CN103597345B - 检测核电厂的蒸汽发生器中存在松动部件的方法 - Google Patents

Abstract

在蒸汽发生器内的多个管中识别多个信号异常。由于蒸汽发生器的几何形状是已知的，沿各管的各信号异常的位置被转换为蒸汽发生器内部的位置。如果多个信号异常的位置位于蒸汽发生器内的彼此预定邻近距离内，这样一个信号异常的空间交汇被确定为对应位于蒸汽发生器内部的松动部件。可采用其他方法确认松动部件的存在。可检索并入当前信号中减去历史管板过渡段信号数据，以使系统忽略相对强的管板涡流传感器信号，否则其可能掩盖来自管板过渡段处的松动部件的相对弱的信号。

Description

检测核电厂的蒸汽发生器中存在松动部件的方法

相关申请交叉引用

本申请与2011年4月7日提交的题为“Advance Loose Part Detection Algorithm(ALPDA)”的序列号为No.61／472,651的美国临时专利申请有关，并主张其优先权，通过引用的方式将其公开内容合并于此。

发明背景

技术领域

本发明总体上涉及核电厂，并且更特别地，涉及评估核电厂的蒸汽发生器的管道的方法。

背景技术

核电厂通常是众所周知的。通常，可规定核电厂包括具有一个或多个燃料单元的反应堆，冷却反应堆的主回路，驱动汽轮机的次级回路，汽轮机操作发电机。通常，此类核电厂附加地包括主回路和次级回路之间的热交换器。该热交换器通常为蒸汽发生器的形式，其包括运载主冷却剂的管以及运载次级冷却剂的腔室，次级冷却剂与所述管进行热交换，也就是与主冷却剂进行热交换。

同样普遍知晓的，蒸汽发生器的管会遭受由于腐蚀、蒸汽发生器组件或可能卡在蒸汽发生器的管之间的松动部件的机械振动、和其他机制导致的磨损。因此，有必要定期检查蒸汽发生器管的磨损，以避免管的失效，而管的失效可能导致，例如，次级回路的核污染。虽然已采用多套方法来执行这样的检查，然而，这样的方法并不是不受限制的。

一种检查蒸汽发生器管的方法涉及将涡流传感器插入到一个或多个管中，并从该涡流传感器接收信号，该信号通常为电压和相位角的形式。复查(review)信号数据的分析员通常必须具有高水平的专业知识，以从信号数据中准确确定蒸汽发生器管的当前状态。例如，典型的蒸汽发生器可能具有三千到一万二千根管，每根管有几百英寸长。因此，复查涡流数据可能需要分析员花费大量时间。虽然某些测试规程需要测试的管数可能少于蒸汽发生器的所有管，这取决于特定的规程、在役时间、以及其他因素，然而分析这样的数据仍然需要大量的时间和费用。

虽然蒸汽发生器内的松动部件会对管造成很大的损坏风险，然而松动部件一直以来都难以识别，这是因为它们的尺寸和形状通常是未知的，由松动部件所造成的涡流信号的变化因此同样未知。此外，这种松动部件经常在管板过渡段处嵌在管之间，管板过度段为管伸出(pass out of)管板所处的区域。由于管板通常是可能为例如23英寸厚的不锈钢厚板，因此管板产生大的涡流，其通常会掩盖位于管板过渡段的松动部件的存在。因此期望提供一种用于检测蒸汽发生器管之间松动部件的存在的改进的系统。

发明内容

因此，本发明涉及检测核电厂蒸汽发生器内松动部件的存在的改进的方法。在蒸汽发生器内的多个管中识别多个信号异常。由于蒸汽发生器的几何形状是已知的，沿任意给定管的每个信号异常的位置被转换为蒸汽发生器内部的位置。如果多个信号异常的位置位于蒸汽发生器内的彼此预定邻近距离内，信号异常的这种空间交汇被确定为与位于蒸汽发生器内部的松动部件对应。可采用其他方法来确认松动部件的存在。此外，可检索并从当前信号中减去历史管板过渡段信号数据，以使得系统忽略管板的相对强的涡流传感器信号，否则其可能掩盖来自管板过渡段处的松动部件的相对弱的涡流传感器信号。

