂运行的安全性、经济性以及可靠性。根据蒸汽发生器的失效模式分析，其主要发生的故障表现为出口蒸汽参数(如湿度、压力等)不达标、传热管破损、部件疲劳以松动件脱落等。现有的蒸汽发生器监测系统只对单一内容进行监测，如疲劳监测，传热管破损监测，实际使用时需频繁切换，使用较为繁琐。
4.另外，现有的蒸汽发生器监测系统，多数需在蒸汽发生器上新增传感器，这对于老电厂安装这套监测系统带来非常大的难度，如使用时，重新安装传感器需要一定程度破坏承压边界、需重新考虑传感器走线带来电磁兼容等安全问题，实际使用安装时具有一定困难。
5.在以往蒸汽发生器运行过程中发现，流致振动是蒸汽发生器传热管磨损的重要原因之一。然而蒸汽发生器的污垢系数等热工水力数据，蒸汽发生器内部的流场分布情况测量困难，对蒸汽发生器传热管磨损情况缺少监测，导致核电站在每次大修时需花费大量时间对传热管进行无损检测，严重影响了核电站的经济效益。
技术实现要素：
6.本公开为了解决上述问题，提出了一种核电站蒸汽发生器的监测方法及系统，提出热工性能监测、局部流场监测、传热管致振动及磨损评价、以及疲劳和松动部件监测及诊断的一体化蒸汽发生器智能监测方法，对蒸汽发生器进行全生命周期管理，提高蒸汽发生器运行的安全性和可靠性。
7.根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
8.一种核电站蒸汽发生器的监测方法，包括：
9.确定原有的测点，获取各个测点的数据；
10.将获取的各个测点的所有数据进行热工性能计算分析后输出二次侧数据；
11.将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据；
12.利用流场数据以及流弹稳定比、漩涡脱落、湍流激励的计算方法，得到传热管流致振动结果；利用磨损预测算法对传热管的磨损数据进行分析，获取堵管方法；
13.所有数据均可可视化。
14.根据另一些实施例，本公开采用如下技术方案：
15.一种核电站蒸汽发生器的监测系统，包括：
16.传感器，用于对各个测点的数据进行获取；
17.设备热工性能监测模块，用于将获取的各个测点的所有数据进行热工性能计算分析后输出二次侧数据；
18.设备流场数据孪生模块，用于将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据；
19.传热管流致振动监测模块，用于利用流场数据以及流弹稳定比、漩涡脱落、湍流激励的计算方法，得到传热管流致振动结果；
20.传热管磨损监测模块，用于利用磨损预测算法对传热管的磨损数据进行分析，获取堵管方法；
21.所有数据均可可视化。
22.进一步的，设备疲劳损伤监测模块，所述设备疲劳损伤监测模块连接疲劳监测系统数据库。
23.进一步的，还包括设备松动部件监测模块，所述设备松动部件监测模块连接有松动部件监测系统数据库。
24.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
25.本公开作为一套可用于热工性能监测、局部流场监测、传热管流致振动及磨损评价、以及疲劳和松动部件监测及诊断的一体化蒸汽发生器智能监测软件，可用于蒸汽发生器的全生命周期管理，在系统的安装过程中，没有添加新的传感器，安装更为简便。同时，该系统可对无法监测的污垢系数，流场分布情况等数据进行监测，并对传热管磨损情况进行预测，大大减少了蒸汽发生器检修所需要的时间，提高了核电站的经济效益。
附图说明
26.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
27.图1为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中各个模块的数据来源及各模块之间逻辑示意图；
28.图2为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中设备热工性能监测模块中的数据来源及该模块的计算逻辑示意图；
29.图3为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中设备流场数字孪生模块中的数据来源及该模块的计算逻辑示意图；
30.图4为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中设备总体运行情况概览；
31.图5为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中设备热工性能监测模块；
