JP6886563B2 - 熱交換器のファウリングを評価する方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、チューブ状熱交換器のチューブの検査の分野に関する。より正確には、本発明は、チューブ状熱交換器のスペーサプレートの通路のファウリングを評価する方法に関するものであり、前記通路は、チューブに沿って配置され、前記プレートを通る前記熱交換器内の流体の循環を補助する。

蒸気発生器は、一般に、高温の流体が循環し、加熱される流体がその周囲を循環するチューブの束から構成される。例えば、ＰＷＲ型の原子力発電所の蒸気発生器の場合、蒸気発生器は、核反応から生じる一次回路のエネルギを利用して、二次回路からの水を蒸気に変換し、それをタービンに供給し、結果として発電する熱交換器である。

蒸気発生器は、一次水の熱を利用することによって、液体の水の状態からまさに飽和点の蒸気状態に二次流体を導く。一次水は、その周りを二次水が循環するチューブの中を循環する。蒸気発生器の出口は、温度及び圧力の二次回路の最高点である。

したがって、２つの回路を物理的に分離する交換表面は、モデルによれば、３５００〜５６００本のチューブからなるチューブ状の束で構成され、この中で一次水が高温（３２０℃）と高圧（１５５ｂａｒ）になる。

図１ａ〜１ｂは、各々蒸気発生器の例を分解透視図及び断面で示す。これは、その中で一次回路の水が（入口１４から出口１５へ向かって）排他的に循環する加熱ボディ２０（「ライザ」と呼ばれる）と、発生した水蒸気で満たされた蒸気ゾーン２５（「ドーム」と呼ばれる）の２つの部分に分けられる。二次回路の液体の水は、加熱ゾーン２０の頂点で入口２１を介して流入する。

このように構成されると、一次回路と二次回路との間の熱交換は、「逆Ｕ」内の複数のチューブ１１を介して加熱ゾーン２０内で行われる。前記チューブ１１は、蒸気発生器の下部に固定されたタイロッドによって固定されたスペーサプレート１０によって適所に保持される。

蒸気発生器のモデルは、概して、８つ又は９つのスペーサプレート１０を含み、このような発生器の全高は、２０メートルのオーダーである。

二次回路からの水は、まず、蒸気発生器の外部包絡線と内部包絡線との間に残された空間によって画定される環状の外部空間２２（「下降管」と呼ばれる）内の下降経路をたどり、熱交換の座はチューブ１１の束を構成する。

ホットレッグとは、水が上がっているチューブの枝で構成される加熱ゾーン２０の半分（図１ｂの右側）を指し、コールドレッグは、水が下がっているチューブの枝で構成される半分（図１ｂの左側）を指す。加熱ゾーン２０内を循環する二次回路からの水は、上昇するにつれて蒸気品質が増加することがわかる。

加熱ゾーン２０における水のこの上昇循環を駆動する運動の力は、環状空間の下降水柱と加熱ゾーン２０における二相状態の上昇水柱との間の体積質量の差に起因する。これは自然な熱サイフォン作用である。

一次回路の冷水は、蒸気発生器から出口１５を通って排出される。生成された水蒸気は、蒸気ゾーン２５の頂点にある二次回路の出口２３を通って流出する。このゾーンの内側では、蒸発していない水は、乾燥フレーム２４と呼ばれる回収装置によって回収され、下降管２２に戻る。

蒸気発生器のチューブ１１に戻るために、説明されるように、チューブは、それらを通過するチューブに略垂直に配置されたスペーサプレート１０によって保持される。

蒸発する上昇流体が通過することを可能にするために、これらのスペーサプレート１０の通路は分岐され、すなわち、それらの形態はチューブの周囲にローブを提供する。水が液体状態から水蒸気状態に移行するにつれて、それが含有するすべての物質（典型的には酸化物）を堆積させる。物質の堆積物がローブの中に形成されると自由通路が減少する：それはファウリングであり、したがって、水／水蒸気混合物の通過を意図した孔の、堆積物による、進行性の閉塞になる。

図２は、チューブ１１が通過するスペーサプレート１０内の分岐通路の平面図を概略的に示す。ローブ１２ａ及び１２ｂは、水がチューブ１１に沿ってスペーサプレート１０を通過することを可能にし、このようにして蒸気発生器内の水の循環を可能にする。堆積物１３は、ローブ１２ｂのレベルで見ることができ、前記ローブ１２ｂを詰まらせる。堆積物は、チューブの側面及び／又はプレートの側面にあることができる。

ファウリングは、蒸気発生器内の水の流れを変化させ、このようにして、チューブ内の過剰な振動の出現を助長し、蒸気発生器の内部構造に多大な機械的力を発生させる。具体的には、ファウリングにより生じる４つのリスクが特定されている：
− 速度場の摂動は、チューブ１１の完全性を危うくする振動不安定性を引き起こすことがある；
− 非常に高速な出力過渡変動の間、圧力及び温度の振動が現れ、原子炉の炉心に反響することがある；
− スペーサプレート１０上の荷重の局所的増加が、それらを所定の位置に保持するタイロッドを破断させることがある；
− 再循環速度、したがって、蒸気発生器の水塊の低下は、水供給の喪失後に残留熱を取り出す能力を低下させることがある。

