CN110930055A - 一种含缺陷管道破损安全期的评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含缺陷管道破损安全期的评估系统及方法。所述系统包括：计算程序，用于管道缺陷扩展分析计算以及含缺陷管道的最终评估等；系统数据库，用于保存运行参数、裂纹初始缺陷尺寸、关注管道部位的历史载荷谱、管部件几何参数、材料属性等数据；系统硬件，用于支撑上述计算程序和数据库的运行。本系统对核电厂管道缺陷危害潜在风险较大的管道回路进行跟踪监测，以获得含缺陷管道的承载状态，用于分析评估管道回路可安全运行的期限，同时可以完成时限老化分析评估(TLAA)；此外针对核电厂安全壳内含缺陷的高能管道，还可进行破裂排除的分析评估。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂运维监测技术领域，尤其涉及一种含缺陷管道破损安全期的评估系统及方法。
背景技术
在各种各样的工艺系统管道中，奥氏体不锈钢、合金钢和铁素体碳钢管道占了很大的比重，这些管道一旦发生泄漏或断裂，有可能导致灾难性事故。而工艺系统管道在制造、安装和运行中难免会出现缺陷。由于人力、财力、时间限制或其它原因，不可能对这些含缺陷的管道全部进行修复或更换，有时也不必要，一般运维的标准规范中可以允许工艺系统管道在有限的时间范围内带缺陷工作。比如核电厂运行维护标准中，就依据工艺系统管道的安全级别、管道材料、管道尺寸、假设的缺陷形貌等给出了其可以接受的最大缺陷尺寸。含缺陷管道在继续运行工作的过程中，其内含缺陷是可能会不断扩展的。导致缺陷扩展的机理有两个，一个是管道缺陷在疲劳载荷交替作用下而发生的疲劳扩展，另一个是管道缺陷在持续高拉应力、腐蚀环境与材料敏感特性共同作用下的应力腐蚀扩展，因此，现需设计一种含缺陷管道破损安全期的评估系统及方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种含缺陷管道破损安全期的评估系统及方法。
为了实现上述目的，一方面，本发明方案提供了一种含缺陷管道破损安全期的评估系统，包括：
一种含缺陷管道破损安全期的评估系统，其特征在于，包括：
计算程序：用于管道缺陷扩展分析计算以及含缺陷管道破损安全期的最终评估等。
系统数据库：用于保存运行数据、含缺陷管道分析信息、评估结果等数据。
系统硬件：包括至少一台系统服务器，至少一台网络交换机，用于提供程序计算、数据库运行的硬件支持。
优选的，所述的计算程序包括：
载荷谱计算模块，用于依据运行参数，计算含缺陷管道的历史载荷谱。
含缺陷管道时限老化及剩余寿命分析评估模块，用于根据历史载荷谱分两阶段完成时限老化分析评估，进而完成剩余寿命分析评估。
含缺陷管道破裂排除分析评估模块，用于根据时限老化及剩余寿命的评估结果，依据电厂安全壳内泄漏探测装置的探测能力，进行LBB界值曲线分析评估，以判断该管道是否可排除管道破裂事件的发生。
优选的，所述的系统数据库包括：
运行数据库，用于接收和存储含缺陷管道工艺运行状态的参数。
分析数据库，用于保存：1)管道几何及材料数据，如含缺陷管道的几何参数、各温度下的材料力学性能和热工参数、材料疲劳裂纹扩展曲线、缺陷评估初始尺寸、缺陷最大允许尺寸、管道LBB界值曲线的特征参数等；2)载荷数据，如含缺陷管道的历史载荷谱，以及基于历史载荷谱归纳总结的预期载荷的幅值和频率等；3)结果数据，如管道缺陷扩展分析计算结果、含缺陷管道破损安全期的最终评估结果等。
优选的，所述的系统硬件包括：
至少一台系统服务器，用于支持含缺陷管道破损安全期的评估系统运行。
至少一台网络交换机，用于建立含缺陷管道破损安全期的评估系统局域网，连接内部网络与外部网路，支持从电厂数据库(如运行维护数据库等)中获取运行数据。
另一方面，本发明方案还提供了一种含缺陷管道破损安全期的评估方法，包括以下步骤：
