CN113284636A - 一种核电管道和核电管道的泄漏监测***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电管道和核电管道的泄漏监测***和方法，属于核电技术领域，包含：中空的管道主体，管道主体的整个外壁分布有沿经向和纬向排布并形成网状的振动传感光纤；振动传感光纤的一端连接光电转换器，用于将所述振动传感光纤的振动信号转化为电信号；所述光电转换器用于连接所述电信号的接收和分析装置。本发明可以精确的检测核电管道的泄漏位置。

Description

一种核电管道和核电管道的泄漏监测***和方法
技术领域
本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电管道和核电管道的泄漏监测***和方法。
背景技术
核电高能管道在核电行业中是一个必不可少的设备，对其实现有效地泄漏监测与故障诊断是当前核电行业的一个重难点之一，也当前的热点问题之一。由于核电高能管道工作环境的特殊性，传统的泄漏监测方法很难实现对其精确的泄漏定位监测。
一般的核电管道泄漏监测用温湿度监测方法，或者是测温光纤的方法，但是该方法由于是应用在核电管道中，因此存在很多的局限性，例如，温湿度方法需要破坏核电管道的外壳以便于安装温湿度传感器,既不方便，也会对核电管道造成安全威胁。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种核电管道和核电管道的泄漏监测***和方法,以解决现有技术中核电管道泄漏监测不便的问题。
本发明解决上述技术问题，本发明一方面提出一种核电管道，包括：
中空的管道主体，所述管道主体的整个外壁分布有沿经向和纬向排布并形成网状的振动传感光纤；所述振动传感光纤的一端连接光电转换器，用于将所述振动传感光纤的振动信号转化为电信号；所述光电转换器用于连接所述电信号的接收和分析装置。
进一步的，所述振动传感光纤从管道主体的一端开始先进行经向和纬向排布形成网状的为一根连续的振动传感光纤。
进一步的，所述管道主体的两个端口处均匀设置有凸起，用于振动传感光纤在纬向分布的间距分配和绕向转折。
进一步的，所述管道主体的外壁上均匀设置有至少一排沿管道延伸的方向分布的凸起，用于振动传感光纤在经向分布的间距分配和绕向转折。
进一步的，所述管道主体的外壁包裹保温层，使所述振动传感光纤位于管道主体与保温层之间；所述保温层的内壁与所述管道主体的外壁之间保持3-4CM的间隙；所述管道主体的材质为奥氏体不锈钢。
本发明另一方面还提供一种核电管道泄漏监测***，包括：
中空的管道主体，所述管道主体的整个外壁分布有沿经向和纬向排布并形成网状的振动传感光纤；所述振动传感光纤的一端连接光电转换器，用于将所述振动传感光纤的振动信号转化为电信号；
数据处理器，与所述光电转换器连接，用于接收并分析所述光电转换器采集的振动信号；并对分析结果进行输出，以及当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号。
进一步还包括：
显示装置，所述显示装置连接所述数据处理器，对所述数据处理器的数据分析结果进行显示。
进一步的，所述光电转换器与所述数据处理器之间还设置有数据传输线缆。
本发明再一方面还提供一种核电管道泄漏监测法，包括：
光电转换器从连接的振动传感光纤获取振动信号并将获取的振动信号转换为电信号，所述振动传感光纤在整个管道主体的外壁沿经向和纬向排布并形成网状，所述光电转换器设置在所述振动传感光纤的一端；
数据处理器从所连接的光电转换器接收其采集的振动信号并按照预设算法分析所述振动信号，当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号；所述预设算法为：
Figure BDA0003067509730000031
Figure BDA0003067509730000032
式中
x行表示泄漏区域所在的行数；
y列表示泄漏区域所在的列数；
[·]表示结果向上取整；