したがって、この劣化は、施設の安全性と性能の両方に影響を及ぼす。したがって、この劣化の本質と進化を十分に理解することが不可欠である。

これらの堆積物、特にファウリングを生じる酸化物を減少させるために化学的洗浄プロセスを用いてスペーサプレートを洗浄することがよく知られている。これらのプロセスは、蒸気発生器の二次回路に化学試薬を注入し、これらの堆積物を破壊し溶解させることからなる。

しかし、注入されることになる試薬の量は、蒸気発生器に存在する酸化物の量に依存し、洗浄方式から生じる処理されることになる廃液の量を条件とする。これらの廃液は、当局によって課される制限のために、事業者が受ける追加の不利益の原因となる。蒸気発生器における酸化物の堆積物の量の評価は、次いで、そのような洗浄方式の周期性を最適に決定する。

その結果、分岐した通路を汚染する堆積物の存在及び進化を、可能な限り信頼性をもって監視することが、先に必要である。しかし、ファウリングの診断の主な課題は、蒸気発生器内部へのアクセスの困難さと内部センサの欠如に起因する。

このため、維持のための停止の間に、ビデオ（カメラを取り付けたロボット）又は軸方向渦電流プローブのいずれかにより、ファウリングの推定が行われる。これは、現在、蒸気発生器のすべてのチューブ／スペーサプレート交差部にアクセスできる唯一の非破壊検査システムである。

磁束が近傍で変化すると、渦電流が導電性材料に現れる。多周波数渦電流プローブは、前記交換器のチューブ内を循環するように作られ、測定信号は、前記プローブが配置された環境に応じてチューブと共に測定され、熱交換器内の異常に関する情報を抽出することができる。

典型的には交流電流が循環するコイルを介する磁気誘導の変化が渦電流を発生させ、磁場の変化が検出される。典型的には、コイルのインピーダンスの変化によって生じる電圧の差が測定される。

この渦電流プローブの測定信号を利用することは、この渦電流プローブが、特に蒸気発生器のチューブの完全性を検査するために、停止中に既に利用されているので、蒸気発生器のダウンタイムを延長させることにはならない。この渦電流プローブは、初めはチューブの損傷を検出することを意図しているが、ファウリングにも敏感である。

しかし、これらの方法は侵入的であり、その実現のために物資と人的資源の動員を必要とするという欠点がある。実際、プローブの信号の解釈は、現在、専門のオペレータによって手動で行われ、これは、非常に長く、１つの蒸気発生器の解析に対して約１週間のオーダーの処理である。また、分析ソフトウェアから測定値を記録するためのオペレータによる介入は、しばしば、定量化が困難なバイアスを生じる。

また、測定信号は較正されておらず、ノイズが多いため、その利用は困難である。

測定信号のオペレータによる分岐通路の汚れた様相の評価もまた、一般に、受信された信号と、例えばビデオ検査による、既存の状態の他の通路に対応する他の信号との比較とに照らして、経験的に行われるものであり、あまり信頼性がない。

この観察に基づいて、蒸気発生器の水のレベルを測定することを意図したセンサを用いた「動的ＮＧＬ」（特に“Diagnosis of fouling of steam generators by means of physical and statistical models”、S. Girard, Thesis of the National Advanced School for Mines of Paris, December 2012.）として知られる方法が提案されている。

水のレベルの用語は、適切な意味では、「タンク」、すなわち、下降管２２の上部にある二次回路からの水の到達空間においてのみ適用される。実際、ライザ２０内の蒸気は、自由表面によって液体水から分離されず、そこを循環する流体は混合物であり、その程度は徐々に増加する。

タンク内のレベルは、制御指令システムによって監視され、調整される。過度に低いレベルは、蒸気発生器による熱の除去が不十分であるため、炉心での蒸発の開始のリスクがある。逆に、過剰なレベルは、蒸気の相当な湿度を引き起こし、これはタービンを損傷することがある。

レベルは、異なる側面に位置する２つの孔の事例間の圧力差から推定される。したがって、測定は、とりわけ、流体の容積質量の変動によって影響される。また、これは、下降管２２における寄生負荷における損失及び流れの不均一性にも敏感である。

図３を参照すると、センサ３１、３２、３３が、蒸気発生器の３つの高さに設置される。第１のセンサ３１は、蒸気発生器の底部における二次回路、すなわち上昇部の前の「ターン」における下降管２２内の圧力を測定する。第２のセンサ３２は、タンクの底部（ライザ２０の頂点）における、すなわち、水流入のレベル付近の、二次回路内の圧力を測定する。第３のセンサ３３は、ドーム２５の頂点（蒸気出口点２３に向かう、蒸気発生器の頂点）における二次回路内の圧力を測定する。

「狭いレンジレベル」（ＮＧＥ、“Niveau de gamme e’troite”）は、二次回路からの水量を制御するために使用される。それは、第２のセンサ３２と第３のセンサ３３との間の圧力の差から推定される。測定を中断させる可能性のある非常に速い過渡現象、例えば偶発的な減圧の場合を除いて、狭いレンジレベルは一定に保たれる。