S1，历史载荷谱的计算；
S2，含缺陷管道时限老化及剩余寿命分析评估；
S3，含缺陷管道破裂排除分析评估。
优选的，所述的步骤S1包括子步骤：
S11，获取管道运行工艺参数；
S12，分析计算管道各部件的历史承载。
优选的，所述的步骤S2包括子步骤：
S21，确定缺陷(或可称裂纹)初始尺寸：可以使用无损探伤的方法，通过电厂役前检查或者定期的在役检查，检测所关注的管道部件是否有存在缺陷。若存在缺陷，则测出缺陷初始尺寸；若未发现缺陷，则缺陷初始尺寸为无损检测可以发现的最小缺陷尺寸；
S22，确定缺陷评估载荷：从分析数据库中读取管道各部件的历史载荷谱后，对其发生规律进行归纳分析与分类，得到各类载荷的历史发生次数、幅值和频率。在此基础上，通过分阶段加权算法可以预测后续可能发生载荷的次数、幅值和频率；同时包含设计瞬态对应的、但历史记录并未发生的设计瞬态导致的交变载荷及其对应设计后续可能的发生次数；并按照载荷幅值由高至低进行排列。
S23，开展含缺陷管道的TLAA分析，包含两个阶段：当前评估时间之前的扩展评估，以及当前评估时间至TLAA期末之间的缺陷扩展评估。当前评估时间之前的扩展评估以初始裂纹为起点，依据第S22步中的历史的载荷幅值、次数及其发生的时间顺序，进行缺陷扩展评估。当前评估时间至TLAA期末之间的缺陷扩展评估，以第一阶段的评估结果(即缺陷尺寸)作为起始点，根据第S22步中预测得到的第二阶段载荷，针对不同幅值的载荷以及所有可能发生的先后顺序排列组合，进行缺陷扩展计算，最终得到最不利的缺陷评估结果。裂纹扩展分析可以依据规范给出的Paris方程所描述的疲劳裂纹的扩展速率的关系式，也可以依据使用者通过试验验证并得到安审权威认可使用的疲劳裂纹扩展速率关系式，这些信息都可从分析数据库中获得。
S24,若第S23步中含缺陷的管道TLAA(时限老化分析评估)结果小于或等于其对应的最大容许缺陷尺寸时(或同时小于或等于管道壁厚乘以设计比例，即相对最大容许值设定一个安全裕量)，推算其可继续安全运行的时间期限，即剩余寿命。
优选的，所述的步骤S3包括子步骤：
S31,若含缺陷的管道TLAA(时限老化分析评估)结果大于其对应的最大容许缺陷尺寸时(或大于管道壁厚乘以设定比例)，可以选择进行LBB界值曲线分析评估，以判断该管道是否可排除管道破裂事件的发生。LBB即高能管道的破前漏分析技术，可避免假设管道的双端剪切断裂，并可确保反应堆的安全，又可省去一些不必要的设施，降低反应堆厂房布置的复杂程度和建造与维护费用。
S32，如果该管系能够满足LBB技术的应用准则时，且S23得到的最不利缺陷尺寸小于或等于设定的缺陷深度比例时，可选择继续运行到电厂泄漏探测系统探测到管理导则规定的最小不可识别泄漏量时再停堆实施修补或更换。这样通过引入LBB分析评估技术,在含缺陷管道的TLAA分析的基础上，为使用者综合考虑安全性与经济性以选择更长的使用期限提供了正确、合理、有效的评估方法。
S33，如果该管系不能够满足LBB技术的应用准则时，重新输入TLAA时间期限，执行S2，即利用迭代分析的方法计算该管道满足最大允许缺陷要求所对应的TLAA时间期限，如此迭代可以给出停堆实施修补或更换的预测时间。
本发明的有益效果：
本发明是在结构完整性评估的基础上，即针对疲劳累积损伤评估后结论是不能满足规范标准中可接受准则的部件，或已经探测出含缺陷的部件。本发明提供的系统可开展在指定期限内的管道缺陷扩展分析与可接受性评估，以及/或者保证管道安全运行的预期寿命评估。本系统不仅为管道疲劳分析超过允许值后的能无修补更换而继续安全运行提供了保障，而且还可以为电厂管道的时限老化分析与老化管理决策提供高效适用的技术工具。
附图说明
图1为本发明提出的一种含缺陷管道破损安全期的评估系统的框图。
图1中的符号说明如下：
a：代表管道表面缺陷的深度尺寸；
