本發(fā)明屬于核電疲勞壽命監(jiān)測技術領域，具體涉及一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測裝置及方法。

背景技術：

蒸汽發(fā)生器是核電廠核島內重要的設備，是核電廠一回路及二回路重要壓力邊界，而疲勞是影響蒸汽發(fā)生器壓力邊界完整性的重要因素，如何實時把握蒸汽發(fā)生器關鍵承壓部件疲勞損傷狀態(tài)至關重要，累積疲勞損傷系數是衡量疲勞損傷狀態(tài)的重要指標，目前核電廠對蒸汽發(fā)生器疲勞敏感點的累積疲勞損傷系數評價均采用離線方式，評價耗時，且由于設計瞬態(tài)與實際瞬態(tài)之間的差異導致評價結果不能如實反映蒸汽發(fā)生器實際疲勞損傷狀態(tài)，評價結果過于保守，難以為蒸汽發(fā)生器老化管理及許可證延續(xù)提供準確數據，通過蒸汽發(fā)生器在線疲勞監(jiān)測裝置可有效獲得蒸汽發(fā)生器實際運行參數，并對實際疲勞損傷系數做出精確評估。

現有的蒸汽發(fā)生器疲勞壽命評價方式，雖然可以得到蒸汽發(fā)生器關注部位累積疲勞損傷系數，但是其輸入數據來自兩個部分，一是設計瞬態(tài)數據，該數據會得到較大蒸汽發(fā)生器各部件的累積疲勞損傷系數，保守裕量過大；另外一項數據來自核電廠信息系統(tǒng)，需通過手動方式獲取與蒸汽發(fā)生器疲勞壽命相關的數據，通過有限元數值分析技術獲得評價部位的應力分布狀態(tài)，并依據規(guī)范要求，得到蒸汽發(fā)生器累積疲勞損傷系數結果，其中在利用手動方法獲取蒸汽發(fā)生器相關數據時，由于數據量龐大，按照實際采集數據，并結合數值分析技術計算蒸汽發(fā)生器應力分布狀態(tài)并不現實，需對實際數據進行包絡處理，從而造成了評價結果過于保守，且數據分析處理及利用數值分析技術計算蒸汽發(fā)生器應力狀態(tài)時需要花費大量的時間，效率不高。同時，利用核電廠現有的熱工數據采集條件并不能獲得準確的蒸汽發(fā)生器疲勞敏感部位實際溫度數據，從而影響蒸汽發(fā)生器累積疲勞損傷系數的計算精度。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測裝置及方法，解決現有蒸汽發(fā)生器疲勞壽命保守裕量大，過程耗時，精度不高等問題。

本發(fā)明的技術方案如下：一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置包括疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置、疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置、疲勞監(jiān)測點應力處理模塊以及監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊，其中，疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置和疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置分別與服務器相連接，并將疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置監(jiān)測獲得蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點金屬壁面及流體溫度數據，以及疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置測量的蒸汽發(fā)生器一次側壓力和二次側壓力傳輸至服務器，并在服務器中處理、顯示監(jiān)測結果；與服務器相連接的疲勞監(jiān)測點應力處理模塊利用疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置和疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置測量的溫度和壓力參數，利用應力計算函數轉換為監(jiān)測點應力計算結果，并傳輸至與疲勞監(jiān)測點應力處理模塊相連接的監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊，并利用監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊將監(jiān)測點應力數據轉換為累積疲勞損傷系數，并顯示任一運行周期內的蒸汽發(fā)生器各監(jiān)測點疲勞壽命。

所述的疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置包括在蒸汽發(fā)生器疲勞敏感部位共布置12個溫度計，用于測量金屬壁面溫度；以及在蒸汽發(fā)生器進出口管嘴、蒸汽出口管嘴及給水管嘴處布置4個溫度計，用于進行流體溫度測量；利用上述溫度計測量蒸汽發(fā)生器特定部位的金屬壁面及流體溫度。

所述的疲勞監(jiān)測點應力處理模塊包括管板應力處理模塊、一次側進出口管嘴應力處理模塊、給水管嘴應力處理模塊、蒸汽出口管嘴應力處理模塊以及筒體應力處理模塊，上述各個應力處理模塊可實現對疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置和疲勞監(jiān)測點壓力測量裝置監(jiān)測的不同監(jiān)測點的溫度與壓力參數轉換為相應的應力參數。

所述的管板應力處理模塊利用所制定疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置監(jiān)測的一次側冷卻劑溫度與二次側飽和蒸汽溫度與監(jiān)測點應力分量對照表，并通過實際溫度在對照表中線性插值獲得監(jiān)測點實際應力數據，同時，利用疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置監(jiān)測的一二次壓力范圍，制定不同壓力與監(jiān)測點六個應力分量的對照表，實際壓力條件下的應力通過對照表的線性插值獲得，再將溫度載荷與壓力載荷下的應力分量矢量疊加得到管板監(jiān)測點的總應力參數。