「広いレンジレベル」（ＮＧＬ、“Niveau de gamme large”）自体は、第１のセンサ３１と第３のセンサ３３との間の圧力の差から推定される。したがって、二次回路の水の温度及び流量、ならびに再循環速度にはるかに敏感である。これは、特に低負荷での手動操作の助けとして、ゆっくりと変化するフェーズの間のみ、レベルを監視するために使用される。より速い過渡現象の間、ＮＧＬを測定することは、動圧に過度に影響されるため、もはやレベルを示すものではない。ファウリングの診断を可能にするのはこの効果である。

定常出力フェーズでは速度は一定である。ファウリングの存在は、水の通路の断面を減少させるので、ライザ２０内の水の通過の抵抗を高め、蒸気の流れを減少させ、その結果、再循環ループ内の速度を減少させ、従って、下降管２２内の負荷損失が、測定ＮＧＬの値を増加させる。この測定値は、絶対値ではなく、ファウリングの存在傾向の指示を与える。

上述の文献は、ファウリングの存在量を理解することが、出力過渡現象を実行すること、すなわち、蒸気発生器の熱水力学における変更が、ファウリングの存在の有無によってさらに対照的であるので、動的に実施することが有利であることを示している。

この原理は、異なるファウリング状態に対する出力過渡現象の間の、モデルからの、ＮＧＬの応答を動的にシミュレートし、得られた曲線の応答を、かなり類似した出力低下プロファイルに従って実行された実過渡現象の間に記録されたセンサによって記録された測定値と比較することである。

このような過渡現象は、例えば、原子炉の出力の制御クラスタの分析較正時に、該クラスタの中性子吸収能力の計量、すなわち、原子炉の炉心における核分裂反応の起源における中性子の吸収能力の計量が行われる分析時に生じるという利点を有する。

この計量は、クラスタが反応器のコアに順次挿入され、前もって固定されたプロファイル、典型的には１０分間の５０％の低下に従って出力を低下させる標準化されたアッセイ（分析）プロトコルに従って行われる。これらのアッセイは、時間が経つにつれて十分に近づくという付加的な利点を有する。

物理モデルと統計モデルの使用により、蒸気発生器において１０年間にわたって行われたＮＧＬ測定の応答曲線の形で、どのような形でそのファウリングの状態が明らかになったかを示すことができた。

もう一つのアプローチは、モデルに応じて興味深いと思われるファウリングの様々な構成に対してＮＧＬ応答プロファイルを選択し、プロファイルを比較することであり、これは選択されたプロファイルの診断法である。

９００ＭＷユニットでの少数のアッセイから有望と思われる「動的ＮＧＬ」法によって得られた結果は、より高い出力レベル、１３００ＭＷ、１４００ＭＷなどのユニットでのそれらの適用可能性の限界を見出した。

「動的ＮＧＬ」法の主な欠点は、急速な出力降下又は増加の過渡現象に直面する下降管２２の水のレベルの実質的な変動に対する感度に関係する。これらのかなりの変動は、これらの過渡現象における蒸気発生器の水のレベルの変動を効率的に補正するための調節の困難さに起因する。

これらの制限のために、「動的ＮＧＬ」のこの方法の適用は、ファウリングの適切なモニタリングを許さない。

特に安全上の重大な問題に照らして、より効果的で、より信頼性が高く、より一般的なチューブ状熱交換器のスペーサプレートの通路のファウリングを評価するための新規な方法を有することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、チューブ状熱交換器のスペーサプレートの通路のファウリングを評価する方法が提案されており、前記通路は、流体がスペーサプレートを通過するようにチューブに沿って配置され、
− 第１の圧力センサが熱交換器の低い高さに配置され；
− 第２の圧力センサが熱交換器の中間の高さに配置され；
− 第３の圧力センサが熱交換器の高い高さに配置され；
方法は、データ処理ユニットによって次のステップを実行することを含む：
（ａ）熱交換器の過渡運転フェーズの間の、第１及び第３の圧力センサの測定値からの、広いレンジレベルＮＧＬの時間に渡る値、及び、第２及び第３の圧力センサの測定値からの、狭いレンジレベルＮＧＥの時間に渡る値の決定；
（ｂ）ＮＧＬ及びＮＧＥの値からの、蒸気レンジレベル偏差ΔＮＧＶの時間に渡る値の決定であって、蒸気レンジレベル偏差は、自由水面の変動を示す成分が熱交換器においてフィルタリングされた広いレンジレベルに対応する、決定；
（ｃ）ΔＮＧＶの決定値と、熱交換器の前記過渡運転フェーズに対する基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットとの比較であって、各基準プロファイルΔＮＧＶｉは、決定値ΔＮＧＶに最も近い、熱交換器の前記過渡運転フェーズに対する基準プロファイルΔＮＧＶ_iの中の目標基準プロファイルΔＮＧＶ_ｏｐｔを識別するように、ファウリングのレベルに関連付けられる、比較。
（ｄ）識別された目標基準プロファイルΔＮＧＶ_ｏｐｔに関連付けられるファウリングのレベルのインタフェース上での復元。