c：代表管道表面缺陷长度尺寸；
af：代表计算时域末缺陷深度方向的尺寸；
aallow：代表关注管道部位在预期最大载荷作用下可以允许含缺陷继续运行的最大尺寸；
Tpipe：代表关注管道部位的管道实际壁厚；
LBB：是核电厂高能管道破裂前先漏分析评估技术的英文缩写；
TLAA：是核电厂时限老化分析的英文缩写。
图2为本发明提出的一种含缺陷管道破损安全期的评估方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例提供了一种含缺陷管道破损安全期的评估系统，包括：
计算程序：用于管道缺陷扩展分析计算以及含缺陷管道破损安全期的最终评估等。
系统数据库：用于保存运行数据、含缺陷管道分析信息、评估结果等数据。
系统硬件：包括至少一台系统服务器，至少一台网络交换机，用于提供程序计算、数据库运行的硬件支持。
所述的计算程序包括：
载荷谱计算模块，用于依据运行参数，计算含缺陷管道的历史载荷谱。
含缺陷管道时限老化及剩余寿命分析评估模块，用于根据历史载荷谱分两阶段完成时限老化分析评估，进而完成剩余寿命分析评估。
含缺陷管道破裂排除分析评估模块，用于根据时限老化及剩余寿命的评估结果，依据电厂安全壳内泄漏探测装置的探测能力，进行LBB界值曲线分析评估，以判断该管道是否可排除管道破裂事件的发生。
所述的系统数据库包括：
运行数据库，用于接收和存储含缺陷管道工艺运行状态的参数。
分析数据库，用于保存：1)管道几何及材料数据，如含缺陷管道的几何参数、各温度下的材料力学性能和热工参数、材料疲劳裂纹扩展曲线、缺陷评估初始尺寸、缺陷最大允许尺寸、管道LBB界值曲线的特征参数等；2)载荷数据，如含缺陷管道的历史载荷谱，以及基于历史载荷谱归纳总结的预期载荷的幅值和频率等；3)结果数据，如管道缺陷扩展分析计算结果、含缺陷管道破损安全期的最终评估结果等。
所述的系统硬件包括：
至少一台系统服务器，用于支持含缺陷管道破损安全期的评估系统运行。
至少一台网络交换机，用于建立含缺陷管道破损安全期的评估系统局域网，连接内部网络与外部网路，支持从电厂数据库(如运行维护数据库等)中获取运行数据。
此外，本发明实施列还提供了一种含缺陷管道破损安全期的评估方法，包括以下步骤：
S1，历史载荷谱的计算；
S2，含缺陷管道时限老化及剩余寿命分析评估；
S3，含缺陷管道破裂排除分析评估。
所述的步骤S1包括子步骤：
S11，获取管道运行工艺参数；
S12，分析计算管道各部件的历史承载。
所述的步骤S2包括子步骤：
S21，确定缺陷(或可称裂纹)初始尺寸：可以使用无损探伤的方法，通过电厂役前检查或者定期的在役检查，检测所关注的管道部件是否有存在缺陷。若存在缺陷，则测出缺陷初始尺寸；若未发现缺陷，则缺陷初始尺寸为无损检测可以发现的最小缺陷尺寸；
S22，确定缺陷评估载荷：从分析数据库中读取管道各部件的历史载荷谱后，对其发生规律进行归纳分析与分类，得到各类载荷的历史发生次数、幅值和频率。在此基础上，通过分阶段加权算法可以预测后续可能发生载荷的次数、幅值和频率；同时包含设计瞬态对应的、但历史记录并未发生的设计瞬态导致的交变载荷及其对应设计后续可能的发生次数；并按照载荷幅值由高至低进行排列。
S23，开展含缺陷管道的TLAA分析，包含两个阶段：当前评估时间之前的扩展评估，以及当前评估时间至TLAA期末之间的缺陷扩展评估。当前评估时间之前的扩展评估以初始裂纹为起点，依据第S22步中的历史的载荷幅值、次数及其发生的时间顺序，进行缺陷扩展评估。当前评估时间至TLAA期末之间的缺陷扩展评估，以第一阶段的评估结果(即缺陷尺寸)作为起始点，根据第S22步中预测得到的第二阶段载荷，针对不同幅值的载荷以及所有可能发生的先后顺序排列组合，进行缺陷扩展计算，最终得到最不利的缺陷评估结果。裂纹扩展分析可以依据规范给出的Paris方程所描述的疲劳裂纹的扩展速率的关系式，也可以依据使用者通过试验验证并得到安审权威认可使用的疲劳裂纹扩展速率关系式，这些信息都可从分析数据库中获得。