因此，本发明的一个方面是提供一种检测核电厂的蒸汽发生器内松动部件的存在的改进的方法。

本发明的另一方面是提供这样一种非破坏性地检测所述松动部件的方法。

本发明的另一方面是提供一种改进的方法，其采用多个发生于蒸汽发生器内的预定的彼此空间邻近距离内的信号异常，并由此确定在信号异常的附近存在松动部件。

本发明的这些和其他方面通常可描述为涉及一种改进的方法，用于非破坏性地检测核电厂蒸汽发生器内松动部件的存在，其中蒸汽发生器具有多根管。该方法通常可描述为包括识别沿着第一管的第一管位置处的第一信号异常，其中沿着第一管的第一管位置处于蒸汽发生器内的第一发生器地点；识别沿着第二管的第二管位置处的第二信号异常，其中沿着第二管的第二管位置处于蒸汽发生器内的第二发生器地点；确定所述第一发生器地点和第二发生器地点彼此处于预定邻近距离内；并且响应于所述确定，确定在第一和第二发生器地点附近存在松动部件。

附图说明

阅读下面的详细描述并结合附图，可以获得对本发明的进一步理解，其中：

图1是示出本发明的某些方面的流程图；

图2是示出本发明的某些其他方面的流程图；

在整个说明书中类似图标指代表示类似的部件。

具体实施方式

这里采用的方法的某些方面涉及使用涡流传感器对数据的收集，该涡流传感器在蒸汽发生器的加长管内部接收并沿着纵向长度穿过管的内部。传感器的纵向运动可以手动执行，尽管其也可以有利地通过机器人控制的升级机构执行，该升级机构能够以受控的速度推进(advance)涡流传感器。在任意给定时间，涡流传感器能够从其多个通道提供单独的和同时生成的数据流，该多个通道处于涡流传感器沿管的各个纵向位置处。来自涡流传感器的其他数据流通常包括表征为幅值的电压分量和表征为相位角的另一分量。虽然许多方法都可以用于存储和分析这样的数据流，其中一个方法涉及，对于多数据通道中的每一个通道，存储位于沿管的纵向长度的给定点处的电压和相位角数据。通常情况下，每英寸收集和存储30个数据点，但在不背离本文概念的情况下可以采用其他的数据分布和密度。

如通常理解的，典型的蒸汽发生器包括腔室，其封闭大约4000到12000根独立的管，其中每根管包括穿过管板的热段和冷段，管板自身是金属厚板，通常为20英寸厚或更厚。每根管可为几百英寸长，其具有单一的U形弯曲，或者具有一对直角弯，虽然在不背离本文概念的情况下也可以采用其他几何形状。每根这样的管通常附加地包括20至30个不同几何形状的物理支撑。在初始制造过程中，通过将管的两个端部接纳至钻通管板的一对孔洞，并对管的末端进行液压膨胀使其与所钻孔洞的圆柱形壁面接合，每根管的热段和冷段被装配到管板上。

虽然蒸汽发生器的每根管的几何形状通常情况下不同于所述蒸汽发生器的几乎所有其他管，蒸汽发生器的总体构造使得有关管的几何形状能够作为一个整体进行概括。也就是说，每根管可以说在其端部包括一对管板过渡段，其通常以大约三十(30.0)伏的涡流传感器电压进行表征。在两个管板过渡段之间是各种直管段、支撑和弯曲。直管段的典型涡流电压是0.05伏，管的弯曲部的典型电压是0.1伏。支撑部的典型电压可以是0.2伏，然而在给定的蒸汽发生器内可能存在各种类型的支撑，所有这些都可能会产生不同的表征电压。

由于涡流传感器被顺序地移动通过每根管，并且在多个数据通道中的每一个上检测电压和相位角信号，沿着管的相继位置处的数据信号通常不会广泛地变化。然而，如果一个松动部件位于任意给定管的外部，例如，在蒸汽发生器内部，电压和/或相位角信号值在松动部件附近会显著地变化，并且信号的变化可以在涡流传感器的各个数据通道中的大多数(如果不是所有的话)中被检测到。与涡流传感器沿着管的一个或多个先前的(例如相邻的)位置相比，来自涡流传感器的当前位置的信号的(足够幅值的)变化，可以被认为是信号异常。

可以存在其他类型的信号异常。例如，管中给定位置处的信号变化可以以预定量不同于与所记录的先前测试期间在相同位置检测到的信号的历史值。通过消除信号的已知较大分量可以辨别另一信号异常，该较大分量可能掩盖所述信号的由管附近的松动部件表示的未知的相对较小分量。其它类型的信号异常对于相关领域的普通技术人员而言将是显而易见的。

