核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统技术方案

本发明专利技术公开了核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，所述系统包括：信号采集单元，用于采集核反应堆压力容器环形密封面上采集到的声发射信号，并将采集的信号传递给调理单元；调理单元，用于对从信号采集单元接收到的信号进行电气隔离、程控放大、带通滤波处理，并将处理后的信号传递给处理单元；处理单元，用于基于调理单元传输的信号，获得核反应堆压力容器环形密封面的声发射信号有效值，通过声发射信号有效值判断核反应堆压力容器环形密封面是否存在泄漏，解决了现有技术不能有效的对核反应堆压力容器环形密封面进行监测的技术问题，实现了能够有效的对核反应堆压力容器环形密封面的泄漏实时监测。

Leak location and monitoring system for the annular sealing surface of nuclear reactor pressure vessel

【技术实现步骤摘要】
核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统
本专利技术涉及核反应堆的泄漏监测领域，具体地，涉及核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统。
技术介绍
核反应堆的泄漏监测方法有很多，例如地坑监测、温湿度监测、辐射剂量监测等，这些方法虽然泄漏监测灵敏度尚可，但是泄漏量监测的准确性和泄漏位置监测的准确性都不高。基于声发射的泄漏监测方法在管道泄漏时会产生应力波，其声波值的大小与探测器距离泄漏点的位置及泄漏量的大小成比例，因此其泄漏定位定量的准确性较高，是一种核反应堆泄漏监测可行的方法。然而现有的应用于核反应堆的基于声发射的泄漏监测方法，只能对一条管道内的声发射信号进行泄漏监测，即只能在一维空间上对一条直线上进行泄漏监测。压力容器环形密封面的泄漏在一个平面上产生，其泄漏与一维空间相比泄漏速度更快、空间更广，若不进行泄漏监测对核反应堆的影响不可忽视，但是二维面监测的技术研究仍然为一片空白且难度较大。综上所述，本申请专利技术人在实现本申请实施例中专利技术技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：在现有技术中，不能对核反应堆压力容器环形密封面进行二维泄漏面监测，而这样的监测对于核电站和反应堆的意义却是相当大的。
技术实现思路
本专利技术提供了核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，解决了现有技术不能有效的对核反应堆压力容器环形密封面进行监测的技术问题，实现了能够有效的对核反应堆压力容器环形密封面的泄漏实时监测。进一步的，本系统还综合两组数据减小了定位定量误差，能够对监测数据进行分析和记录，且系统本身配备六种故障诊断实时监测，便于对该系统在核反应堆的长期稳定运行进行管理。为实现上述专利技术目的，本申请提供了核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，所述系统包括：信号采集单元，用于采集核反应堆压力容器环形密封面上采集到的声发射信号，并将采集的信号传递给调理单元；调理单元，用于对从信号采集单元接收到的信号进行电气隔离、程控放大、带通滤波处理，并将处理后的信号传递给处理单元；处理单元，用于基于调理单元传输的信号，获得核反应堆压力容器环形密封面的声发射信号有效值，通过声发射信号有效值判断核反应堆压力容器环形密封面是否存在泄漏。其中，本系统的主要功能为：压力容器环形密封面泄漏监测系统用于对反应堆压力容器环形密封面上的声发射信号进行甄别、程控放大、带通滤波等信号处理，并传输给上层采集系统进行泄漏定位定量的算法计算，以便于实时监测压力容器环形密封面的泄漏情况。核反应堆压力容器环形密封面泄漏监测系统主要功能如下：(1)对压力容器环形密封面的声发射信号甄别、信号调理并输出至采集系统；(2)提供一种基于环形密封面的二维泄漏监测技术手段，能准确对环形密封面上的泄漏定位定量，该技术手段具有一定稳定性和故障容错性。优选的，所述信号采集单元包括若干路声发射信号采集线路，每路声发射信号采集线路均包括：一个声发射传感器和前置放大器；声发射传感器用于在核反应堆压力容器环形密封面上采集到的声发射信号传递给对应的前置放大器进行前置放大，将前置放大后的信号转换为电压信号，将转换后的电压信号传递给调理单元。