技术领域
[0001] 本
发明涉及核反应堆测试技术，具体涉及一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立方法及系统。
背景技术
[0002] 核反应堆压力管道内的冷却剂在
泵的作用下不间断循环，以此来带走核反应堆内产生的热量。核反应堆压力管道在制造中可能存在内部
缺陷，在现场
焊接过程中，
焊缝中也可能会存在内部缺陷。核反应堆压力管道在服役期间，由于
温度与压力的
波动而承受交变
载荷，同时还受环境(如
辐射)和介质(如
腐蚀)等影响，这都会有可能使核反应堆压力管道中原有缺陷扩展贯穿成为孔隙造成冷却剂泄漏。对于核反应堆，压力管道内冷却剂的少量泄漏是允许的。但是，压力管道一旦出现大的孔隙甚至出现大破口导
致冷却剂大量泄漏，将无法及时带走核反应堆内产生的热量，从而带来严重的核安全事故。
[0003] 因此，核反应堆都设置了泄漏监测系统确保核反应堆的安全。目前，随着核安全要求越来越高，核反应堆压力管道已开始应用破前漏技术，如华龙一号。破前漏技术要求核反应堆压力管道泄漏达到一定量时能够被监测到，以便采取必要的措施避免事故发生。采用声发射监测方法来进行核反应堆压力管道泄漏监测是一种很有效的监测手段，并得到了普遍应用。
[0004] 基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型则是对于采用声发射方法进行核反应堆压力管道泄漏监测实现破前漏泄漏率估计的手段。国内航天和石油化工相关工业企业、科研单位和高等院校，开展了大量的声发射技术研究，重点研究和应用方向是材料、
压力容器和压力管道缺陷声发射检测，也有不少泄漏声发射监测技术研究方面的报道，但仍处于研究多、应用少的局面，关键问题还是缺乏系统研究，尤其是泄漏监测的关键技术—破前漏泄漏率估计，尚未得到实质性突破，国内也没有核反应堆压力管道破前漏泄漏率计算模型的建立方法。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是
现有技术中缺少核反应堆压力管道破前漏泄漏率计算技术，目的在于提供一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立方法及系统，解决上述问题。
[0006] 本发明通过下述技术方案实现：
[0007] 一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立方法，包括：S1：根据核反应堆压力管道运行数据，确定基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件；所述适用条件包括压力管道内冷却剂参数和泄漏率计算模型边界条件；S2：根据核反应堆压力
管道系统建立压力管道模型，并在所述压力管道模型上设置声发射
传感器；将所述适用条件加载于所述压力管道模型上；S3：将泄漏试验件连接至所述压力管道模型的泄漏试验段，并对所述泄漏试验件进行测试获取声发射
信号水平和泄漏信号；S4：对所述声发射信号水平和泄漏信号进行处理后获取基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
[0008] 本发明应用时，根据核反应堆压力管道的实际状态，确定基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件，包括：(1)压力管道内冷却剂的类型、压力、温度，(2)泄漏率计算模型的边界。压力管道泄漏试验件材料应与核反应堆压力管道的材料保持一致或接近。压力管道泄漏试验件结构尺寸(含直径、壁厚)与核反应堆压力管道的结构尺寸保持一致；如果采用缩比尺寸，应保证径厚比接近，并从安全
角度分析该模型应用到核反应堆压力管道是安全保守的。在泄漏率计算模型的边界[Gmin，Gmax]内，除下限Gmin和上限Gmax外，在(Gmin，Gmax)内还需要选取至少4个中间值。在确定的几个泄漏率点后，依据确定的泄漏率计算模型的适用条件、泄漏试验件的结构尺寸与材料，利用CFD仿真方法，计算出确定的泄漏率点对应的孔隙尺寸。
[0009] 然后建立核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置，并在泄漏试验段的进、出口分别设置温度、压力测点。核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置的运行工况应与核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件第(1)条保持一致。在泄漏试验段布置声发射传感器用于探测泄漏声发射信号，并在声发射传感器的后端设置泄漏监测系统。试验过程中，首先将泄漏试验件连接至泄漏试验段，对试验回路升温升压至试验工况；然后开始进行泄漏试验，同时进行声发射信号水平采集和泄漏收集；试验完成后换下一个泄漏试验件，重复上述试验过程，直至完成全部泄漏试验件的泄漏试验。
[0010] 再然后通过上述泄漏试验实际采集的泄漏声发射信号水平是本底噪声与泄漏产生的声发射信号水平的