描述某些检测信号异常的方法的示例性流程图一般性地描绘于图1中。以示例的方式，处理可以说开始于104处，其中为管中顺序上的下一位置接收管信号。如果处理在管的开始处，则处理将开始于初始位置，在下面提到的一些处理之后，接下来是涡流传感器的移动，以及从管中的所述初始位置的顺序性的下一位置接收管信号，如104处所示。

随后，如108处所示，例如，确定来自涡流传感器当前位置的信号的电压或相位角或两者是否以预定阈值不同于一个或多个先前(例如相邻)位置的信号。在本文所描述的示例性实施例中，这种信号变化的预定阈值可以是相邻位置之间的至少50％的电压变化，和／或，至少45度的相位角变化，但这些阈值仅仅是示例性的，也可以采用其他阈值。此外，如果变化跨越超过两个位置发生，也就是，诸如如果电压变化的预定阈值跨越涡流传感器的四个连续位置发生，则可潜在地满足阈值。

如果在108处没有检测到满足或超过预定阈值的信号幅值变化，则处理返回104，在104中为顺序性的下一个管位置接收涡流传感器信号。然而，如果在108信号变化满足或超过预定阈值，则处理继续，如112处所示，确定信号变化是否可潜在地归因于已知的结构元件。例如，可能导致如108处所检测到的这种信号变化的结构，诸如管板过渡段、蒸汽发生器内部的已知支撑架、以及其他类似的结构。如果在112处确定了不存在将导致信号变化的这种已知结构元件，则过程继续，如116处所示，在108处检测到的信号变化被作为信号异常处理。随后过程继续，如104处所示，从位于管中的下一顺序性位置的涡流传感器接收信号。

另一方面，如果在112处确定了已知结构元件可对应于涡流传感器的当前位置，则处理继续，如120处所示，将历史信号变化数据(已从存储器或其他存储装置检索的)与当前信号进行比较，例如相减，以产生一个净信号变化数据集。或者，可以采用来自蒸汽发生器模型的能够预测管内各个位置信号变化的数据，以创建净信号变化数据集。

然后，如124处所示，确定所述净数据信号是否超过信号变化的预定阈值。该阈值可以与108处采用的阈值相同，也可以不同。在这方面，通过举例的方式，这样的结构预期可能会形成污泥，这可能会影响涡流传感器信号，但其与松动部件产生的影响水平不同。124处采用的阈值可能会高于108处的阈值，这是因为来自预期污泥的期望信号变化。在这方面，给定位置的信号(相比于同一位置的历史信号数据)的逐渐变化可指示污泥，而更急剧的变化可能指示所述位置处松动部件的突然出现。另一方面，由于所述结构也可能预期会圈住(trap)松动部件，阈值可能会较低。在任一事件中，在124处采用适当的阈值，并且其可能不同于108处采用的阈值。

如果在124处确定已满足阈值，则在116处所述净信号变化被作为信号异常处理，并且过程继续，如104处所示。或者，如果在124处没有满足预定阈值，则通过将过程返回至104，有效地忽略净信号变化。

应当理解，图1中一般性地展示的逻辑仅仅是作为可对大量涡流信号数据进行筛选以识别信号异常的一种方式的一个例子，其可如下面更详细陈述的那样被进一步处理。其他用于识别信号异常的方法可能对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，并且可能取决于正在执行所述分析的核电厂及有关的蒸汽发生器的特定特征和特性。

一旦如在图1中一般性地展示的或者以其他方式识别出各种信号异常，沿着各管的信号异常的位置必须转换为蒸汽发生器内部的位置。也就是说，在蒸汽发生器内部，每根管通常都有其自己单独的三维形状，并且信号异常数据通常为设置于沿着一根特定管的纵向长度的直线距离的一个特定位置或一组位置的形式。由于蒸汽发生器的几何形状是已知的，并且存储在存储介质中(例如，在存储器中，或其他方式)，蒸汽发生器的模型被用于将沿着每根特定管的各信号异常的位置转换为蒸汽发生器内部的三维位置。

