CN106198218A - 一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，先采用应变片或应变计等应变传感器测量核级管道外表面应变；再根据所述核级管道的外表面应变、所述核级管道的材料性能以及核电厂已有的监测装置信息，通过导热反问题方法，确定核级管道的内壁应变；然后确定应变循环中交变幅值及相应的循环次数，根据预设的ε‑N曲线计算疲劳使用系数；再根据管道应变历程确定合理的环境影响系数F_en，修正所述疲劳使用系数；最后，在主控室显示终端输出疲劳使用系数，可以输出随时间变化的累积疲劳使用系数曲线，用于评估监测位置的累积疲劳使用系数的变化趋势。

Description

一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法

技术领域

本发明涉及核级管道疲劳技术，具体涉及一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法。

背景技术

在核电站服役期间，运行温度和压力的波动会导致核级管道产生交变应力，当交变应力达到一定幅度时将对核级管道产生疲劳损伤。在核电厂设计阶段，假设管道承受的运行瞬态是设计瞬态。设计瞬态比实际核电厂的运行瞬态要严厉，而且这些设计瞬态发生的次序（即瞬态历程）未知，所以在进行核级管道疲劳设计分析时只能假设最不利的瞬态历程，导致分析得出的累积疲劳使用系数十分保守。另外NRC RG1.207已明确提出新建核电厂应考虑环境因素对核级管道疲劳损伤的影响，这样就会更进一步增加分析得出的累积疲劳使用系数的保守性，会导致核电厂的经济性大大降低。因此，在核电厂运行期间进行核级管道的疲劳监测可以保证核电厂的安全性，同时还可以为核电厂延寿提供强有力的数据支持，提高核电厂的经济性。本发明正是为实现监测核级管道疲劳而提供的一种可行的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，同时可以获取核级管道监测部位的应变数据历程，更加合理地评估环境对核级管道疲劳的影响。

本发明的通过下述技术方案实现：一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：确定核级管道的监测位置；

S2：采用应变传感装置布置在监测位置的核级管道外表面；

S3：通过应变采集器采集应变传感装置的应变数据，通过间隔时长的方式对应变数据进行采集和记录；

S4：根据监测位置附近用于核电厂安全运行的温度、压力及流量监测设备的监测结果以及管道材料的性能参数，通过导热反问题方法计算监测位置内表面的应变值，从而得到监测位置内外表面的应变历程；

S5：确定管道疲劳计算周期；

S6：寻找应变峰值点和应变谷值点，并用雨流法进行应变组合，按照交变应变幅值大小排序，分别为ε1、ε2、ε3……、εn，并得到应变幅值对应的循环次数，分别为n1、n2、n3、……、nn；根据预设的ε-N曲线确定上述交变应变幅值允许的最大循环次数，分别为N1、N2、N3、……、Nn；

S7：对每一个应变循环，根据U1=n1/N1，U2=n2/N2，U3=n3/N3，……，Un=nn/Nn计算疲劳使用系数， U1、U2、U3、……、Un均为疲劳使用系数；

S8：根据应变历程确定应变循环对应的应变率，从而得到合理的环境因素的影响系数F_en.i，利用公式M修正该管道疲劳计算周期内的疲劳使用系数，公式M为：；其中，U_en为考虑环境影响的疲劳使用系数，U_i为上述每一个应变循环产生的疲劳使用系数；

S9：输出计算周期内的修正后的疲劳使用系数，最终实现每隔一段时间输出监测位置的累积疲劳使用系数，输出随时间变化的累积疲劳使用系数曲线，用于评估监测位置的累积疲劳使用系数的变化趋势。

上述方法的设计原理为：在步骤S1至S3的过程是利用应变传感装置和应变采集器获取应变数据，在步骤S4至S8的过程是完成管道疲劳使用系数计算，利用应变数据和导热反问题方法计算得到应变历程，利用S6至S8的计算方法计算得到的计算周期内的修正后的疲劳使用系数；最后将累积疲劳使用系数，和随时间变化的累积疲劳使用系数曲线通过步骤S9输出显示。其总体过程为：通过应变采集器、应变传感装置获得应变数据，利用管道疲劳使用系数计算模块计算出计算周期内的修正后的疲劳使用系数；本方法在需要监测的管道位置布置应变传感装置，并且不影响管道的完整性，通过连接在应变传感装置上的应变采集器采集监测位置的应变数据，采集到的应变数据分别传输到主控室显示终端和管道疲劳使用系数计算模块（管道疲劳使用系数计算软件），通过计算模块计算得到的管道累积疲劳使用系数传输到主控室显示终端。