32.图6为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中设备流场数字孪生模块；
33.图7为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中传热管流致振动监测模块；
34.图8为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中传热管磨损监测模块；
35.图9为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中设备疲劳损伤监测模块；
36.图10为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中设备松动部件监测模块；
37.图11为本公开蒸汽发生器的智能监测系统中数据及文件管理模块。
具体实施方式：
38.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
39.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
41.实施例1
42.本公开的一种实施例中提供了一种核电站蒸汽发生器的监测方法，包括的步骤有：
43.s101：确定原有的测点，获取各个测点的数据；
44.s102：将获取的各个测点的所有数据进行热工性能计算分析后输出二次侧数据；
45.s103：将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据；
46.s104：利用流场数据以及流弹稳定比、漩涡脱落、湍流激励的计算方法，得到传热管流致振动结果；
47.s105：利用磨损预测算法对传热管的磨损数据进行分析，获取堵管方法；
48.所有数据均可可视化。
49.在步骤101中，为了不需安装新的传感器，则在已经存在的测点处获取数据，利用现有的设备进行数据的采集，采集的数据包括所需的热功率、一回路温度、压力、流量、二次侧水位、给水温度、出口蒸汽压力、流量、排污流量，上述数据均来自于已有的反应堆冷却剂系统(rcs系统)、蒸汽发生器系统(sgs系统)和蒸汽发生器排污系统(bds系统)，无需新增测点获取另外的数据。
50.进一步的，作为一种实施例，将获取的各个测点的所有数据在设备热工性能监测模块中进行热工性能计算分析，利用热工模型调试算法以及热工性能监测算法计算得到传热管污垢系数以及循环倍率等参数，所述的热工性能计算过程为：
51.如图2所示，根据电厂实时监测数据，调用获取温度、压力和流量等参数，形成热工性能计算模块的完整输入文件，根据现场需要点击运行按钮，计算模块(成熟的蒸汽发生器一维稳态热工水力分析软件)自动完成计算，生产完整的输出文件，输出文件一部分参数如循环倍率、污垢系数等可直接调用，与预测值进行对比，判断蒸汽发生器实际运行状态，另一部分参数如一二次侧压力、流量和温度等参数可作为其他模块计算输入。
52.在进行热工性能计算分析后输出的二次侧数据包括二次侧蒸汽空间压力、二次侧入口流量和温度、二次侧换热量分布数据输入给设备流场数字孪生模块。
53.在步骤s103中，将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据，具体的，利用设备流场数字孪生模块利用流场降阶算法、数据可视化算法等，如图3所示，根据实测进出口参数以及热工模型计算获得的部分参数，对蒸汽发生器管束区二次侧流场进行实时计算，基于已有的采样数据进行流动模态分解，结合计算输入构造新的流量，获得二次侧流场、温度场的分布结果。计算结果后，根据计算结果进行数据可视化，显示截面上的云图，并
且通过插值法获得传热管节点上的管间流速、二次侧密度等物理量，计算随机湍流载荷psd，实现对蒸汽发生器内流场分布的快速计算和监测。
54.在传热管流致振动监测模块中，利用流弹稳定比计算方法、湍流激励计算方法、漩涡脱落计算方法，对传热管进行流致振动分析，并给出分析结果。流致振动分析步骤如下：
55.步骤1：调用流场数字孪生模块计算结果数据。
56.步骤2：计算模块利用asme(美国机械工程学会)和公开文献的相关计算方法中的相关计算方法，完成流弹稳定比计算，产生输出文件，包括传热管直段、弯管段有效流速、临界流速、阻尼比、流弹稳定比等结果。
57.步骤3：计算模块利用asme和公开文献的相关计算方法中的相关计算方法，完成湍流激励计算，产生输出文件，包括湍流激励下传热管的位移和应力结果。