所述的一次側進出口管嘴應力處理模塊、蒸汽出口管嘴應力處理模塊以及筒體應力處理模塊可疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置監(jiān)測的不同位置處的溫度數據周期離散后，利用一系列對應時間間隔的離散溫度響應來確定溫度變化的應力；對疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得監(jiān)測點的總應力參數。

所述的給水管嘴處理模塊可將疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置的給水溫度與蒸汽溫度之間的溫差用傅里葉級數展開，分解為平均溫度、線性溫度及非線性溫度，并將平均溫度、線性溫度及非線性溫度轉換為相應的溫度載荷下所引起的應力；給水管嘴處理模塊對疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得給水管嘴監(jiān)測點的總應力參數。

一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測方法，該方法具體包括如下步驟：

步驟1、采集監(jiān)測蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點的溫度及壓力；

步驟1.1、采集獲得蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點的溫度；

步驟1.1.1、利用溫度計測量蒸汽發(fā)生器金屬壁面的溫度；

步驟1.1.2、利用溫度及測量蒸汽發(fā)生器流體溫度；

步驟1.2、采集獲得蒸汽發(fā)生器一次側壓力及二次側壓力；

步驟2、利用應力計算函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為監(jiān)測點應力參數；

步驟2.1、利用多組應力函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為蒸汽發(fā)生器管板處的應力參數；

步驟2.2、利用格林函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為蒸汽發(fā)生器一次側進出口管嘴、蒸汽出口管嘴以及筒體處的應力參數；

步驟2.3、利用應力計算函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為蒸汽發(fā)生器給水管嘴處的應力參數；

步驟3、將監(jiān)測點的應力數據轉換為累積疲勞損傷系數，實現對蒸汽發(fā)生器各監(jiān)測點疲勞壽命的監(jiān)測。

所述的步驟2.1具體包括：

步驟2.1.1、制定一次側冷卻劑溫度與二次側飽和蒸汽溫度與監(jiān)測點應力分量對照表，并通過實際溫度在對照表中線性插值獲得監(jiān)測點實際應力數據；

步驟2.1.2、利用監(jiān)測的一二次壓力范圍，制定不同壓力與監(jiān)測點六個應力分量的對照表，實際壓力條件下的應力通過對照表的線性插值獲得；

步驟2.1.3、將溫度載荷與壓力載荷下的應力分量矢量疊加得到管板監(jiān)測點總應力參數。

所述的步驟2.2具體包括：對疲勞監(jiān)測點測量的溫度數據按照1秒、2秒、4秒、8秒、16秒、…、2ⁿ秒周期進行離散，將一系列對應時間間隔dτ的離散溫度dT的響應求和即可確定任何一個溫度變化T(τ)的應力，在任一時刻t的應力由式給出，式中T為溫度，τ為時間變量，f(τ)是單位溫度階躍引起的某一應力分量；對疲勞監(jiān)測點的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得監(jiān)測點的總應力參數；

所述的步驟2.3具體包括：將疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1的給水溫度與蒸汽溫度之間的溫差用傅里葉級數展開，分解為平均溫度、線性溫度及非線性溫度，平均溫度引起的應力為管道系統(tǒng)約束造成的熱膨脹應力，計算表達式為σ_a＝K₂C₂D₀M_i(τ)/2I，M_i(τ)為彎矩，I是慣性矩，K₂和C₂是應力指數，線性溫度項按照平面應變理論將溫度轉換為局部彎曲應力，計算式為式中M_ΔT＝EαΔTI/D₀，D₀為外徑，ΔT為線性溫度分量，I是慣性矩，E為彈性模量，α為熱膨脹系數，非線性溫度項應力按式σ_NL＝EαT_NL計算，E為彈性模量，α為熱膨脹系數，T_NL為非線性溫度項，溫度載荷引起的總應力σ＝σ_a+σ_axial+σ_NL，對疲勞監(jiān)測點的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得給水管嘴監(jiān)測點的總應力參數；

所述的步驟1.1.1中在蒸汽發(fā)生器疲勞敏感部位共布置12個溫度測點，利用溫度計測量該溫度測點的金屬壁面溫度；

所述的步驟1.1.2中在蒸汽發(fā)生器進出口管嘴、二次側蒸汽出口管嘴及給水管嘴處布置4個溫度測點，用于對流體進行溫度測量；

所述的步驟3具體包括：根據ASME規(guī)范NB3200要求，將步驟2中的應力數據利用雨流法轉換為應力強度循環(huán)幅，結合NB3200附錄給出設計疲勞曲線得到監(jiān)測點累積疲勞損傷系數，該系統(tǒng)既可以顯示實際疲勞損傷系數，并可以按照指數函數的形式對監(jiān)測點疲勞壽命做出預測，實現對蒸汽發(fā)生器各監(jiān)測點在不同的運行周期內疲勞壽命的監(jiān)測。