S24,若第S23步中含缺陷的管道TLAA(时限老化分析评估)结果小于或等于其对应的最大容许缺陷尺寸时(或同时小于或等于管道壁厚乘以设定比例，即相对最大容许值设定一个安全裕量)，推算其可继续安全运行的时间期限，即剩余寿命。
所述的步骤S3包括子步骤：
S31,若含缺陷的管道TLAA(时限老化分析评估)结果大于其对应的最大容许缺陷尺寸时(或者大于管道壁厚乘以设定比例)，可以选择进行LBB界值曲线分析评估，以判断该管道是否可排除管道破裂事件的发生。LBB即高能管道的破前漏分析技术，可避免假设管道的双端剪切断裂，并可确保反应堆的安全，又可省去一些不必要的设施，降低反应堆厂房布置的复杂程度和建造与维护费用。
S32，如果该管系能够满足LBB技术的应用准则时，且S23得到的最不利缺陷尺寸小于设定的缺陷深度比例时，可选择继续运行到电厂泄漏探测系统探测到管理导则规定的最小不可识别泄漏量时再停堆实施修补或更换。这样通过引入LBB分析评估技术,在含缺陷管道的TLAA分析的基础上，为使用者综合考虑安全性与经济性以选择更长的使用期限提供了正确、合理、有效的评估方法。
S33，如果该管系不能够满足LBB技术的应用准则时，重新输入TLAA时间期限，执行S2，即利用迭代分析的方法计算该管道满足最大允许缺陷要求所对应的TLAA时间期限，如此迭代可以给出停堆实施修补或更换的预测时间。
本发明即针对疲劳累积损伤评估后结论是不能满足规范标准中可接受准则的管道，或探测出含缺陷的管道，依据前期监测的结果，进而对该管道开展管道缺陷的运行扩展分析评估以及LBB界值曲线分析评估(如果该管系为核电厂安全壳内150mm及以上的高能管道，主给水管道除外)，该系统为疲劳累积损伤评估结果超限后的管道或探测出含缺陷的管道的处理提供了另一种选择，即当含缺陷的管道TLAA(时限老化分析评估)结果小于或等于继续运行的最大容许缺陷尺寸时，该管道可以不必立即更换，而可以继续使用到TLAA依据的时间期限末。此外，如果该管系能够满足LBB技术的应用准则时，最极端的选择是，该管道可以运行到探测到管理导则规定的最小不可识别泄漏量时再停堆实施修补或更换。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种含缺陷管道破损安全期的评估系统，其特征在于，包括：
计算程序：用于管道缺陷扩展分析计算以及含缺陷管道破损安全期的最终评估等。
系统数据库：用于保存运行数据、含缺陷管道分析信息、评估结果等数据。
系统硬件：包括至少一台系统服务器，至少一台网络交换机，用于提供程序计算、数据库运行的硬件支持。
2.如权利要求1所述的含缺陷管道破损安全期的评估系统，其特征在于，所述的计算程序包括：
载荷谱计算模块，用于依据运行参数，计算含缺陷管道的历史载荷谱。
含缺陷管道时限老化及剩余寿命分析评估模块，用于根据历史载荷谱分两阶段完成时限老化分析评估，进而完成剩余寿命分析评估。
含缺陷管道破裂排除分析评估模块，用于根据时限老化及剩余寿命的评估结果，依据电厂安全壳内泄漏探测装置的探测能力，进行LBB界值曲线分析评估，以判断该管道是否可排除管道破裂事件的发生。
3.如权利要求1所述的含缺陷管道破损安全期的评估系统，其特征在于，所述的系统数据库包括：
运行数据库，用于接收和存储含缺陷管道工艺运行状态的参数。
分析数据库，用于保存：1)管道几何及材料数据，如含缺陷管道的几何参数、各温度下的材料力学性能和热工参数、材料疲劳裂纹扩展曲线、缺陷评估初始尺寸、缺陷最大允许尺寸、管道LBB界值曲线的特征参数等；2)载荷数据，如含缺陷管道的历史载荷谱，以及基于历史载荷谱归纳总结的预期载荷的幅值和频率等；3)结果数据，如管道缺陷扩展分析计算结果、含缺陷管道破损安全期的最终评估结果等。