叠加，为了获得真实的泄漏产生的声发射信号水平，应首先去除本底噪声的影响。通过核反应堆压力管道泄漏模拟试验获取了不同泄漏率下离泄漏源不同距离的声发射信号水平，根据声发射信号在金属管道表面传播呈指数衰减的特性，计算出不同泄漏率下泄漏源的声发射信号水平，由此可以求得一系列不同泄漏率下泄漏源的声发射信号水平的，通过二次多项式拟合求得基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
[0011] 进一步的，所述压力管道内冷却剂参数包括压力管道内冷却剂的类型、压力和温度。
[0012] 进一步的，所述泄漏率计算模型边界条件根据下述步骤获取：
[0013] 将所述泄漏率计算模型的下限边界设置为Gmin，所述Gmin≤3.8L/min；
[0014] 根据核反应堆压力管道的结构尺寸和压力管道内冷却剂参数得出核反应堆压力管道破前漏阶段的极限破口尺寸Lcrit；
[0015] 根据所述极限破口尺寸Lcrit对应的泄漏率Gcrit获取所述泄漏率计算模型的上限边界Gmax：
[0016] Gmax＜Gcrit/S，其中S为安全裕度因子。
[0017] 进一步的，步骤S2包括以下子步骤：
[0018] 在泄漏率计算模型的边界开区间(Gmin，Gmax)内选取至少四个中间点作为泄漏率点，并得出所述泄漏率点对应的孔隙尺寸；
[0019] 将每种孔隙尺寸加工至不同的泄漏试验件上。
[0020] 进一步的，步骤S3包括以下子步骤：S31：将泄漏试验件连接至泄漏试验段，对回路进行打压，确认回路无异常后开始测试；S32：在泄漏收集器后端
阀门关闭情况下，建立试验段内温度压力条件；S33：达到试验额定工况后，启动泄漏监测系统，开始进行泄漏试验；S34：开启阀门，观察背压压力表读数变化，待所述背压压力表读数不再下降且出水稳定后进行泄漏流量收集并测量，同时进行泄漏声发射信号采集；S35：额定工况点测量完毕后，回路降温降压，待达到下一个测点的工况后，继续进行泄漏试验；S36：所有工况点泄漏试验完成后，回路降温降压，换下一个泄漏试验件，重复S31-S36直至完成全部泄漏试验件的泄漏试验。
[0021] 进一步的，步骤S4包括以下子步骤：S41：将步骤S3中获取的不同泄漏率下离泄漏源不同距离的声发射信号水平进行本底噪声消除，获取修正后的声发射信号水平Uij，式中i表示不同泄漏率点，j表示不同距离点；S42：根据声发射信号在金属管道表面传播呈指数衰减的特性，对同一泄漏率下离泄漏源不同距离的修正后的声发射信号水平进行指数拟合获取所有泄漏率下泄漏源的声发射信号水平；S43：对所有泄漏率下泄漏源的声发射信号水平进行二项式拟合获取基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
[0022] 一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立系统，包括：提取模
块：用于根据核反应堆压力管道运行数据，确定基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件；所述适用条件包括压力管道内冷却剂参数和泄漏率计算模型边界条件；建模模块：用于根据核反应堆压力管道系统建立压力管道模型，并在所述压力管道模型上设置声发射传感器；所述建模模块还用于将所述适用条件加载于所述压力管道模型上；试验模块：用于将泄漏试验件连接至所述压力管道模型的泄漏试验段，并对所述泄漏试验件进行测试获取声发射信号水平和泄漏信号；处理模块：用于对所述声发射信号水平和泄漏信号进行处理后获取基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
[0023] 进一步的，所述提取模块将所述泄漏率计算模型的下限边界设置为Gmin，所述Gmin≤3.8L/min；所述提取模块根据核反应堆压力管道的结构尺寸和压力管道内冷却剂参数得出核反应堆压力管道破前漏阶段的极限破口尺寸Lcrit；所述提取模块根据所述极限破口尺寸Lcrit对应的泄漏率Gcrit获取所述泄漏率计算模型的上限边界Gmax：Gmax＜Gcrit/S，其中S为安全裕度因子。
[0024] 进一步的，所述建模模块在泄漏率计算模型的边界开区间(Gmin，Gmax)内选取至少四个中间点作为泄漏率点，并得出所述泄漏率点对应的孔隙尺寸；所述建模模块将每种孔隙尺寸加工至不同的泄漏试验件上。
[0025] 进一步的，所述处理模块将不同泄漏率下离泄漏源不同距离的声发射信号水平进行本底噪声消除，获取修正后的声发射信号水平Uij，式中i表示不同泄漏率点，j表示不同距离点；所述处理模块根据声发射信号在金属管道表面传播呈指数衰减的特性，对同一泄漏率下离泄漏源不同距离的修正后的声发射信号水平进行指数拟合获取所有泄漏率下泄漏源的声发射信号水平；所述处理模块对所有泄漏率下泄漏源的声发射信号水平进行二项式拟合获取基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