x表示所有纬向振动光纤长度；
T行表示振动光纬向环绕一周的周期长度；
T列表示振动光经向环绕一周的周期长度。
进一步的，所述步骤数据处理器从所连接的光电转换器连接接收其采集的振动信号并分析所述振动信号，当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号进一步设置为：
数据处理器从所连接的光电转换器连接接收其采集的振动信号并分析所述振动信号是否超出设定幅度，当所采集的振动信号的振幅超过设定阈值时，判断所述振动信号为异常振动信号并发出报警信号。
本发明实现的核电管道和核电管道的泄漏监测***和方法，应用振动传感光纤技术在核电高能管道上的泄漏监测，对比于温湿度监测方法，该方法可以在更大程度上实现对核电高能管道外壳的保护。相对于常规的泄漏监测方法，由于只可以对核电泄漏的轴向定位，核电管道的直径较大，如果泄漏量较小，由于空间分辨率不足引起定位误差的问题，核电管道的径向定位排查起来较为困难,该方法由于经纬线网状分布在管道外壁的振动传感光纤，密集的分布率使对于微小的核电高能管道的泄漏监测上更具优势，有效的提高了核电高能管道的泄漏监测效果，从而实现了核电管道的精确定位。
附图说明
图1为本发明至少一个的实施例提供的核电管道上振动传感光纤布局示意图；
图2为本发明图1中振动传感光纤布局展开示意图；
图3为本发明实施例二提供的核电管道泄漏监测***示意图；
图4为本发明实施例提供的振动差分结果示意图；
图5为本发明实施例三提供的核电管道泄漏监测方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明第一实施例提供一种核电管道，包括：
中空的管道主体1，所述管道主体的整个外壁分布有沿经向和纬向排布并形成网状的振动传感光纤2；
其中，作为核电管道的主体，其材质、管壁厚度和强度需要满足核电要求，其管道主体之内充满循环冷却水或者蒸汽。所述管道主体的外壁包裹保温层，使所述振动传感光纤位于管道主体与保温层之间；所述保温层的内壁与所述管道主体的外壁之间保持3-4CM的间隙；所述管道主体的材质为奥氏体不锈钢。
振动传感光纤作为分布式传感器，可以准确测量光纤沿线上任意一点上的应力、温度、振动等信息。振动传感光纤作为传感器被安装在核电泄漏管道上，其中振动光纤安装在核电管道上方式如上图1所示，振动光纤先沿管道轴向或纬向前进距离a，然后缠绕管道一圈，再向前进距离a，绕管道再缠一圈，如此往复，直至前进到管道边缘；继而按照布线展开图在边缘的右上角转一圈后，沿轴向从管道一边前进至另外一边，沿管道边缘或经向圆弧前进长度a，再沿轴向前进至另外一边，如此反复，直到铺满整个管道外表面。线段上起点处的空白处与终点的实线正好结合，同理，终点处的空白处由起点处的实线相结合，正好光纤会包围整个管面，并将管道表面切割成众多固定大小的正方形，且每个正方形的大小边长为a。在管道外壁形成的振动传感光纤网状结构展开后即为图2所示的网格图。为使振动传感光纤在经向和纬向的缠绕更方便更准确，所述管道主体的两个端口处均匀设置有凸起，两个凸起之间的距离为a，用于振动传感光纤在纬向分布的间距分配和绕向转折。所述管道主体的外壁上均匀设置有至少一排沿管道延伸的方向分布的凸起，两个凸起之间的距离为a，用于振动传感光纤在经向分布的间距分配和绕向转折。作为可选的方式，所述振动传感光纤可以借助其他介质，例如薄膜等先形成光纤网，然后再将光纤网套在管道外壁。
所述振动传感光纤2在缠绕完管道主体后，还可以继续延伸作为信号缆线传递信号，直至所连接的光电转换器处。
所述振动传感光纤2的一端连接光电转换器5，用于将所述振动传感光纤的振动信号转化为电信号；所述光电转换器5用于连接所述电信号的接收和分析装置。
所述电信号的接收和分析装置可以为数据处理器、上位机等。
所述振动传感光纤从管道主体的一端开始先进行经向和纬向排布形成网状的为一根连续的振动传感光纤。可选的，所述经向为一根振动传感光纤，纬向为另一根振动传感光纤，交错缠绕形成网状，每根振动传感光纤的末端连入光电转换器5。
实施例二