この方法は、有利には、単独で又はそれらの技術的に可能な組み合わせのいずれかで、以下の特徴によって完了される：
・ 熱交換器は、加熱ゾーンと、加熱ゾーンよりも高い高さに配置された蒸気ゾーンとを有する蒸気発生器であり、チューブは、加熱ゾーン内でのみ延びている；
・ 第１の圧力センサは、加熱ゾーンの底部に実質的に配置され、第２の圧力センサは、加熱ゾーンの頂部に実質的に配置され、第３の圧力センサは、蒸気ゾーンの頂部に実質的に配置される；
・ ΔＮＧＶの時間に渡る値は、式ΔＮＧＶ＝ＮＧＬ−ＮＧＥによって、ＮＧＬ及びＮＧＥの値から決定される；
・ ファウリングのレベルは０から１の間で表されるファウリングのレートである；
・ 本方法は、熱交換器の過渡運転フェーズの間の基準プロファイルΔＮＧＶ_iの前記セットの生成のための事前のステップ（ａ０）を含む；
・ ステップ（ａ０）は、第１レベルのファウリングに対する熱交換器の過渡運転フェーズの間の第１基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌlow}及び第１レベルのファウリングに対する熱交換器の過渡運転フェーズの間の第２基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌhigh}を得るために、第１レベルの既知のファウリング及び第１レベルのファウリングより大きい第２レベルの既知のファウリングにそれぞれ関連付けられる少なくとも２つの前記過渡運転フェーズの間の前記熱交換器に類似した基準熱交換器に対するステップ（ａ）及び（ｂ）を実行することを含み、熱交換器の前記過渡運転フェーズの間の他の基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、第１及び第２基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌlow}及びΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌhigh}から計算される。
・ 他の基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、式

を用いることにより第１及び第２基準プロファイル

及び

から計算される。
・ 検討されるファウリングの各レベルについて、ステップ（ａ０）は、前記ファウリングのレベルに対する熱交換器の前記過渡運転フェーズの間に、少なくとも３つの実プロファイルΔＮＧＶ_rを得るために、前記ファウリングのレベルに関連付けられる前記過渡運転フェーズの少なくとも３つの発生の間に、前記熱交換器に類似する前記基準熱交換器に対するステップ（ａ）及び（ｂ）を実行することを含み、前記ファウリングのレベルに対する熱交換器の前記過渡運転フェーズの間に、基準プロファイルΔＮＧＶ_iを得ることは、実プロファイルΔＮＧＶ_ｒの平均を、その後所与の関数によって前記平均の近似を計算することを含む。

第２の態様の装置は、本発明の第１の態様による方法を実行するように構成された、第１の圧力センサ、第２の圧力センサ、及び第３の圧力センサに接続されたデータ処理ユニットを有することが提案されている。

第３の態様によれば、第２の態様による装置及びチューブ状熱交換器のセットが提案され、
− 第１の圧力センサは、熱交換器の低い高さに配置され；
− 第２の圧力センサは、熱交換器の中間の高さに配置され；
− 第３の圧力センサは、熱交換器の高い高さに配置される。

本発明はまた、プログラムがコンピュータで実行されるとき、本発明の第１の態様による方法のステップを実行するためのプログラムコード命令を備えるコンピュータプログラム製品に関する。

本発明の他の特徴、目的、及び利点は、純粋に例示的かつ限定するものではなく、添付の図面に関して考慮されなければならない以下の説明から明らかになるであろう：

２つの図に従い、既にコメントされているが、蒸気発生器タイプの熱交換器を概略的に示す。 ２つの図に従い、既にコメントされているが、蒸気発生器タイプの熱交換器を概略的に示す。 既にコメントされているが、平面図で、蒸気発生器の現在の構成に従って、チューブが通過するスペーサプレートの分岐した通路を示す。 すでにコメントされているが、図１ａ〜１ｂの蒸気発生器の計装を概略的に示す。 本方法を実行するためのアーキテクチャを示す。 ファウリングを評価する方法のブロック図である。 信号ΔＮＧＶ及びＮＧＬのそれぞれの例を示す。 信号ΔＮＧＶ及びＮＧＬのそれぞれの例を示す。 基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットを得るために使用される信号のレートを示す。 基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットを得るために使用される信号のレートを示す。 基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットを得るために使用される信号のレートを示す。

アーキテクチャ

図４を参照すると、チューブ状熱交換器１１のスペーサプレート１０の通路のファウリングを評価するための方法が提案されており、前記通路１２ａ、１２ｂは、流体がスペーサプレート１０を通過するようにチューブ１１に沿って配置されている。

チューブ状熱交換器は、好ましくは、導入部に記載したタイプの蒸気発生器である。

この方法は、動的ＮＧＬ技術の改良であり、第１、第２及び第３の圧力センサ３１、３２、３３から来る圧力測定値を利用する。

概して：
− 第１のセンサ３１は、熱交換器の低い高さにある；
− 第２のセンサ３２は、熱交換器の中間の高さにある；
− 第３のセンサ３３は、熱交換器の高い高さにある。

チューブ１１及び蒸気ゾーン２５が加熱ゾーンの上方に延びる加熱ゾーン２０を有する蒸気発生器が与えられた場合、好ましくは（「高」及び「低」は高さに関して述べる）：
− 第１のセンサ３１は、実質的に加熱ゾーン２０の底部（下降管２２の下部）に配置される；
− 第２のセンサ３２は、実質的に加熱ゾーン２０の頂部（すなわち、実質的に蒸気ゾーン２０の底部）に配置される；
− 第３のセンサ３３は、実質的に蒸気ゾーン２５の頂部に配置される。

