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核电厂疲劳监测和寿命评估系统

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成果主要完成人

贺寅彪、梁兵兵、李 岗、沈小要、刘 畅、马 骏、邓晶晶、殷海峰、于泳洋、张 旭、刘 乔、沈 睿

项目概况

1、成果简介:热疲劳是核电厂金属部件的主要失效形式之一,也是核电厂老化管理和延寿的关注重点。国外核电厂普遍安装疲劳监测系统对一回路主设备和管道的疲劳损伤进行在线监测,国内在此领域长期处于空白。上海核工程研究设计院自主研发了核电厂疲劳监测和寿命评估系统,实现了该领域产品的国产化卡脖子技术替代。 核电厂疲劳监测和寿命评估系统由系统硬件、软件平台、计算程序、数据库四大模块组成,覆盖核岛130余个监测点,关联电厂400多个工艺仪表,应用于核电厂主设备和管道疲劳损伤现象的监测,通过数字化运维信息对疲劳损伤较大位置进行在线预警,根据分析诊断信息提供运行优化和许可证延续指导建议。系统在国内首次提出了非水环境和压水堆环境加速疲劳的在线监测算法,不新增硬件仪表,基于多物理场耦合快速求解应力场的方法,解决了传统疲劳计算耗时长从而制约在线监测的难题。 成果具有自主知识产权,已获得发明专利2件,受理发明专利3件,发布中国核学会团体标准1项,经中国核能行业协会组织的科技成果鉴定,属国内首创、国际先进,部分处于国际领先水平。产品已成功应用于世界首批AP1000三代非能动机组,解决了世界首堆AP1000依托项目装料许可上的关键路径,并已推广应用于国和一号、CAP1000后续机组。 核电厂疲劳监测系统是对核电厂核岛一回路主设备、主要管道疲劳损伤较大位置进行统计分析和预警,并根据监测信息支撑运行优化和提供许可证延续指导建议。该系统长期为国外垄断,上海核工程研究设计院围绕核电厂疲劳在线监测和诊断的需求,自主设计研发了综合考虑压水堆环境加速疲劳的核电厂疲劳监测和寿命评估系统,成果取得了四项主要技术创新,填补了国内空白。 

2、主要创新点:1)国内首次提出了非水环境和压水堆水环境加速疲劳的在线监测算法,实现了同时考虑两种算法的疲劳在线监测和评价,处于国际领先技术水平。2)国内首次提出在不新增硬件仪表的前提下,基于多物理场耦合快速求解温度场和应力场的方法,解决了传统有限元计算耗时长从而制约在线计算的难题,达到国际先进水平。 3)实现了管道系统多分支和多系统参数关联,完成了管道系统全范围、全过程的准确监测,由此可以发现电厂各类运行异常和故障状态,支持核电厂运行规程的优化,属国内首创。 创新点四:国内首次提出并建立管道监测点的瞬态识别方法,通过工艺参数的变化量、变化速率、变化时间等特征的多阈值联合判断,自动识别瞬态的起始和结束时间,保证瞬态计算的不可分割性,避免不真实瞬态给最终疲劳分析结果造成的失真影响。 成果解决了世界首堆AP1000依托项目装料许可上的关键路径,在考虑压水堆水环境促进金属疲劳研究方面极大地推动了技术进步和对电厂安全运行的信心。系统已成功在三门核电厂1号机组和海阳核电厂1、2号机组上应用,并已推广至国和一号示范工程和三门、海阳后续项目。 成果对核电厂老化管理、定期安全评审及许可证延续将发挥关键作用,为一回路压力边界的金属疲劳提供直接的数据支撑,逐步推动电厂从“基于时间的运行维修”向“基于状态的运行维护”历史性转变,避免过度维修造成的不必要经济投入,在智能运维方面起到极大的促进作用。