本发明第二实施例提供一种核电管道泄漏监测***，包括：
中空的管道主体1，所述管道主体的整个外壁分布有沿经向和纬向排布并形成网状的振动传感光纤2；所述振动传感光纤2的一端连接光电转换器5，用于将所述振动传感光纤的振动信号转化为电信号；
数据处理器6，与所述光电转换器连接，用于接收并分析所述光电转换器采集的振动信号；并对分析结果进行输出，以及当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号。
所述光电转换器可以是直接连接在数据处理器端，也可以处于一个中继位置，由其他信号传输缆线或装置进一步将光电转换器的信号传递给数据处理器端。
在振动传感光纤的一端连接光电转换器，其中光电转换器可以将振动传感光纤的光信号转换为电信号，而振动传感光纤中的光信号就代表着振动信号，因此只需要通过监测光电转换器转换后的电信号即可实现对振动信号的采集，光电转换器中的电信号可以用信号采集卡进行采集，进一步将采集到的振动信号在数据处理器中进行信号处理，设定核电管道泄漏阈值，对核电管道进行实时状态监测。
显示装置7，所述显示装置连接所述数据处理器，对所述数据处理器的数据分析结果进行显示。
而振动信号可以通过与所述数据处理器连接显示器显示如图4所示的信号波动情况。如果差分的结果在图1所示的点3出现异常，具体表现为图4差分振幅与相邻的位置对比出现明显的跳跃现象，直接可以定位到该点的振幅发生异常。
实施例三
本发明第三实施例提供一种核电管道泄漏监测法，如图5所示，包括：
S1，光电转换器从连接的振动传感光纤获取振动信号并将获取的振动信号转换为电信号，所述振动传感光纤在整个管道主体的外壁沿经向和纬向排布并形成网状，所述光电转换器设置在所述振动传感光纤的一端；
S2，数据处理器从所连接的光电转换器接收其采集的振动信号并按照预设算法分析所述振动信号，当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号。
进一步的，所述步骤数据处理器从所连接的光电转换器连接接收其采集的振动信号并分析所述振动信号，当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号进一步设置为：
数据处理器从所连接的光电转换器连接接收其采集的振动信号并分析所述振动信号是否超出设定幅度，当所采集的振动信号的振幅超过设定阈值时，判断所述振动信号为异常振动信号并发出报警信号；
所述预设算法为：
Figure BDA0003067509730000071
Figure BDA0003067509730000072
式中
x行表示泄漏区域所在的行数；
y列表示泄漏区域所在的列数；
[·]表示结果向上取整；
x表示所有纬向振动光纤长度；
T行表示振动光纬向环绕一周的周期长度；
T列表示振动光经向环绕一周的周期长度。
以图1所示的核电管道为例，在点3发生振动信号异常，所述振动信号异常包括核电管道破裂或泄漏时管道的振动信号，计算破裂或泄漏点的预设算法包括：
核电管道的半径r及管道长度c为已知量，则部署在核电管道上振动传感光纤径向绕一圈的长度为l＝2πr，假设每个小正方形的边长为a，则环绕管道一圈之后，其环绕总共有小正方形的个数为n＝la紧密相连，由于每个正方形的边长已知，总体光纤的长度已知，管道半径以及长度均已知，光纤的布局方式也已知，因此每个正方形的区域位置也可以计算得到，部分区域计算结果如下表所示。其展开效果图如上图所示，其中A～J正方形的边长坐标分别为(注：正方形最左边的边记x1,以顺时针方向分别记为x2，x3，x4)
Figure BDA0003067509730000081
Figure BDA0003067509730000091