如上面所建议的，并且如将在下面图2的上下文中更详细地陈述的，已有利地确定是否在蒸汽发生器内部给定的彼此邻近范围之内发生了多个信号异常，这样的信号异常指示信号异常附近存在松动部件。也就是说，松动部件通常具有未知的形状和尺寸，其几乎总是事先未知的，并且，仅仅基于给定管内的信号异常检测松动部件的存在已遇到困难。然而，通过作为一个整体来分析蒸汽发生器，并且通过考虑多个信号异常的空间重合，已经有利地发现，多个信号异常在蒸汽发生器内部给定的彼此邻近距离(proximity)之内的出现对应于松动部件位于信号异常位置附近。

在任意给定应用中采用的预定邻近距离可能有很大变化，这取决于许多因素，如蒸汽发生器的几何形状、蒸汽发生器的各种构造特点和其他类似因素。本文采用的示例性的预定邻近距离是2.0的邻近距离，这意味着彼此相距为管板的平均列宽或平均行高的2倍的一对管之间的距离(对于与管板过渡段处于相同平面内的距离)，或者在其他对角线或垂直方向上的最多相同距离。然而，值得注意的是，事实上可以采用任意值作为预定邻近距离，应该理解允许使用的预定邻近距离越大，识别出的可能的松动部件以及必须被执行以确认这样的松动部件的存在的相应的进一步分析的数目将会越大。因此，最优的预定邻近距离的识别通常对于每个单独的蒸汽发生器都是特定的，并且，其可能由本领域技术人员基于该技术人员对特定蒸汽发生器和其他蒸汽发生器的经验通过有根据的推测得到将是显而易见的。

一旦已建立预定邻近距离，处理即可开始，如206处所示，确定数据流是否导致两个或更多位于蒸汽发生器内彼此预定的邻近距离之内的数据异常。如果没有这样的异常共存，则过程继续，如210处所示，处理完成。

另一方面，如果在206处识别出多个这样的信号异常，则过程继续，如214处所示，确定是否有相对大量的信号异常存在于预定邻近距离之内。在这方面，需要重申污泥可在蒸汽发生器内的各个位置形成，并且污泥可能导致涡流数据流中的电压或相位角的变化。如果可认为管的很大面积具有在类似的蒸汽发生器位置的类似的信号异常，这可能指示污泥的形成。例如，污泥可在蒸汽发生器内的管板过渡段处或支撑结构上形成。即使实质上少数的信号异常，例如，在蒸汽发生器内，几千管群中的25个异常也可能指示污泥。

就这一点而论，如果如214中所示，确定了相对大量的信号异常存在于类似的蒸汽发生器位置，则过程继续，如218处所示，确定蒸汽发生器的几何形状自身是否表明污泥在这些位置形成。通过示例的方式，如果蒸汽发生器内的各个位置全部位于管板预部附近，这可能表明污泥的存在。如果如218处所示，蒸汽发生器几何形状表明了污泥的形成，则过程继续，如222处所示，以蒸汽发生器位置为目标以由分析员进行可行的进一步复查。也就是说，污泥的形成与松动部件的存在的关注级别并不相同，然而仍然值得由分析员人工复查该发现以确认污泥而不是松动部件的存在。然后过程继续，如210处所示。

另一方面，如果在218处确定了蒸汽发生器几何形状并不表明污泥的形成，则过程于226处继续。此外，如果在214处确定了在类似的发生器位置不存在相对大数目的信号异常，则过程同样于226处继续。在226处，核对备选数据流，以查看其信号是否确认如图1中所检测到的信号异常。也就是说，并且上面也已经提到，涡流传感器具有多个数据通道。据了解，各个数据通道运行于不同的频率，并且从不同的通道同时返回数据。如果在206处确定的位于预定的彼此邻近距离之内的信号异常产生自从第一信号通道获得的数据，则可以在226处查阅备选数据通道以确定其是否确认这样的信号异常在同一位置的存在。

如果在226处确定了备选数据流已确认了松动部件的存在，则随后在230处得出结论，松动部件存在于蒸汽发生器内的各个信号异常的位置，或者至少在其附近。然后指示，如234处所示，采用更详细的探查和／或其他更详细的分析对蒸汽发生器位置进行进一步分析，从而以更大的精确度确定出现在蒸汽发生器的各个管的松动部件的性质和可能的损害。

另一方面，如果在226处备选数据流是不确定的或不能在前述识别位置确认信号异常，则处理继续，如222处所示，以各个蒸汽发生器位置为目标以由分析员进行可行的进一步复查，以确定不同的意义(significance)是否可以归因于所述信号异常的空间重合。