58.步骤4：计算模块利用asme和公开文献的相关计算方法中的相关计算方法，完成漩涡脱落计算，产生输出文件，包括漩涡脱落激励下传热管的位移和应力结果。
59.在传热管磨损监测模块中，利用磨损预测算法，对后续传热管的磨损情况进行预测分析，并给出堵管建议方法。磨损预测算法采用以下步骤开展：
60.步骤1：根据每次大修的检测数据，在磨损数据库中录入每一根产生磨损的传热管的磨损深度、磨损长度、磨损形貌的数据，形成数据表。
61.步骤2：根据磨损深度、磨损长度和磨损形貌的不同，采用几何方法，给出每一类磨损点处磨损深度与磨损体积的关系，并将磨损深度换算为磨损体积损失。
62.步骤3：假设单位时间内一个磨损点的磨损体积增长速率不变，根据已经发生的磨损体积损失量和时间计算体积损失率。
63.步骤4：下一周期末的体积损失＝已有体积损失+体积损失率*时间+体积损失测量不确定度。体积测量的不确定度取决于传热管涡流检测的定标试验。
64.步骤5：根据磨损深度和磨损体积计算下一周期末的磨损深度。
65.步骤6：根据堵管准则给出堵管建议。
66.所有的数据均可视化。
67.如图4所示，设备总体运行情况概览为蒸汽发生器监测数据总览，可对其余模块中的实时数据汇总显示，包括但不限于出口蒸汽压力、出口蒸汽流量、冷却剂流量、主给水流量等实时变化曲线，疲劳、松动件、二次侧放射性泄露等报警项实时状态，当监测到异常数据时对操作人员报警提醒。
68.如图4-图11所示，蒸汽发生器的智能监测系统中，可选择按钮进入相应的模块。可选择想要进行监测的蒸汽发生器进行监测。
69.具体的，核电站蒸汽发生器的智能监测系统中，可通过上方区域(00)内的按钮进入各个模块；可通过区域(01)内的按钮切换集团/厂址/机组，选择对应的蒸汽发生器；
70.在设备总体运行情况概览中，可通过按钮(11)显示流致振动计算结果；可通过按钮(12)显示污垢系数计算结果；可在区域(13)显示松动部件质量估算结果；可在区域(14)观察蒸汽发生器的各项数据是否异常，可在区域(15)观察蒸汽发生器出口蒸汽压力，出口蒸汽流量，冷却剂入口流量，主给水流量等数据曲线。
71.在设备热工性能监测板块中，可通过区域(21)内的按钮进行调试或诊断功能；在区域(22)内显示蒸汽发生器出口压力，流量，给水温度，水位高度，排污流量，入口温度，运
行压力、泵流量，污垢系数，循环倍率等数据，并显示实时曲线；在区域(23)处显示报警信息；在区域(24)处显示出口蒸汽压力，冷却剂入口流量，出口蒸汽流量，主给水流量。
72.在设备流场数字孪生模块中，可通过按钮(31)进行流场计算；在选择框(32)选择对应的物理量，如流速、温度、空泡份额、密度，可在区域(33)显示两个相互垂直的纵截面对应的物理量云图。在选择框(34)选择时间，选择框(35)选择位置，选择框(36)和(37)选择物理量后，可在区域(38)处生成任意对应的物理量云图。
73.在传热管流致振动监测模块中，可通过选择框(41)选择输入的流场，可选择当前流场或其余任意时间计算得到的流场，通过选择框(42)选择需要计算的内容，如弯管段流弹稳定比，直管段流弹稳定比，漩涡脱落，湍流激励，点击按钮(43)开始计算，在区域(44)生成对应物理量的云图。
74.在传热管磨损监测模块中，可通过选择框(51)选择时间(下次大修或寿期末)；在区域(52)显示传热管磨损情况云图；在区域(53)显示不同磨损量的传热管的数量；在文本框(54)处输入想查看的传热管的牌号列号，在区域(55)处显示该传热管的磨损情况；点击按钮(56)可导出传热管磨损情况相关报告；当二回路放射量有数值时，在区域(57)进行报警。
75.在设备疲劳损伤监测模块中，在区域(61)处显示蒸汽发生器水室封头三维视图，视图中标识疲劳监测点部位，在区域(62)处显示监测点的疲劳疲劳损伤因子值，包括序号、监测点、描述、cuf、eaf、计算时间、状态等信息，并对疲劳因子进行监控和报警。在选择框(63)处选择对应的部位和时间后，可在区域(64)显示历史的疲劳损伤因子曲线。
76.在设备松动部件监测模块中，在区域(71)处显示蒸汽发生器视图，并标明松动件传感器位置，当发生后松动件报警事件后，报警触发的传感器测点位置显示为红；在选择框(72)处进行分析数据的导入，导入后将自动进行计算；在区域(73)处选择原始波形，定位分析，质量估计，可得到相应的分析结果；在区域(74)处显示对应的波形图或其余结果图，在区域(75)处显示分析结果表。