当图2所示的区域E(即点3处)发生泄漏时，振动传感光纤作为传感器将泄漏处相关振动信息经光电转换器及数据采集卡采集到数据处理器，然后在数据处理器中对采集到的振动信号进行实时振幅振动差分(振幅振动差分技术是用实时采集到的振动信号与上一周期采集到的振动信号进行差分)，差分后的结果以横坐标是光纤长度，纵坐标是振动差分的幅值展示。显然，由于此处振动监测精度是以正方形为单位，因此，有四条边可以监测到信号异常如上图4所示。可以根据图4中x1x2x3x4的数值可以快速定位到泄漏区域A-J，即此泄漏位置可以定位在一个边长为a的正方形区域内。最终，在上位机或数据处理器的界面中直接定位到显示泄漏正方形的位置，若是E区域发生泄漏，则泄漏信息为第四行第五列，根据此方法可以快速定位到泄漏区域，大大的提高了运维人员检修时间。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种核电管道，其特征在于包括：
中空的管道主体，所述管道主体的整个外壁分布有沿经向和纬向排布并形成网状的振动传感光纤；所述管道主体之内充满循环冷却水或者蒸汽；
所述振动传感光纤的一端连接光电转换器，用于将所述振动传感光纤的振动信号转化为电信号；所述光电转换器用于连接所述电信号的接收和分析装置。
2.根据权利要求1所述的核电管道，其特征在于：所述振动传感光纤从管道主体的一端开始先进行经向和纬向排布形成网状的为一根连续的振动传感光纤。
3.根据权利要求1所述的核电管道，其特征在于：所述管道主体的两个端口处均匀设置有凸起，用于振动传感光纤在纬向分布的间距分配和绕向转折。
4.根据权利要求1所述的核电管道，其特征在于：所述管道主体的外壁上均匀设置有至少一排沿管道延伸的方向分布的凸起，用于振动传感光纤在经向分布的间距分配和绕向转折。
5.根据权利要求1所述的核电管道，其特征在于：所述管道主体的外壁包裹保温层，使所述振动传感光纤位于管道主体与保温层之间；所述保温层的内壁与所述管道主体的外壁之间保持3-4CM的间隙；所述管道主体的材质为奥氏体不锈钢。
6.一种核电管道泄漏监测***，包括：
中空的管道主体，所述管道主体的整个外壁分布有沿经向和纬向排布并形成网状的振动传感光纤；所述振动传感光纤的一端连接光电转换器，用于将所述振动传感光纤的振动信号转化为电信号；
数据处理器，与所述光电转换器连接，用于接收并分析所述光电转换器采集的振动信号；并对分析结果进行输出，以及当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号。
7.根据权利要求6所述的核电管道泄漏监测***，其特征在于，还包括：
显示装置，所述显示装置连接所述数据处理器，对所述数据处理器的数据分析结果进行显示。
8.根据权利要求6所述的核电管道泄漏监测***，其特征在于，所述光电转换器与所述数据处理器之间还设置有数据传输线缆。
9.一种核电管道泄漏监测法，其特征在于包括：
光电转换器从连接的振动传感光纤获取振动信号并将获取的振动信号转换为电信号，所述振动传感光纤在整个管道主体的外壁沿经向和纬向排布并形成网状，所述光电转换器设置在所述振动传感光纤的一端；数据处理器从所连接的光电转换器接收其采集的振动信号并按照预设算法分析所述振动信号，当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号；所述预设算法为：
Figure FDA0003067509720000021
Figure FDA0003067509720000031
式中
x行表示泄漏区域所在的行数；
y列表示泄漏区域所在的列数；
[·]表示结果向上取整；
x表示所有纬向振动光纤长度；
T行表示振动光纬向环绕一周的周期长度；
T列表示振动光经向环绕一周的周期长度。
10.根据权利要求9所述的核电管道泄漏监测法，其特征在于，所述步骤数据处理器从所连接的光电转换器连接接收其采集的振动信号并分析所述振动信号，当分析结果中包含振动信号异常的结果时发出报警信号进一步设置为：
数据处理器从所连接的光电转换器连接接收其采集的振动信号并分析所述振动信号是否超出设定幅度，当所采集的振动信号的振幅超过设定阈值时，判断所述振动信号为异常振动信号并发出报警信号。
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