本方法は、関連する圧力の測定値を有するように、圧力センサ３１、３２、３３に接続された装置、例えばサーバの処理ユニット１（例えば、１つ又は複数のプロセッサ）によって実行される。

装置は、データを記憶するためのメモリ２（例えば、ハードドライブ）と、オペレータと対話するためのインタフェース３とを有することができる。

デルタＮＧＶ

蒸気発生器底部の圧力の式は、次のように表されることができる：

Ｐｄｃ：下降管における基準負荷の損失
Ｐ_ｂａｓ：第１のセンサ３１のレベルで測定された圧力
Ｐ_ｄｏｍｅ：第３のセンサ３３のレベルで測定された圧力
ρ_{ｄｏｗｎｃｏｍｅｒ}：体積基準質量
ｚ_{ｓｕｒｆａｃｅ}：第１のセンサ３１の高さに対する水面の高さ（すなわち水のレベル）を指す。

説明したように、ファウリングは、水の通過断面を減少させるので、ライザ２０内の水の通過抵抗を増加させ、蒸気の流れを、その結果、再循環ループ内の流れを減少させ、従って、下降管２２内の負荷Ｐｄｃを損失させ、Ｐ_ｄｏｍｅの値を低下させる。

蒸気発生器の交換される出力の変動、すなわち、加熱ゾーン２０内の相変化（冷却時の液化又は出力増加時の蒸発）は、激しい熱水力学的過渡現象を発生させる。これらの過渡現象は、蒸気ゾーン２５のベース（すなわち、第２の圧力センサ３２のレベル）の圧力に強く作用し、下降管流量に敏感であり、蒸気ゾーン２３の頂点（すなわち、第３の圧力センサ３３のレベル）の圧力にも強く作用し、その結果、特に、ファウリングに直接関連付けられる蒸気発生器の内部負荷の損失の認定に適合する。

しかし、加熱ゾーン２０のベースにおける（すなわち、第１の圧力センサ３１のレベルにおける）圧力測定もまた、発生器内の水の自由表面の高度測定を表す。この水位は、蒸気発生器の挙動を表すものではなく、水質規制のみを示すものである。その結果、その変動は、第１の圧力センサ３１の低圧信号の解釈を実質的に複雑にする。

ＮＧＥは、従来、蒸気発生器の水位を（１ｍの範囲で）微調整するために運転時に使用され、設置時の公称運転時に蒸気発生器の水道水入口バルブを制御する。当業者にとってよく知られているように、ＮＧＥは、第２のセンサと第３のセンサ３３の圧力測定値の間の差の関数である。

ＮＧＬ自体は、プラント起動時、停止時、異常運転状況（第２圧力センサ３２が脱水されている時）の蒸気発生器の水のレベルを（１５ｍ超の範囲で）監視する。

本方法は、ＮＧＥ（蒸気発生器の実際の水のレベルの明確な指標を提供する）及びＮＧＬ（水のレベルの変動に、下降管の水の体積質量を介した流量及び温度の変動に敏感である）のそれぞれの感度を使用するΔＮＧＶ（デルタＮＧＶ、「蒸気レンジレベル偏差」、フランス語で“e’cart de niveau gamme vapeur”）と呼ばれる新しい指標を使用し、ファウリングによって影響を受ける大きさを特に標的とする指標を構築する。

ΔＮＧＶは、自由表面の変動（ＮＧＥ測定によって示された）による成分がフィルタリングされたＮＧＬに基づいており、それは次にＮＧＬを修正するが、これはこれまでのところ、ファウリングの効果的な特性評価には不十分である。実際には、この変動は実際には蒸気発生器のファウリングとは相関しておらず、ＡＲＥ規制の実施にのみ関連している。

この指標は、好ましくは式ΔＮＧＶ＝ＮＧＬ−ＮＧＥにより、ＮＧＬ及びＮＧＥの値から決定される。

値ΔＮＧＶ、ＮＧＬ及びＮＧＥは、有利にはｍＣＥ（水柱メーター）、圧力単位（バール、パスカルなど）又は最大レベルに対するパーセンテージで表される。

図６ａ及び図６ｂから明らかなように、ＧＶにおける実際のレベルの変動の兆候であるＮＧＬ信号の２／３で観察可能な「バンプ」は、ΔＮＧＶ信号上で完全にフィルタリングされる。

プロセス

図５を参照すると、この方法は、説明されるように、熱交換器の過渡運転フェーズ中の、第１及び第３の圧力センサ３１、３３の測定から、広い範囲レベルＮＧＬの時間に渡る値及び第２及び第３の圧力センサ３１、３３の測定から、狭い範囲レベルＮＧＥの時間に渡る値の、データ処理ユニット１による決定のためのステップ（ａ）によって、開始される。

一般に、「過渡運転フェーズ」とは、熱交換器にもたらされる熱エネルギのレベルが変動する動的フェーズを意味する。過渡運転フェーズは、その動力学を把握するために、アクティブ電力（ＡＥＰ）の関連値によって定義することができる。