本发明的管道疲劳使用系数计算模块利用了反推管道内壁应变方法和雨流法计算应变幅值和循环次数，再根据预设的ε-N曲线计算疲劳使用系数，最后考虑环境对疲劳的影响，准确估算应变率，从而得到更合理的环境影响系数修正疲劳使用系数。该方法提供的监测装置不影响核级管道的完整性，提供的核级管道累积疲劳使用系数等监测数据可为核电厂的定期安全审查和延寿提供有力的数据支持。

优选的，所述应变传感装置选用耐高温高压、耐辐射环境的应变传感装置。

优选的，所述应变传感装置为应变片或应变计或应变传感器。

优选的，所述间隔时长为N秒，N为1至60范围内的任意正整数。

优选的，所述管道疲劳计算周期为1月或1个换料周期。

优选的，应变采集器采集的应变数据要输入到主控室显示终端，主控室显示终端实时输出应变数据随时间变化的曲线。

优选的，输出计算周期内的修正后的疲劳使用系数为疲劳使用系数U，在主控室显示终端实时输出疲劳使用系数U，当疲劳使用系数U达到预先指定的限值时，在终端报警。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：可以方便地根据用户需求对核电厂核级管道关键位置进行在线疲劳监测与评定；显示或记录监测位置的应变数据；合理评估运行环境对管道疲劳的影响系数；监测核电厂重要的管道位置的疲劳使用系数；根据监测的管道疲劳使用系数优化核电厂运行规程和检修大纲；为核电厂定期安全审查和延寿提供数据支持。

附图说明

附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，

本发明的总体设计架构为：先采用应变片或应变计等应变传感器测量核级管道外表面应变；再根据所述核级管道的外表面应变、所述核级管道的材料性能以及核电厂已有的监测装置信息，通过导热反问题方法，确定核级管道的内壁应变；然后确定应变循环中交变幅值及相应的循环次数，根据预设的ε-N曲线计算疲劳使用系数；再根据管道应变历程确定合理的环境影响系数F_en，修正所述疲劳使用系数；最后，在主控室显示终端输出疲劳使用系数，可以输出随时间变化的累积疲劳使用系数曲线，用于评估监测位置的累积疲劳使用系数的变化趋势。

其具体过程为：一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，包括如下步骤：

S1：确定核级管道的监测位置；

S2：采用应变传感装置布置在监测位置的核级管道外表面；

S3：通过应变采集器采集应变传感装置的应变数据，通过间隔时长的方式对应变数据进行采集和记录；应变数据通过以太网传输至主控室显示并记录。采集和记录管道应变间隔根据用户硬件条件灵活确定，可为1s或其它间隔时长；同时应变数据也输入到管道疲劳使用系数计算模块使用，以监测的应变历程作为计算输入，应用计算模块对监测位置的疲劳使用系数进行计算。

S4：应变历程的获取方法是：根据监测位置附近用于核电厂安全运行的温度、压力及流量监测设备的监测结果以及管道材料的性能参数，通过导热反问题方法计算监测位置内表面的应变值，从而得到监测位置内外表面的应变历程；

S5：确定管道疲劳计算周期；

S6：寻找应变峰值点和应变谷值点，并用雨流法进行应变组合，按照交变应变幅值大小排序，分别为ε1、ε2、ε3……、εn，并得到应变幅值对应的循环次数，分别为n1、n2、n3、……、nn；根据预设的ε-N曲线确定上述交变应变幅值允许的最大循环次数，分别为N1、N2、N3、……、Nn；

S7：对每一个应变循环，根据U1=n1/N1，U2=n2/N2，U3=n3/N3，……，Un=nn/Nn计算疲劳使用系数， U1、U2、U3、……、Un均为疲劳使用系数；

S8：根据应变历程确定应变循环对应的应变率，从而得到合理的环境因素的影响系数F_en.i，利用公式M修正该管道疲劳计算周期内的疲劳使用系数，公式M为：；其中，U_en为考虑环境影响的疲劳使用系数，U_i为上述每一个应变循环产生的疲劳使用系数；

S9：输出计算周期内的修正后的疲劳使用系数，最终实现每隔一段时间输出监测位置的累积疲劳使用系数，输出随时间变化的累积疲劳使用系数曲线，用于评估监测位置的累积疲劳使用系数的变化趋势。