优选的，所述处理单元还用于通过声发射信号有效值获得核反应堆压力容器环形密封面的泄漏位置和泄漏量。其中，本专利技术的系统结构框图见附图2，本专利技术的原理为：若环形密封面上发生泄漏会产生超声应力波，经泄漏面的传输后由四路声发射传感器将其转换为电压信号，其中传感器连接于波导杆并焊接在环形密封面上。四路电压信号经过前置放大器并将信号转换为电压信号，前置放大器的供电电压由调理系统提供。经过前置放大器之前的信号一般仅为几十mV左右，因此前置放大器保证了携带泄漏信息的声发射信号能够稳定传输。调理系统(即调理单元)对声发射信号进行电气隔离、程控放大、带通滤波等信号处理并将其输出至采集系统，其中程控放大电路有1、10、50、100四种程控放大倍数的选择，带通滤波为八阶巴特沃兹滤波电路。调理后的声发射信号通过采集系统获得环形密封面上的四个有效值，如图1所示。四个有效值通过压力容器环形密封面的泄漏定位定量算法计算可以得到环形密封面是否存在泄漏、泄漏位置、泄漏量等结果。若存在泄漏，则由系统输出至报警机箱和DCS系统，泄漏数据库会进行存储，并保存泄漏时的时频域声发射信号，用于后续分析报告。此外，采集系统(即处理单元)可以通过产生仿真泄漏信号数据的方式验证压力容器环形密封面的泄漏算法功能的正确性，保证泄漏监测定位定量算法参数设置的有效性，保证系统功能的正常运行和监测。整个系统通过UPS系统经电源分配盘转换适当电压后为调理系统和采集系统供电，若断开220V电压，UPS电源通过电池为系统提供15分钟左右的紧急供电，并在电量小于30％时保存数据，安全退出。本专利技术的核心技术为环形密封面泄漏定位定量监测流程。如图1所示，泄漏源点在一个环形密封面上产生，其泄漏会蔓延到圆上的每个区域，为一个平面的泄漏。4个传感器为声发射传感器，声发射信号的频率为50kHz-200kHz，其位置分布为十字对称且不位于环形密封面上，但其距离可以根据实际情况设置，这样设计的目的是：由于泄漏产生于圆环但在环形面上蔓延，传感器对称分布方便建立直角坐标系，方便定位定量的计算，减少定位定量的误差，传感器由于环形面温度过高的原因通过一个机械波导杆焊接于环形密封面上(若温度不高其本身可直接焊接在密封面上)，4个传感器各自对应的波导杆在环形密封面上的位置坐标表示为(x1,0),(0,y1),(-x1,0),(0,-y1)。监测流程包括：步骤1：测量压力容器环形密封面的半径r和泄漏声发射信号的指数衰减常数α；步骤2：采用4个对称布置的声发射传感器测量泄漏声发射信号并转换为电压信号；步骤3：电压信号经前置放大器、声发射调理模块后由同步采集卡实时采集得到4个声发射处理泄漏有效值；步骤4：通过最大的两个泄漏有效值确定泄漏象限，并据此把数据分为两组，每组数据由三个有效值组成；步骤5：每组数据经推导公式计算得到环形密封面泄漏角度θ，并根据泄漏位置(θ即为发生泄漏时前面四种情况推导的泄漏圆环位置对应的角度,位置可表示为(rcosθ,rsinθ)，若选择一种情况下的一组数据，则此情况下θ＝θ1或θ＝θ2，若选择两组数据，则为前面描述的综合平均后的结果)计算泄漏源点的声发射信号有效值，再由泄漏源点统计有效值(泄漏源点有效值为前述的UP，统计表示可综合一段时间内求得的UP做一个平均再进行泄漏率G的计算)根据声发射信号与泄漏率的关系式得到金属压力管道冷却剂泄漏率G。测量推导复杂但应用方便快捷，定位准确。衰减常数α与管道制作材料、信号波的频率等有关系，实际中采用不同泄漏率下的泄漏有效值求解。泄漏声发射信号衰减公式为：Ui＝UP·exp(-αLi)，其中泄漏处声发射信号值为UP，与泄漏位置距离Li处的信号值为Ui，α为距离衰减常数，其求解式为：测出两组数据即可以使用此公式计算。数据分组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，所述系统包括：/n信号采集单元，用于采集核反应堆压力容器环形密封面上采集到的声发射信号，并将采集的信号传递给调理单元；/n调理单元，用于对从信号采集单元接收到的信号进行电气隔离、程控放大、带通滤波处理，并将处理后的信号传递给处理单元；/n处理单元，用于基于调理单元传输的信号，获得核反应堆压力容器环形密封面的声发射信号有效值，通过声发射信号有效值判断核反应堆压力容器环形密封面是否存在泄漏。/n