[0026] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0027] 1、本发明一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立方法及系统，可获得建立基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型需要开展的泄漏试验用泄漏试验件；
[0028] 2、本发明一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立方法及系统，可获得不同泄漏率下距离泄漏源不同距离所响应的声发射信号水平；
[0029] 3、本发明一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立方法及系统，可以计算出不同泄漏率下泄漏源的声发射信号水平，可建立起基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
附图说明
[0030] 此处所说明的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。在附图中：
[0031] 图1为本发明方法步骤示意图；
[0032] 图2为本发明泄漏试验段回路流程示意图；
[0033] 图3为本发明不同距离的声发射信号水平进行指数拟合示意图。
具体实施方式
[0034] 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。
[0035] 实施例
[0036] 如图1所示，本发明一种核反应堆压力管道泄漏率计算模型建立方法，包括：S1：根据核反应堆压力管道运行数据，确定基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件；所述适用条件包括压力管道内冷却剂参数和泄漏率计算模型边界条件；S2：根据核反应堆压力管道系统建立压力管道模型，并在所述压力管道模型上设置声发射传感器；将所述适用条件加载于所述压力管道模型上；S3：将泄漏试验件连接至所述压力管道模型的泄漏试验段，并对所述泄漏试验件进行测试获取声发射信号水平和泄漏信号；S4：对所述声发射信号水平和泄漏信号进行处理后获取基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
[0037] 本实施例实施时，根据核反应堆压力管道的实际状态，确定基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件，包括：(1)压力管道内冷却剂的类型、压力、温度，(2)泄漏率计算模型的边界。压力管道泄漏试验件材料应与核反应堆压力管道的材料保持一致或接近。压力管道泄漏试验件结构尺寸(含直径、壁厚)与核反应堆压力管道的结构尺寸保持一致；如果采用缩比尺寸，应保证径厚比接近，并从安全角度分析该模型应用到核反应堆压力管道是安全保守的。在泄漏率计算模型的边界[Gmin，Gmax]内，除下限Gmin和上限Gmax外，在(Gmin，Gmax)内还需要选取至少4个中间值。在确定的几个泄漏率点后，依据确定的泄漏率计算模型的适用条件、泄漏试验件的结构尺寸与材料，利用CFD仿真方法，计算出确定的泄漏率点对应的孔隙尺寸。
[0038] 然后建立核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置，并在泄漏试验段的进、出口分别设置温度、压力测点。核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置的运行工况应与核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件第(1)条保持一致。在泄漏试验段布置声发射传感器用于探测泄漏声发射信号，并在声发射传感器的后端设置泄漏监测系统。试验过程中，首先将泄漏试验件连接至泄漏试验段，对试验回路升温升压至试验工况；然后开始进行泄漏试验，同时进行声发射信号水平采集和泄漏收集；试验完成后换下一个泄漏试验件，重复上述试验过程，直至完成全部泄漏试验件的泄漏试验。
[0039] 再然后通过上述泄漏试验实际采集的泄漏声发射信号水平是本底噪声与泄漏产生的声发射信号水平的叠加，为了获得真实的泄漏产生的声发射信号水平，应首先去除本底噪声的影响。通过核反应堆压力管道泄漏模拟试验获取了不同泄漏率下离泄漏源不同距离的声发射信号水平，根据声发射信号在金属管道表面传播呈指数衰减的特性，计算出不同泄漏率下泄漏源的声发射信号水平，由此可以求得一系列不同泄漏率下泄漏源的声发射信号水平的，通过二次多项式拟合求得基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型。
[0040] 为了进一步的说明本实施例的工作过程，本实施例中，首先是核反应堆压力管道泄漏试验件设计与加工，根据核反应堆压力管道的实际状态，确定基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件，包括：(1)压力管道内冷却剂的类型、压力、温度，(2)泄漏率计算模型的边界。其中，冷却剂的类型、压力、温度应与核反应堆压力管道内冷却剂类型保持一致，即采用高温高压水；冷却剂的压力、温度也应与核反应堆压力管道内冷却剂的额定