77.在数据及文件管理模块中，可通过按钮(81)查看设计阶段蒸汽发生器的各项参数，可通过按钮(82)查看制造阶段蒸汽发生器的需要跟踪的各项参数，可通过按钮(83)查看运行期间蒸汽发生器的需要跟踪的各项参数；在区域(84)显示对应的各项参数值和表格；在区域(85)为各阶段与蒸汽发生器有关文件，在设计阶段为设计图册、设计说明书、维修手册，在制造阶段为竣工图、完工报告、维修手册，在运行阶段为运行规程、在役检查报告，点击对应按钮可调用相关文件进行查看。
78.实施例2
79.本公开的一种实施例中提供了一种核电站蒸汽发生器的监测系统，如图4-图11所示，包括：
80.传感器，用于对各个测点的数据进行获取；
81.设备热工性能监测模块，用于将获取的各个测点的所有数据进行热工性能计算分析后输出二次侧数据；
82.设备流场数据孪生模块，用于将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据；
83.传热管流致振动监测模块，用于利用流场数据以及流弹稳定比、漩涡脱落、湍流激
励的计算方法，得到传热管流致振动结果；
84.传热管磨损监测模块，用于利用磨损预测算法对传热管的磨损数据进行分析，获取堵管方法；
85.设备疲劳损伤监测模块，所述设备疲劳损伤监测模块连接疲劳监测系统数据库。
86.设备松动部件监测模块，所述设备松动部件监测模块连接有松动部件监测系统数据库。
87.蒸汽发生器的智能监测系统中，上方共有八个模块，可选择按钮进入相应的模块。可选择想要进行监测的蒸汽发生器进行监测。
88.核电站蒸汽发生器的智能监测系统中，可通过上方区域(00)内的按钮进入各个模块；可通过区域(01)内的按钮切换集团/厂址/机组，选择对应的蒸汽发生器；
89.在设备总体运行情况概览中，可通过按钮(11)显示流致振动计算结果；可通过按钮(12)显示污垢系数计算结果；可在区域(13)显示松动部件质量估算结果；可在区域(14)观察蒸汽发生器的各项数据是否异常，可在区域(15)观察蒸汽发生器出口蒸汽压力，出口蒸汽流量，冷却剂入口流量，主给水流量等数据曲线。
90.在设备热工性能监测板块中，可通过区域(21)内的按钮进行调试或诊断功能；在区域(22)内显示蒸汽发生器出口压力，流量，给水温度，水位高度，排污流量，入口温度，运行压力、泵流量，污垢系数，循环倍率等数据，并显示实时曲线；在区域(23)处显示报警信息；在区域(24)处显示出口蒸汽压力，冷却剂入口流量，出口蒸汽流量，主给水流量。
91.在设备流场数字孪生模块中，可通过按钮(31)进行流场计算；在选择框(32)选择对应的物理量，如流速、温度、空泡份额、密度，可在区域(33)显示两个相互垂直的纵截面对应的物理量云图。在选择框(34)选择时间，选择框(35)选择位置，选择框(36)和(37)选择物理量后，可在区域(38)处生成任意对应的物理量云图。
92.在传热管流致振动监测模块中，可通过选择框(41)选择输入的流场，可选择当前流场或其余任意时间计算得到的流场，通过选择框(42)选择需要计算的内容，如弯管段流弹稳定比，直管段流弹稳定比，漩涡脱落，湍流激励，点击按钮(43)开始计算，在区域(44)生成对应物理量的云图。
93.所述的传热管磨损监测模块中，所需的传热管磨损量，磨损位置偏移量等数据，由每次大修时得到数据并进行输入。设备疲劳损伤监测模块中，所需的各部件疲劳累积因子由核电站已安装的疲劳监测系统导入。设备松动部件监测模块中，所需的各位置的松动件信号由核电站已安装的松动件监测系统导入。
94.在传热管磨损监测模块中，可通过选择框(51)选择时间(下次大修或寿期末)；在区域(52)显示传热管磨损情况云图；在区域(53)显示不同磨损量的传热管的数量；在文本框(54)处输入想查看的传热管的排号列号，在区域(55)处显示该传热管的磨损情况；点击按钮(56)可导出传热管磨损情况相关报告；当二回路放射量有数值时，在区域(57)进行报警。
95.在设备疲劳损伤监测模块中，在区域(61)处显示蒸汽发生器水室封头三维视图，视图中标识疲劳监测点部位，在区域(62)处显示监测点的疲劳损伤因子值，包括序号、监测点、描述、cuf、eaf、计算时间、状态等信息，并对疲劳因子进行监控和报警。在选择框(63)处选择对应的部位和时间后，可在区域(64)显示历史的疲劳损伤因子曲线。
96.在设备松动部件监测模块中，在区域(71)处显示蒸汽发生器视图，并标明松动件传感器位置，当发生后松动件报警事件后，报警触发的传感器测点位置显示为红；在选择框(72)处进行分析数据的导入，导入后将自动进行计算；在区域(73)处选择原始波形，定位分析，质量估计，可得到相应的分析结果；在区域(74)处显示对应的波形图或其余结果图，在区域(75)处显示分析结果表。
