一种用于核电站一回路高温管道热疲劳原型监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于核电站一回路高温管道热疲劳原型监测装置，可用于在位运行阶段核电站高温管道热疲劳行为的实时监测。
【背景技术】
[0002]电力工业是关系国计民生的重要行业。随着常规发电模式的成本增加和环境影响，核能作为一项稳定的清洁能源在能源结构的比重中将会增加。核电站的安全性和经济性是最重要的两个目标量。核电站一回路的管道长期在高温、高压、强辐照和高振动的复杂环境下工作，当核电站的阀门突然启动或者发生泄漏现象时，高温管道中流体的温度、流速和压强会发生较大的变化。这种温度的突然变化会在管道中发生热冲击或热分层等现象，同时还可能在和主管道相连的支管道中发生湍流侵入现象。热冲击、热分层和湍流侵入等现象都会使得在管道较小的区域内和较短的时间内产生很大的温度波动，从而形成比较大的热应力波动。在温度和应力长期作用下，管道材料的显微结构、力学性能、耐热性能、物理性能都会缓慢地变化，形成管道的热疲劳损伤，管道最终可能出现开裂失效的现象。
[0003]对于核电站一回路高温管道的热疲劳现象，国内外的科研机构和生产单位开展了大量的研究工作，积累了一些有意义的研究成果。但是，在现有研究中基本都是基于在实验室中进行模型实验研究，或者使用软件进行数值模拟研究，这些方法往往都无法反映出结构在真实工况下的真实反应。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种用于核电站一回路高温管道热疲劳原型监测装置，该监测装置通过在管道外壁合理的位置布设温度传感器监测管道外壁温度变化，利用流量计测量各主管道和分支管道的流量变化。基于原型监测数据判断引起管道热疲劳的现象类型，为管道热疲劳损伤评估和延寿分析提供数据支持。
[0005]本实用新型采用的的技术方案是:一种用于核电站一回路高温管道热疲劳原型监测装置，包括后台服务器、外部数据储存服务器、数据采集模块和数据采集传感器，所述后台服务器通过数据传输线缆以总线形式或分布形式电连接一个或几个外部数据储存服务器，每个外部数据储存服务器通过数据传输线缆以总线形式或分布形式电连接一个或多个数据采集模块，每个数据采集模块通过传输线缆以总线形式或分布形式电连接多个数据采集传感器，传输线缆进行加固和屏蔽保护；所述数据采集传感器采用安装在管道温度测点表面的热电偶温度传感器和安装在管道流量测点上的流量传感器，在每个管道温度测点表面安装2-8个热电偶温度传感器。
[0006]所述2-8个热电偶温度传感器布置在管道外壁圆周或者布置在管道外壁一侧位置。
[0007]上述的技术方案基本原理是:核电站运行过程中在一些特殊工况下，需要在已经形成稳态平衡下的管道中注入大量热水(冷水)，如果两种液体温差很大且注入速度很快，管道内壁的温度会急速变化，发生热冲击现象。热冲击使得管道内外表面产生很大的温差，使管道内壁表面的应力值接近或者超过材料的初始屈服极限。当管道中存在两种流体的交汇时，重力方向上由于温度不同引起的流体密度差异，造成冷流体处于下方，热流体处于上方的流动分层现象就叫热分层。热分层将会在管道内壁较小的区域内产生较大的温度梯度，形成高热应力区域。在三通管道中，如果支管道是弯管，同时支管道中的冷流体停滞流动，则主管道中流动的热流体将在接口区域形成湍流，侵入到支管道停滞流动的流体中产生成梯度分布的温度场。当这种热分布穿透到支管的水平段时，会在水平段产生热分层。通过在核电站一回路高温管道上安装原型监测装置，测量管道关键部位管壁的温度变化和管内流体的流量变化，可实现对引起热疲劳的三种热行为进行在线监测。
[0008]本实用新型的有益效果是:能在核电站正常生产的同时，保证对运行中的高温管道进行实时原型监测，及时反映各个管道关键部位的温度和流量变化情况，加深对热疲劳产生机理的认识，并为后续依据监测数据计算管道关键部位的温度场、应力场和疲劳损伤程度提供技术支持。
【附图说明】
[0009]图1为监测装置设计方案的流程图。
[0010]图2为核电站一回路高温管道上监测装置的安装位置。
[0011]图3为管道的三种连接形式。
[0012]图4为温度传感器在管道外壁的布设方式。
[0013]图5为监测装置采集、传输和集成的整体结构图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0015]图1为监测装置设计方案的流程图。该流程共分为6部分，包括传感器选型、安装位置选取、布点方式设计、数据采集和传输形式、多传感器集成方案、监测数据的热应力计算和存储方法。
[0016]传感器的选型因为是针对于高温管道的引起热疲劳的热行为进行监测的，管道的温度变化是整个监测的核心要素。由于核电领域高温管道的安全规范标准高，不允许在管道内壁进行传感器的安装。同时，高温管道的内部一般都面临着高温、高压、高辐射和强振动等复杂环境，温度传感器很难保持长期连续的工作，安装于管道内部的传感器也无法进行维护和替换。因此监测温度的传感器只能安装在管道外壁，对内壁温度进行间接测量。工业用的温度传感器一般有热电偶和热电阻两种，相对于热电阻型传感器测量空间的平均温度，热电偶传感器测量的是“点”温，更合适测量管道外壁这样的固体表面温度。N型热电偶长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，符合核电管道环境使用。同时铠装热电偶能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用。因此监测传感器选用N型铠装热电偶温度传感器。为了对高温管道的热行为进行深入的研究，在监测温度变化的同时还需要综合考虑管道内流体的流量变化情况。流量计的安装对高温管道的安全影响大，同时在原有管道的阀门附近一般都安装有流量计，因此管道流体流量利用一回路高温管道原有的流量计进行测量，将流量计集成进入整个热疲劳监测系统中，使其成为监测装置的一部分。
[0017]由于经济因素和核电特殊领域的限制，在所有位置安装温度传感器是不现实的。所以需要选取温度变化信息最丰富的关键位置，并尽可能布置最少的温度传感器来反应管道的温度变化状况，以使传感器的布点达到最佳的识别效果。监测装置的安装位置选取在引起热疲劳的热行为发生位置处或附近的