工作温度、工作压力保持一致。泄漏率计算模型的边界指利用模型能够准确计算泄漏率的下限和上限，表示为[Gmin，Gmax]，其中Gmin＜Gmax。根据破前漏监测要求，下限Gmin应不大于3.8L/min，上限Gmax按下述方法确定。首先，根据核反应堆压力管道的结构尺寸(含外径、壁厚)和管道内冷却剂的类型、额定工作温度、工作压力等计算出核反应堆压力管道破前漏阶段的极限破口尺寸Lcrit；再计算该极限破口尺寸Lcrit对应的泄漏率Gcrit；模型泄漏率上限则取Gmax＜Gcrit/S，S为安全裕度因子，一般取2。压力管道泄漏试验件材料应与核反应堆压力管道的材料保持一致或接近。压力管道泄漏试验件结构尺寸(含直径、壁厚)与核反应堆压力管道的结构尺寸保持一致；如果采用缩比尺寸，应保证径厚比接近，并从安全角度分析该模型应用到核反应堆压力管道是安全保守的。在泄漏率计算模型的边界[Gmin，Gmax]内，除下限Gmin和上限Gmax外，在(Gmin，Gmax)内还需要选取至少4个中间值。在确定的几个泄漏率点后，依据确定的泄漏率计算模型的适用条件、泄漏试验件的结构尺寸与材料，利用CFD仿真方法，计算出确定的泄漏率点对应的孔隙尺寸。然后，在泄漏试验件上加工出计算尺寸的孔隙，每个泄漏试验件对应加工一个孔隙尺寸。
[0041] 其次建立核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置，核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置由主回路系统、压力安全系统、回路冷却系统、化学药物添加系统、
净化系统、补水系统、设备冷却系统和泄漏试验段组成。泄漏试验段与核反应堆压力管道泄漏试验装置主回路系统进行连接，并在泄漏试验段的进、出口分别设置温度、压力测点。主回路系统由一台主泵、一个
气动调节阀、一个手动调节阀、止回阀、管道和测量仪表组成。压力安全系统由稳压器、喷雾管、释放管、电动调节阀、
安全阀、凝汽罐等组成。回路冷却系统由一台冷却器、电动调节阀和管道、仪表组成。净化系统由再生和非再生式冷却器、混合离子交换柱、氢型阳离子交换柱、电动调节阀、常开
电磁阀、管道、测量仪表组成。补水系统由储水箱、三
柱塞和单柱塞补水泵等组成。设备
冷却水系统由
自来水管和循环冷却管系组成。冷却水来自自来水母管和循环冷却水母管。泄漏试验段主要包括：管道、泄漏试验件、两台
电动阀门、泄漏收集器等，并在泄漏试验段的进、出口分别设置温度、压力测点，在泄漏处设置泄漏收集器，泄漏试验段如图2所示。核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置的运行工况应与核反应堆压力管道泄漏率计算模型的适用条件第(1)条保持一致。在泄漏试验段布置声发射传感器用于探测泄漏声发射信号，8个声发射传感器距离泄漏源的距离由近到远布置，并在声发射传感器的后端设置泄漏监测系统。
[0042] 再次进行核反应堆压力管道泄漏模拟试验，核反应堆压力管道泄漏模拟试验过程及方法如下所述，试验工况与模型的适用条件保持一致。
[0043] 1)将泄漏试验件连接至泄漏试验段，对回路进行打压，确认回路无异常后，开展下一步工作；
[0044] 2)在泄漏收集器后端阀门关闭情况下，建立试验段内温度压力条件；
[0045] 3)达到试验额定工况后，启动泄漏监测系统，开始进行泄漏试验；
[0046] 4)开启阀门，观察背压压力表读数变化，待其不再下降且出水稳定后进行泄漏流量收集并测量，同时进行泄漏声发射信号采集；
[0047] 5)额定工况点测量完毕后，回路降温降压，待达到下一个测点的工况后，继续进行泄漏试验；
[0048] 6)所有工况点泄漏试验完成后，回路降温降压，换下一个泄漏试验件，重复上述试验过程，直至完成全部泄漏试验件的泄漏试验。
[0049] 完成试验后，对泄漏声发射信号水平与泄漏率
数据处理：
[0050] 通过上述泄漏试验实际采集的泄漏声发射信号水平是本底噪声与泄漏产生的声发射信号水平的叠加，为了获得真实的泄漏产生的声发射信号水平，应采用以下方法去除本底噪声的影响。
[0051]
[0052] Uk—无泄漏时，测量的本底噪声水平，
[0053] Ua—有泄漏时，测量的泄漏声发射信号水平,
[0054] U—经本底噪声修正的声发射信号水平。
[0055] 通过核反应堆压力管道泄漏模拟试验获取了不同泄漏率下离泄漏源不同距离的声发射信号水平Uij，其中i表示不同泄漏率点，j表示不同距离点。
[0056] 根据声发射信号在金属管道表面传播呈指数衰减的特性，对一种泄漏率下离泄漏源不同距离的声发射信号水平进行指数拟合U＝ke-αL，见图3。根据拟合的指数关系式，计算出第一种泄漏率下泄漏源的声发射信号水平U10，按同样的方法依次计算出其他泄漏率下泄漏源的声发射信号水平U20，U30，…。
[0057] 由此可以求得一系列不同泄漏率Gi下泄漏源的声发射信号水平的Ui0，通过二次多项式拟合(Ui0，Gi)求得基于声发射的核反应堆压力管道泄漏率计算模型G＝f(U)。
[0058] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