前記過渡フェーズは、特に、９００ＭＷの原子力発電所（ＣＰ１及びＣＰ２ユニット）及び１３００ＭＷの発電所における「ＥＰ ＲＧＬ４」のような規制された標準化された定期的アッセイの間に発生するが、ＥＰ ＲＧＬ、ＥＰ ＲＣＰ、ＥＰ ＲＰＮ等のファミリーの多くの他の定期的アッセイである。

また、単独運転、原子炉の自動停止、タービントリガリングなどのための手順や、負荷監視過渡状態（電気ネットワーク管理者の要求による電力タッピング又は低下）の間の通常運転でさえこの方法を適用することは十分可能である。

本文から後に明らかになるように、本方法は、与えられた過渡運転フェーズのための基準プロファイル（「算盤（abaques）」）を使用し、基準プロファイルのそれに類似した過渡運転フェーズが行われるので、本方法を適用することができる。

当業者は、圧力測定からＮＧＥ及びＮＧＬの値を計算することができ、これらの指標は古典的である。

過渡運転フェーズの持続時間（他の用語では、ＮＧＬ又はＮＧＥの値が決定される間の時間間隔）は、概して、数十から数千秒、好ましくは数百秒のオーダーである。

図６ｂ及び図７ａ〜図７ｃの例では、過渡運転フェーズの持続時間は、５００〜１５００秒の間の時間間隔内である。

第２のステップ（ｂ）では、データ処理ユニット１は、蒸気レンジレベル偏差ΔＮＧＶの時間に渡る（過渡運転フェーズの同じ持続時間に渡る）値を決定し、蒸気レンジレベル偏差は、そこから熱交換器内の自由水面の変動を表す成分がＮＧＬ及びＮＧＥの値からフィルタリングされた広いレンジレベルに対応する。

このように、ＮＧＥは自由水面の変動を表すものであるから、この動作は、ＮＧＬの値とＮＧＥの値との間の差（ΔＮＧＶ＝ＮＧＬ−ＮＧＥ）であることが好ましい。

ＮＧＬ、ＮＧＥ又はΔＮＧＶの時間に渡る値は、それぞれＮＧＬ、ＮＧＥ又はΔＮＧＶ「信号」とも呼ばれる。

統計処理は、通常、好ましくはゼロセンタリングによって、及び信号を標準化するために信号の移動平均によって実行される（ステップ（ａ）及びステップ（ｂ）の両方において）。

ステップ（ｃ）では、処理ユニット１は、ΔＮＧＶの値を熱交換器の前記過渡運転フェーズに対する基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットと比較し、各基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、ファウリングのレベルと関連付けられる。

より正確には、一種の過渡運転フェーズ及びファウリングのレベルに対して定義された基準プロファイルΔＮＧＶ_iのデータベースが存在することができる。幾つかのタイプの熱交換器に関連付けられる基準プロファイルΔＮＧＶ_iの異なるデータベースさえ存在し得ることに留意されたい。基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、メモリ２に格納されることができる。

ファウリングのレベルは、ファウリングの延長を表すパラメータとして理解されなければならない。例えば、０から１の間のレート：ゼロレートは、ファウリングの完全な非存在（通路１２ａ、１２ｂが完全に開放）に対応し、１のレートは、完全なファウリング（通路１２ａ、１２ｂが完全に閉塞）に対応する。

過渡運転フェーズのタイプ（すなわち、ファウリングレベルの全範囲）に対して定義される基準プロファイルのセットは、算盤と呼ばれる図７ａの例（タイプＥＰ ＲＧＬ ４の過渡運転フェーズに対して）に示されるような基準プロファイルの「バンドル」を形成する。

ファウリングレベルが低いほど、ΔＮＧＶの値は速く上昇する。他の用語では、束の底部のプロファイルは高レベルのファウリングに対応し、算盤の頂部のプロファイルは低レベルのファウリングに対応する。

基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、経験的に、特にデジタルシミュレーションによって決定することができる。より正確には、関連する熱交換器のモデルに基づいて、各レベルのファウリングに対して考慮される前記過渡運転フェーズに対する予測応答ΔＮＧＶが予め計算される。この点に関して、本方法は、有利には、熱交換器の過渡運転フェーズの間に、前記基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットを生成するための前のステップ（ａ０）を含む。

経験的な算盤の開発は、それぞれのファウリングのレベルが知られている、検討されている熱交換器に類似した（又は同じものであっても）熱交換器の２つの実際の信号ΔＮＧＶの知識から行うことが好ましい。

他の用語では、ステップ（ａ０）は、有利には、第１レベルのファウリングに対する熱交換器の過渡運転フェーズの間の第１基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌlow}と、第１レベルのファウリングに対する熱交換器の過渡運転フェーズの間の第２基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌhigh}とを得るために、第１レベルの既知のファウリング及び第１レベルのファウリングより大きい第２レベルの既知のファウリングとそれぞれ関連付けられる少なくとも２つの前記過渡運転フェーズの発生の間に前記熱交換器に類似した基準熱交換器のためのステップ（ａ）と（ｂ）を実行することを含み、前記熱交換器の過渡運転フェーズの間の他の基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、第１プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌlow}及び第２プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌhigh}から計算される。

実際には、経験的な算盤は、好ましくは、クリーニングを理想的に受けた基準範囲の実際の束ΔＮＧＶに基づくものであり、上記の高レベル及び低レベルをそれぞれ定義するクリーニングの前後の測定（例えば、ビデオ検査による）があるので、かなりの範囲のレベルのファウリングをカバーすることができる。次いで、極端及び中程度のレベルのファウリングは、算盤の「サポート」曲線から直線的に外挿される。