本發(fā)明的顯著效果在于：本發(fā)明所述的一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測裝置及方法，通過蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測部位溫度及壓力測量裝置，可獲得金屬壁面及承壓部件實際的溫度及壓力參數，利用應力計算函數表開發(fā)的蒸汽發(fā)生器管板、一次側進出口管嘴、給水管嘴、蒸汽出口管嘴、殼體應力處理子模塊監(jiān)測關注部位應力數據，通過蒸汽發(fā)生器監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊獲得任一時刻下蒸汽發(fā)生器的疲勞損傷狀態(tài)，該裝置及方法具有高精度、高效率及在線評價等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測裝置結構示意圖；

圖中：1、疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置；2、疲勞監(jiān)測點壓力測量裝置；3、服務器；4、疲勞監(jiān)測點應力處理模塊；5、管板應力處理模塊；6、一次側進出口管嘴應力處理模塊；7、給水管嘴應力處理模塊；8、蒸汽出口管嘴應力處理模塊；9、筒體應力處理模塊；10、監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測裝置，包括疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1、疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2、疲勞監(jiān)測點應力處理模塊4以及監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊10，其中，疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1和疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2分別于服務器3相連接，并將疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1監(jiān)測獲得蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點金屬壁面及流體溫度數據，以及疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2測量的蒸汽發(fā)生器一次側壓力和二次側壓力傳輸至服務器3，并在服務器3中處理、顯示監(jiān)測結果，其中，疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1是利用溫度計測量蒸汽發(fā)生器特定部位的金屬壁面及流體溫度，在蒸汽發(fā)生器疲勞敏感部位共布置12個溫度測點，用于測量金屬壁面溫度；在蒸汽發(fā)生器進出口管嘴、蒸汽出口管嘴及給水管嘴處布置4個溫度測點，用于進行流體溫度測量；疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2用來測量蒸汽發(fā)生器一次側壓力及二次側壓力；與服務器3相連接的疲勞監(jiān)測點應力處理模塊4利用疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1和疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2測量的溫度和壓力參數，利用應力計算函數轉換為監(jiān)測點應力計算結果，并傳輸至與疲勞監(jiān)測點應力處理模塊4相連接的監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊10，并利用監(jiān)測點疲勞壽命在線分析模塊10將監(jiān)測點應力數據轉換為累積疲勞損傷系數，并顯示任一運行周期內的蒸汽發(fā)生器各監(jiān)測點疲勞壽命，其中，疲勞監(jiān)測點應力處理模塊4包括管板應力處理模塊5、一次側進出口管嘴應力處理模塊6、給水管嘴應力處理模塊7、蒸汽出口管嘴應力處理模塊8以及筒體應力處理模塊9，其中，管板應力處理模塊5利用所制定疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1監(jiān)測的一次側冷卻劑溫度與二次側飽和蒸汽溫度與監(jiān)測點應力分量對照表，并通過實際溫度在對照表中線性插值獲得監(jiān)測點實際應力數據，同時，利用疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2監(jiān)測的一二次壓力范圍，制定不同壓力與監(jiān)測點六個應力分量的對照表，實際壓力條件下的應力通過對照表的線性插值獲得，再將溫度載荷與壓力載荷下的應力分量矢量疊加得到管板監(jiān)測點的總應力參數；一次側進出口管嘴應力處理模塊6、蒸汽出口管嘴應力處理模塊8以及筒體應力處理模塊9對疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1的溫度數據按照1秒、2秒、4秒、8秒、16秒等周期進行離散，將一系列對應時間間隔dτ的離散溫度dT的響應求和即可確定任何一個溫度變化T(τ)的應力，在任一時刻t的應力由式給出，式中T為溫度，τ為時間變量，f(τ)是單位溫度階躍引起的某一應力分量，一次側進出口管嘴應力處理模塊6、蒸汽出口管嘴應力處理模塊8以及筒體應力處理模塊9對疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得監(jiān)測點的總應力參數；給水管嘴應力處理模塊7將疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1的給水溫度與蒸汽溫度之間的溫差用傅里葉級數展開，分解為平均溫度、線性溫度及非線性溫度，平均溫度引起的應力為管道系統(tǒng)約束造成的熱膨脹應力，計算表達式為σ_a＝K₂C₂D₀M_i(τ)/2I，M_i(τ)為彎矩，I是慣性矩，K₂和C₂是應力指數，線性溫度項按照平面應變理論將溫度轉換為局部彎曲應力，計算式為式中M_ΔT＝EαΔTI/D₀，D₀為外徑，ΔT為線性溫度分量，I是慣性矩，E為彈性模量，α為熱膨脹系數，非線性溫度項應力按式σ_NL＝EαT_NL計算，E為彈性模量，α為熱膨脹系數，T_NL為非線性溫度項，溫度載荷引起的總應力σ＝σ_a+σ_axial+σ_NL，給水管嘴應力處理模塊7對疲勞監(jiān)測點壓力測試裝置2的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得給水管嘴監(jiān)測點的總應力參數。