【技术特征摘要】
1.核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，所述系统包括：
信号采集单元，用于采集核反应堆压力容器环形密封面上采集到的声发射信号，并将采集的信号传递给调理单元；
调理单元，用于对从信号采集单元接收到的信号进行电气隔离、程控放大、带通滤波处理，并将处理后的信号传递给处理单元；
处理单元，用于基于调理单元传输的信号，获得核反应堆压力容器环形密封面的声发射信号有效值，通过声发射信号有效值判断核反应堆压力容器环形密封面是否存在泄漏。


2.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，所述信号采集单元包括若干路声发射信号采集线路，每路声发射信号采集线路均包括：一个声发射传感器和前置放大器；声发射传感器用于在核反应堆压力容器环形密封面上采集到的声发射信号传递给对应的前置放大器进行前置放大，将前置放大后的信号转换为电压信号，将转换后的电压信号传递给调理单元。


3.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，所述处理单元还用于通过声发射信号有效值获得核反应堆压力容器环形密封面的泄漏位置和泄漏量。


4.根据权利要求2所述的核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，所述信号采集单元包括4路声发射信号采集线路，每个声发射传感器均对应一个波导杆，声发射传感器与波导杆的一端连接，波导杆的另一端焊接在核反应堆压力容器环形密封面上，其中，核反应堆压力容器环形密封面的中心为平面直角坐标系的坐标原点，4个声发射传感器各自对应的波导杆在环形密封面上的位置坐标分别为：第一声发射传感器(x1,0)，第二声发射传感器(y1,0)，第三声发射传感器(-x1,0)，第四声发射传感器(-y1,0)。


5.根据权利要求4所述的核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，处理单元获得有效值数据，包括：4个声发射处理泄漏有效值；通过有效值数据中数值第一大和数值第二大的两个泄漏有效值，在核反应堆压力容器环形密封面对应的平面直角坐标系中确定泄漏象限，将有效值数据分为两组，包括：第一有效值分组数据和第二有效值分组数据，第一有效值分组数据包括：有效值数据中数值第一大的数值有效值、有效值数据中数值第二大的有效值、剩余两个有效值数据中的一个有效值；第二有效值分组数据包括：有效值数据中数值第一大的数值有效值、有效值数据中数值第二大的有效值、剩余两个有效值数据中的另外一个有效值；
基于第一有效值分组数据和第二有效值分组数据，计算得到环形密封面的泄漏角度θ，并根据泄漏位置计算泄漏源点的声发射信号有效值，再由泄漏源点统计有效值根据声发射信号与泄漏率的关系式得到金属压力管道冷却剂泄漏率G。


6.根据权利要求5所述的核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，压力容器环形密封面的半径为r，泄漏声发射信号的指数衰减常数α，
泄漏声发射信号衰减公式为：Ui＝UP·exp(-αLi)，其中，泄漏处声发射信号值为UP，与泄漏位置距离Li处的信号值为Ui，α为距离衰减常数，其求解式为：


7.根据权利要求5所述的核反应堆压力容器环形密封面泄漏定位监测系统，其特征在于，U1、U2、U3、U4分别为4个声发射处理泄漏有效值，压力容器环形密封面的半径为r...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兆翔，刘才学，何攀，彭翠云，王瑶，曾杰，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51