考慮されるファウリングの各レベルについて、ステップ（ａ０）は、前記ファウリングのレベルに対する熱交換器の前記過渡運転フェーズの間の少なくとも３つの実プロファイルΔＮＧＶ_rを得るために、前記ファウリングのレベルに関連付けられる前記過渡運転フェーズの少なくとも３つの発生の間に、前記熱交換器に類似する前記基準熱交換器についてステップ（ａ）及び（ｂ）を実行することを含み、前記ファウリングのレベルに対する前記熱交換器の前記過渡運転フェーズの間の基準プロファイルΔＮＧＶ_iの取得は、実プロファイルΔＮＧＶ_rの平均、その次の与えられた関数による前記平均の近似を計算することを含む。

このようにして、高いファウリングレート（「低い」算盤プロファイル）を表す信号ΔＮＧＶは、好ましくは、洗浄前の３つの最後の実際の信号ΔＮＧＶ_r（特に、フィルタリング及び標準化された）を平均することによって、又は範囲にわたって特定されたファウリングの最高レベルの日に、この平均を三次多項式で近似することによって、明らかにされる。

同様に、低いレベルのファウリングを表す信号ΔＮＧＶは、好ましくは、洗浄後の３つの最初の実際の信号ΔＮＧＶを平均することによって、又は、範囲にわたって特定されたファウリングの最低レベルの日に、次にこの平均を三次多項式によって近似することによって明らかにされる。

これらの演算は、図７ｂに示されており、これは、部分の例ＣＡ４ ＧＶ２の実際の信号のセットΔＮＧＶ_rの多項式近似を表している（この後、ファウリングの前後の３つの信号のみが実際に必要である）。図７ｃは、ファウリング後及びファウリング前の３つのＥＰのそれぞれの平均による、弱いレベル及び強いレベルのファウリングを表すシグナルΔＮＧＶの計算を示す。

いったん、これらの２つの理論信号ΔＮＧＶが明らかにされると、利用可能な測定値から、ここではレベル_高とレベル_低（ファウリングのレベルが０から１の間のファウリングのレートを指定する好ましい実施形態におけるＲａｔｅ_ｈｉｇｈ及びＲａｔｅ_ｌｏｗ）と呼ばれる２つのレベルのファウリングがそれらと関連付けられなければならない。次に、完全な理論的算盤が内挿によって発展される。

したがって、ファウリングレートＲａｔｅ_ｉに対する理論基準信号ΔＮＧＶ_iは、以下のように計算することができる：

これは、完全な算盤をもたらし、これは、新規な方法により同じタイプの熱交換器のファウリングを推定するのに用いることができる（図７ａ）。

しかし、本方法は、このように算盤を得ることに限定されず、当業者は、広義の「機械学習」（ディープラーニング、ニューラルネットワークなど）のような多数の経験的アプローチを用いることができることは明らかであろう。

ファウリングの評価のための方法に戻ると、ステップ（ｃ）の比較の結果は、測定されたプロファイル（ステップ（ｂ）の完了時に得られたΔＮＧＶの時間に渡る値）に最も近い「目標」基準プロファイルΔＮＧＶ_ｏｐｔを識別する。当業者は、例えば、最小二乗の差をとることによって、複数のプロファイルの中で最も類似したプロファイルを識別するためのツールを認識する。

「目標」基準プロファイルΔＮＧＶ_ｏｐｔに関連付けられるファウリングのレベルは、
関連する熱交換器のスペーサプレート１０の通路のファウリングの信頼できる推定値を構成し、ステップ（ｄ）において、識別された目標基準プロファイルΔＮＧＶ_optを持つこのファウリングのレベルがインタフェース３上で復元される（restitue’）ことができる。

装置

第２の態様によれば、図４に示すような装置が提案されている。それは、処理ユニット１、メモリ２及びインタフェース３を有する。処理ユニット１は、第１の圧力センサ３１、第２の圧力センサ３２及び第３の圧力センサ３３に接続され、第１の態様による方法を実行するように構成される。

この装置及びチューブ状熱交換器１１（すなわち、蒸気発生器）のセット、又はそれを有する原子力プラントのセットも提案されている。

また、本発明は、キャリアに記録されたプログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品に関し、このプログラムコード命令は、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、ファウリングの評価のための方法を実行するためのステップを実行するためにコンピュータで使用することができる。

その結果、センサ３１、３２、３３の圧力測定値は、その処理に照らしてメモリ２に記憶されるように伝送される。本発明が参照する測定データの処理は、計算機を取り付けられた処理ユニット、典型的には、インタフェース３を備えたコンピュータによって行われ、このインタフェースによってそれは、測定信号を取得し、ファウリングの評価のための方法を実行した結果を送信し、前記コンピュータは、本発明による方法を実行するように構成されている。

Claims (13)