上述方法的设计原理为：在步骤S1至S3的过程是利用应变传感装置和应变采集器获取应变数据，在步骤S4至S8的过程是完成管道疲劳使用系数计算，利用应变数据和导热反问题方法计算得到应变历程，利用S6至S8的计算方法计算得到的计算周期内的修正后的疲劳使用系数；最后将累积疲劳使用系数，和随时间变化的累积疲劳使用系数曲线通过步骤S9输出显示。其总体过程为：通过应变采集器、应变传感装置获得应变数据，利用管道疲劳使用系数计算模块计算出计算周期内的修正后的疲劳使用系数；本方法在需要监测的管道位置布置应变传感装置，并且不影响管道的完整性，通过连接在应变传感装置上的应变采集器采集监测位置的应变数据，采集到的应变数据分别传输到主控室显示终端和管道疲劳使用系数计算模块（管道疲劳使用系数计算软件），通过计算模块计算得到的管道累积疲劳使用系数传输到主控室显示终端。

本发明的管道疲劳使用系数计算模块利用了反推管道内壁应变方法和雨流法计算应变幅值和循环次数，再根据预设的ε-N曲线计算疲劳使用系数，最后考虑环境对疲劳的影响，准确估算应变率，从而得到更合理的环境影响系数修正疲劳使用系数。该方法提供的监测装置不影响核级管道的完整性，提供的核级管道累积疲劳使用系数等监测数据可为核电厂的定期安全审查和延寿提供有力的数据支持。

优选的，所述应变传感装置选用耐高温高压、耐辐射环境的应变传感装置。

优选的，所述应变传感装置为应变片或应变计或应变传感器。

优选的，所述间隔时长为N秒，N为1至60范围内的任意正整数。

优选的，所述管道疲劳计算周期为1月或1个换料周期。

优选的，应变采集器采集的应变数据要输入到主控室显示终端，主控室显示终端实时输出应变数据随时间变化的曲线。

优选的，输出计算周期内的修正后的疲劳使用系数为疲劳使用系数U，在主控室显示终端实时输出疲劳使用系数U，当疲劳使用系数U达到预先指定的限值时，在终端报警。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：确定核级管道的监测位置；

S2：采用应变传感装置布置在监测位置的核级管道外表面；

S3：通过应变采集器采集应变传感装置的应变数据，通过间隔时长的方式对应变数据进行采集和记录；

S4：根据监测位置附近用于核电厂安全运行的温度、压力及流量监测设备的监测结果以及管道材料的性能参数，通过导热反问题方法计算监测位置内表面的应变值，从而得到监测位置内外表面的应变历程；

S5：确定管道疲劳计算周期；

S6：寻找应变峰值点和应变谷值点，并用雨流法进行应变组合，按照交变应变幅值大小排序，分别为ε1、ε2、ε3……、εn，并得到应变幅值对应的循环次数，分别为n1、n2、n3、……、nn；根据预设的ε-N曲线确定上述交变应变幅值允许的最大循环次数，分别为N1、N2、N3、……、Nn；

S7：对每一个应变循环，根据U1=n1/N1，U2=n2/N2，U3=n3/N3，……，Un=nn/Nn计算疲劳使用系数， U1、U2、U3、……、Un均为疲劳使用系数；

S8：根据应变历程确定应变循环对应的应变率，从而得到合理的环境因素的影响系数F_en.i，利用公式M修正该管道疲劳计算周期内的疲劳使用系数，公式M为：；其中，U_en为考虑环境影响的疲劳使用系数，U_i为上述每一个应变循环产生的疲劳使用系数；

S9：输出计算周期内的修正后的疲劳使用系数，最终实现每隔一段时间输出监测位置的累积疲劳使用系数，输出随时间变化的累积疲劳使用系数曲线，用于评估监测位置的累积疲劳使用系数的变化趋势。

2.根据权利要求1所述的一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：所述应变传感装置选用耐高温高压、耐辐射环境的应变传感装置。

3.根据权利要求1所述的一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：所述应变传感装置为应变片或应变计或应变传感器。

4.根据权利要求1所述的一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：所述间隔时长为N秒，N为1至60范围内的任意正整数。

5.根据权利要求1所述的一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：所述管道疲劳计算周期为1月或1个换料周期。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：应变采集器采集的应变数据要输入到主控室显示终端，主控室显示终端实时输出应变数据随时间变化的曲线。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法，其特征在于：输出计算周期内的修正后的疲劳使用系数为疲劳使用系数U，在主控室显示终端实时输出疲劳使用系数U，当疲劳使用系数U达到预先指定的限值时，在终端报警。