97.在数据及文件管理模块中，数据及文件管理模块为该监测系统的数据储存模块，记录蒸汽发生器在设计，制造，运行阶段的相关数据。可调用设计阶段的设计图册、设计说明书、维修手册，制造阶段的竣工图、完工报告、维修手册，运行阶段的运行规程、在役检查报告等内容，为操作员的查阅相关内容提供一条更方便的路径。可通过按钮(81)查看设计阶段蒸汽发生器的各项参数，可通过按钮(82)查看制造阶段蒸汽发生器的需要跟踪的各项参数，可通过按钮(83)查看运行期间蒸汽发生器的需要跟踪的各项参数；在区域(84)显示对应的各项参数值和表格；在区域(85)为各阶段与蒸汽发生器有关文件，在设计阶段为设计图册、设计说明书、维修手册，在制造阶段为竣工图、完工报告、维修手册，在运行阶段为运行规程、在役检查报告，点击对应按钮可调用相关文件进行查看。
98.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
99.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
技术特征：
1.一种核电站蒸汽发生器的监测方法，其特征在于，包括：确定原有的测点，获取各个测点的数据；将获取的各个测点的所有数据进行热工性能计算分析后输出二次侧数据；将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据；利用流场数据以及流弹稳定比、漩涡脱落、湍流激励的计算方法，得到传热管流致振动结果；利用磨损预测算法对传热管的磨损数据进行分析，获取堵管方法；所有数据均可可视化。2.如权利要求1所述的一种核电站蒸汽发生器的监测方法，其特征在于，所述各个测点的数据包括热功率、一回路温度、压力、流量、二次侧水位、给水温度、出口蒸汽压力、流量、排污流量。3.如权利要求1所述的一种核电站蒸汽发生器的监测方法，其特征在于，在进行热工性能计算分析后输出的二次侧数据包括二次侧蒸汽空间压力、二次侧入口流量和温度、二次侧换热量分布数据。4.如权利要求1所述的一种核电站蒸汽发生器的监测方法，其特征在于，所述流场数据为传热管管间流速、传热管混合密度、传热管管间等效口空泡份额、传热管管间等效温度。5.如权利要求1所述的一种核电站蒸汽发生器的监测方法，其特征在于，利用流场降价与数据可视化对蒸汽发生器内流场分布进行计算，得到流场分布结果和相关流场数据。6.如权利要求1所述的一种核电站蒸汽发生器的监测方法，其特征在于，将数据进行可视化显示，显示传热管磨损情况云图，以及不同磨损量的传热管数量。7.如权利要求1所述的一种核电站蒸汽发生器的监测方法，其特征在于，显示蒸汽发生器视图，标明松动件传感器位置，当发生后松动件报警事件后，报警触发的传感器测点位置显示为红。8.一种核电站蒸汽发生器的监测系统，其特征在于，包括：传感器，用于对各个测点的数据进行获取；设备热工性能监测模块，用于将获取的各个测点的所有数据进行热工性能计算分析后输出二次侧数据；设备流场数据孪生模块，用于将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据；传热管流致振动监测模块，用于利用流场数据以及流弹稳定比、漩涡脱落、湍流激励的计算方法，得到传热管流致振动结果；传热管磨损监测模块，用于利用磨损预测算法对传热管的磨损数据进行分析，获取堵管方法；所有数据均可可视化。9.如权利要求8所述的一种核电站蒸汽发生器的监测系统，其特征在于，还包括设备疲劳损伤监测模块，所述设备疲劳损伤监测模块连接疲劳监测系统数据库。10.如权利要求8所述的一种核电站蒸汽发生器的监测系统，其特征在于，还包括设备松动部件监测模块，所述设备松动部件监测模块连接有松动部件监测系统数据库。
技术总结
本公开提供了一种核电站蒸汽发生器的智能监测方法和系统，包括设备热工性能监测模块，设备流场数字孪生模块，传热管流致振动监测模块，传热管磨损监测模块，设备疲劳损伤监测模块、设备松动部件监测模块、数据及文件管理模块，确定原有的测点，获取各个测点的数据；将获取的各个测点的所有数据进行热工性能计算分析后输出二次侧数据；将所述二次侧数据进行流场分布计算后输出流场数据；利用流场后处理算法、传热管管间参数算法以及流弹稳定比算法对流场数据进行处理，得到传热管流致振动结果；利用磨损预测算法对传热管的磨损数据进行分析，获取堵管方法，大大减少了蒸汽发生器检修所需要的时间，提高了核电站的经济效益。提高了核电站的经济效益。提高了核电站的经济效益。