一種蒸汽發(fā)生器在線疲勞壽命監(jiān)測方法，該方法具體包括如下步驟：

步驟1、采集監(jiān)測蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點的溫度及壓力；

步驟1.1、采集獲得蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點的溫度；

步驟1.1.1、利用溫度計測量蒸汽發(fā)生器金屬壁面的溫度；

在蒸汽發(fā)生器疲勞敏感部位共布置12個溫度測點，利用溫度計測量該溫度測點的金屬壁面溫度；

步驟1.1.2、利用溫度及測量蒸汽發(fā)生器流體溫度；

在蒸汽發(fā)生器進出口管嘴、二次側蒸汽出口管嘴及給水管嘴處布置4個溫度測點，用于對流體進行溫度測量；

步驟1.2、采集獲得蒸汽發(fā)生器一次側壓力及二次側壓力；

步驟2、利用應力計算函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為監(jiān)測點應力參數；

步驟2.1、利用多組應力函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為蒸汽發(fā)生器管板處的應力參數；

步驟2.1.1、制定一次側冷卻劑溫度與二次側飽和蒸汽溫度與監(jiān)測點應力分量對照表，并通過實際溫度在對照表中線性插值獲得監(jiān)測點實際應力數據；

步驟2.1.2、利用監(jiān)測的一二次壓力范圍，制定不同壓力與監(jiān)測點六個應力分量的對照表，實際壓力條件下的應力通過對照表的線性插值獲得；

步驟2.1.3、將溫度載荷與壓力載荷下的應力分量矢量疊加得到管板監(jiān)測點總應力參數；

步驟2.2、利用格林函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為蒸汽發(fā)生器一次側進出口管嘴、蒸汽出口管嘴以及筒體處的應力參數；

對疲勞監(jiān)測點測量的溫度數據按照1秒、2秒、4秒、8秒、16秒、…、2ⁿ秒周期進行離散，將一系列對應時間間隔dτ的離散溫度dT的響應求和即可確定任何一個溫度變化T(τ)的應力，在任一時刻t的應力由式給出，式中T為溫度，τ為時間變量，f(τ)是單位溫度階躍引起的某一應力分量；對疲勞監(jiān)測點的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得監(jiān)測點的總應力參數；

步驟2.3、利用應力計算函數，將蒸汽發(fā)生器疲勞監(jiān)測點采集的溫度及壓力參數轉換為蒸汽發(fā)生器給水管嘴處的應力參數；

將疲勞監(jiān)測點溫度測量裝置1的給水溫度與蒸汽溫度之間的溫差用傅里葉級數展開，分解為平均溫度、線性溫度及非線性溫度，平均溫度引起的應力為管道系統(tǒng)約束造成的熱膨脹應力，計算表達式為σ_a＝K₂C₂D₀M_i(τ)/2I，M_i(τ)為彎矩，I是慣性矩，K₂和C₂是應力指數，線性溫度項按照平面應變理論將溫度轉換為局部彎曲應力，計算式為式中M_ΔT＝EαΔTI/D₀，D₀為外徑，ΔT為線性溫度分量，I是慣性矩，E為彈性模量，α為熱膨脹系數，非線性溫度項應力按式σ_NL＝EαT_NL計算，E為彈性模量，α為熱膨脹系數，T_NL為非線性溫度項，溫度載荷引起的總應力σ＝σ_a+σ_axial+σ_NL，對疲勞監(jiān)測點的壓力載荷乘以1MPa壓力下的監(jiān)測應力，與溫度載荷下的應力進行矢量疊加獲得給水管嘴監(jiān)測點的總應力參數；

步驟3、將監(jiān)測點的應力數據轉換為累積疲勞損傷系數，實現對蒸汽發(fā)生器各監(jiān)測點疲勞壽命的監(jiān)測；

根據ASME規(guī)范NB3200要求，將步驟2中的應力數據利用雨流法轉換為應力強度循環(huán)幅，結合NB3200附錄給出設計疲勞曲線得到監(jiān)測點累積疲勞損傷系數，該系統(tǒng)既可以顯示實際疲勞損傷系數，并可以按照指數函數的形式對監(jiān)測點疲勞壽命做出預測，實現對蒸汽發(fā)生器各監(jiān)測點在不同的運行周期內疲勞壽命的監(jiān)測。