1. チューブ状熱交換器のスペーサプレートの通路のファウリングを評価する方法であって、前記通路は、流体が前記スペーサプレートを通過するようにチューブに沿って配置され、
   − 第１の圧力センサが前記熱交換器の低い高さに配置され；
   − 第２の圧力センサが熱交換器の中間の高さに配置され；
   − 第３の圧力センサが熱交換器の高い高さに配置され；
   前記方法は、データ処理ユニットによって次のステップ：
   （ａ）前記熱交換器の過渡運転フェーズの間の、前記第１と前記第３の圧力センサとの間の圧力の差から推定される、前記熱交換器の水位を示す広いレンジレベルＮＧＬの時間に渡る値、及び、前記第２と前記第３の圧力センサとの間の圧力の差から推定される、前記熱交換器の水位を示す狭いレンジレベルＮＧＥの時間に渡る値の決定と；
   （ｂ）ＮＧＬ及びＮＧＥの前記値からの、蒸気レンジレベル偏差ΔＮＧＶの時間に渡る値の決定であって、前記蒸気レンジレベル偏差は、変更された前記広いレンジレベルに基づくもので、前記変更された広いレンジレベルでは、前記広いレンジレベルにおける前記熱交換器の自由水面の変動を示す成分がフィルタリングされている、決定と；
   （ｃ）決定されたΔＮＧＶの前記値と、前記熱交換器の前記過渡運転フェーズに対する基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットとの比較であって、各前記基準プロファイルΔＮＧＶ_ｉは、前記決定された値ΔＮＧＶに最も近い、前記熱交換器の前記過渡運転フェーズに対する前記基準プロファイルΔＮＧＶ_iの中の目標基準プロファイルΔＮＧＶ_ｏｐｔを識別するために、ファウリングのレベルに関連付けられる、比較と；
   （ｄ）識別された前記目標基準プロファイルΔＮＧＶ_ｏｐｔに関連付けられる前記ファウリングのレベルのインタフェース上での復元と；
   を実行することを含む、
   方法。
2. 前記熱交換器は、加熱ゾーンと、前記加熱ゾーンよりも高い高さに配置された蒸気ゾーンとを有する蒸気発生器であり、前記チューブは、前記加熱ゾーン内でのみ延びている、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の圧力センサは、前記加熱ゾーンの底部に実質的に配置され、前記第２の圧力センサは、前記加熱ゾーンの頂部に実質的に配置され、前記第３の圧力センサは、前記蒸気ゾーンの頂部に実質的に配置される、
   請求項２に記載の方法。
4. ΔＮＧＶの時間に渡る前記値は、式ΔＮＧＶ＝ＮＧＬ−ＮＧＥによって、ＮＧＬ及びＮＧＥの前記値から決定される、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ファウリングのレベルは、０から１の間で表されるファウリングのレートである、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記熱交換器の前記過渡運転フェーズの間の前記基準プロファイルΔＮＧＶ_iのセットの生成のための事前のステップ（ａ０）を含む、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ステップ（ａ０）は、第１レベルのファウリングに対する前記熱交換器の前記過渡運転フェーズの間の第１基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌlow}及び前記第１レベルのファウリングに対する前記熱交換器の前記過渡運転フェーズの間の第２基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌhigh}を得るために、前記第１レベルの既知のファウリング及び前記第１レベルのファウリングより大きい第２レベルの既知のファウリングにそれぞれ関連付けられる少なくとも２つの前記過渡運転フェーズの間の前記熱交換器に類似した基準熱交換器に対する前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を実行することを含み、前記熱交換器の前記過渡運転フェーズの間の他の基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、前記第１及び前記第２基準プロファイルΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌlow}及びΔＮＧＶ_{Ｌｅｖｅｌhigh}から計算される、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記他の基準プロファイルΔＮＧＶ_iは、式
   

   

   を用いることにより前記第１及び前記第２基準プロファイル
   

   

   及び
   

   

   から計算される、
   請求項５を引用する請求項７に記載の方法。
9. 検討されるファウリングの各レベルについて、前記ステップ（ａ０）は、前記ファウリングのレベルに対する前記熱交換器の前記過渡運転フェーズの間に、少なくとも３つの実プロファイルΔＮＧＶ_rを得るために、前記ファウリングのレベルに関連付けられる前記過渡運転フェーズの少なくとも３つの発生の間に、前記熱交換器に類似する前記基準熱交換器に対するステップ（ａ）及び（ｂ）を実行することを含み、前記ファウリングのレベルに対する前記熱交換器の前記過渡運転フェーズの間に、前記基準プロファイルΔＮＧＶ_iを得ることは、実プロファイルΔＮＧＶ_ｒの平均を、その後所与の関数によって前記平均の近似を計算することを含む、
   請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記実プロファイルΔＮＧＶ_ｒの前記平均は、三次多項式によって近似される、
    請求項９に記載の方法。
11. 第１の圧力センサ、第２の圧力センサ及び第３の圧力センサに接続され、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成される、データ処理ユニットを有する装置。
12. 請求項１１に記載の装置及びチューブ状熱交換器のセットであって、
    − 前記第１の圧力センサは、前記熱交換器の低い高さに配置され；
    − 前記第２の圧力センサは、前記熱交換器の中間の高さに配置され；
    − 前記第３の圧力センサは、前記熱交換器の高い高さに配置される。
13. コンピュータプログラム製品であって、プログラムがコンピュータで実行されるとき、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法のステップを実行するためのプログラムコード命令を含む、コンピュータプログラム製品。
    

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