通过利用信号异常在蒸汽发生器内的位置，这样的信号异常的邻近可以指示蒸汽发生器内松动部件的存在。通过使用历史数据，某些强信号可被忽略或调整，从而避免这样的强信号掩盖可能从松动部件产生的另外的弱信号。此外，当蒸汽发生器的已知结构或其他特征不能被认为是信号变化的原因时，可仅仅通过检测信号沿着管的长度的这种变化来检测信号异常。

据了解，本文描述的分析可以在数字计算机或通常已知的其他类型处理器上执行。比如，这样的计算机可包括处理器和存储器，所述存储器已存储有一个或多个可在所述处理器上执行的例程。所述存储器可以是各种机器可读存储介质中的任意一种，例如RAM，ROM，EPROM，EEPROM，FLASH等，且不限于这些。来自涡流传感器的信号可通过模拟-数字转换器接收，其将数字输入提供给计算机的输入装置，以利用处理器装置处理和存储所述信号。历史的和当前的数据可存储在任意这样的存储介质上，并且根据需要可被运输或传输以在其他计算机或处理器上使用。所述计算机可具有一个或多个存储在其中的包括指令的例程，当该在所述处理器装置的处理器上执行该指令时，使得计算机执行上述部分或全部操作。

本公开在不背离其精神或基本特征的情况下可以体现为其他特定形式。所描述的实施例在各方面都应被认为仅仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明公开的范围由所附权利要求而非前面的描述限定。在权利要求书的等价物的含义和范围内的所有变化都应被包括在其范围内。

Claims (8)

1.一种非破坏性地检测核电厂的蒸汽发生器内存在松动部件的方法，所述蒸汽发生器具有多根管，所述方法包括：

在沿第一管的第一管位置识别第一信号异常，沿第一管的所述第一管位置位于蒸汽发生器内的第一发生器位置；

在沿第二管的第二管位置识别第二信号异常，沿第二管的所述第二管位置位于蒸汽发生器内的第二发生器位置；

确定所述第一发生器位置和所述第二发生器位置在预定邻近距离之内；以及

响应于所述确定，确定在所述第一发生器位置和所述第二发生器位置附近存在松散部件。

2.根据权利要求1的方法，还包括在识别所述第一信号异常和所述第二信号异常时采用第一类型的检测，并且，响应于确定松散部件存在，指示以不同于第一类型的检测的第二类型的检测对至少所述第一管位置和所述第二管位置进行进一步分析。

3.根据权利要求1的方法，还包括：

从输出自数据源的数据流中识别所述第一信号异常和所述第二信号异常，所述数据源同时生成所述数据流和至少一个备选数据流；以及

通过下列步骤确认所述松散部件的存在：

从所述至少一个备选数据流识别沿所述第一管的第一管位置处的备选第一信号异常，以及

从所述至少一个备选数据流识别沿所述第二管的第二管位置处的备选第二信号异常。

4.根据权利要求1的方法，还包括检测来自关于沿所述第一管的所述第一管位置的数据流的信号与来自关于沿所述第一管的相邻管位置的数据流的信号之间的信号变化，作为所述第一信号异常。

5.根据权利要求4的方法，还包括忽略未能满足预定阈值的信号变化。

6.根据权利要求4的方法，还包括在以下情况下忽略来自关于沿所述第一管的所述第一管位置的数据流的信号与来自关于沿所述第一管的所述相邻管位置的数据流的信号之间的信号变化：

所述第一管位置和所述相邻管位置中的至少一个位于所述蒸汽发生器的管板附近，并且

所述数据流表明所述多根管中的至少少量管各自在其中的类似位置具有类似信号变化。

7.根据权利要求4的方法，还包括当所述第一管位置和所述相邻管位置中的至少一个位于所述蒸汽发生器的管板附近时：

检索来自关于沿所述第一管的所述第一管位置的先前数据流的先前信号与来自关于沿所述第一管的所述相邻管位置的先前数据流的先前信号之间的历史信号变化；

从所述信号变化中减去所述历史信号变化，以生成净信号变化；以及

采用所述净信号变化作为所述第一信号异常。

8.根据权利要求1的方法，还包括检测来自关于沿所述第一管的所述第一管位置的数据流的信号与来自关于沿所述第一管的所述第一管位置的先前数据流的信号之间的变化，作为所述第一信号异常。