4.如权利要求1所述的含缺陷管道破损安全期的评估系统，其特征在于，所述的系统硬件包括：
至少一台系统服务器，用于支持含缺陷管道破损安全期的评估系统运行。
至少一台网络交换机，用于建立含缺陷管道破损安全期的评估系统局域网，连接内部网络与外部网路，支持从电厂数据库(如运行维护数据库等)中获取运行数据。
5.一种含缺陷管道破损安全期的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，历史载荷谱的计算；
S2，含缺陷管道时限老化及剩余寿命分析评估；
S3，含缺陷管道破裂排除分析评估。
6.如权利要求5所述的含缺陷管道破损安全期的评估方法，其特征在于，所述的步骤S1包括子步骤：
S11，获取管道运行工艺参数；
S12，分析计算管道各部件的历史承载。
7.如权利要求5所述的含缺陷管道破损安全期的评估方法，其特征在于，所述的步骤S2包括子步骤：
S21，确定缺陷(或可称裂纹)初始尺寸：可以使用无损探伤的方法，通过电厂役前检查或者定期的在役检查，检测所关注的管道部件是否有存在缺陷。若存在缺陷，则测出缺陷初始尺寸；若未发现缺陷，则缺陷初始尺寸为无损检测可以发现的最小缺陷尺寸；
S22，确定缺陷评估载荷：从分析数据库中读取管道各部件的历史载荷谱后，对其发生规律进行归纳分析与分类，得到各类载荷的历史发生次数、幅值和频率。在此基础上，通过分阶段加权算法可以预测后续可能发生载荷的次数、幅值和频率；同时包含设计瞬态对应的、但历史记录并未发生的设计瞬态导致的交变载荷及其对应设计后续可能的发生次数；并按照载荷幅值由高至低进行排列。
S23，开展含缺陷管道的TLAA分析，包含两个阶段：当前评估时间之前的扩展评估，以及当前评估时间至TLAA期末之间的缺陷扩展评估。当前评估时间之前的扩展评估以初始裂纹为起点，依据第S22步中的历史的载荷幅值、次数及其发生的时间顺序，进行缺陷扩展评估。当前评估时间至TLAA期末之间的缺陷扩展评估，以第一阶段的评估结果(即缺陷尺寸)作为起始点，根据第S22步中预测得到的第二阶段载荷，针对不同幅值的载荷以及所有可能发生的先后顺序排列组合，进行缺陷扩展计算，最终得到最不利的缺陷评估结果。裂纹扩展分析可以依据规范给出的Paris方程所描述的疲劳裂纹的扩展速率的关系式，也可以依据使用者通过试验验证并得到安审权威认可使用的疲劳裂纹扩展速率关系式，这些信息都可从分析数据库中获得。
S24,若第S23步中含缺陷的管道TLAA(时限老化分析评估)结果小于或等于其对应的最大容许缺陷尺寸时(或同时小于或等于管道壁厚乘以设定比例，即相对最大容许值设定一个安全裕量)，推算其可继续安全运行的时间期限，即剩余寿命。
8.如权利要求5所述的含缺陷管道破损安全期的评估方法，其特征在于，所述的步骤S3包括子步骤：
S31,若含缺陷的管道TLAA(时限老化分析评估)结果大于其对应的最大容许缺陷尺寸时(或者大于管道壁厚乘以设定比例)，可以选择进行LBB界值曲线分析评估，以判断该管道是否可排除管道破裂事件的发生。LBB即高能管道的破前漏分析技术，可避免假设管道的双端剪切断裂，并可确保反应堆的安全，又可省去一些不必要的设施，降低反应堆厂房布置的复杂程度和建造与维护费用。
S32，如果该管系能够满足LBB技术的应用准则时，即满足LBB界值曲线评估要求，且S23得到的最不利缺陷尺寸小于设定的缺陷深度比例时，可选择继续运行到电厂泄漏探测系统探测到管理导则规定的最小不可识别泄漏量时再停堆实施修补或更换。这样通过引入LBB分析评估技术,在含缺陷管道的TLAA分析的基础上，为使用者综合考虑安全性与经济性以选择更长的使用期限提供了正确、合理、有效的评估方法。
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