CN117361712A - 一种用于核电二回路的水质净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于核电二回路的水质净化方法，涉及核电厂二回路水质净化技术领域，本发明基于稀土合金组成的封闭磁场过滤与机械过滤技术，结合多点非能动设计，有效地提高核电二回路水质净化的效率与可靠性，能够有效去除微小颗粒、悬浮物、重金属离子等对核电二回路水质造成污染的物质，通过过滤介质的微孔结构和筛网，将水中的悬浮物、颗粒、泥沙等物质过滤掉，从而达到净化水质的目的，机械过滤技术具有简单、易操作、效果明显的特点，可以有效去除核电二回路中的杂质，保证冷却剂的纯净，多点非能动设计通过合理布置多个过滤点，使得水流在通过过滤介质时更加均匀，减少局部阻塞和压力损失，提高水质净化的效率。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂二回路水质净化技术领域，具体为一种用于核电二回路的水质净化方法。
背景技术
核能是一种高效、清洁的能源形式，它可以在不产生大量二氧化碳等温室气体的情况下提供大量的电力，而核电厂二回路的水质净化在电厂运行过程中起到关键作用，良好的二回路的水质净化可以最大限度地降低二回路***设备，特别是蒸汽发生器的腐蚀，提高核电厂运行的安全性和可靠性，核电厂二回路***水化学控制技术的不断优化，使二回路的水质得到明显改善。
二回路的水质净化的目的是降低***设备的腐蚀，减少腐蚀产物转移到蒸汽发生器内，降低蒸汽发生器二次侧的杂质离子浓度，改善传热管的缝隙化学环境，从而避免蒸汽发生器传热管的晶间腐蚀和应力腐蚀开裂，目前，核电厂水化学管理的关键已经从控制水质的不超标转变为尽量降低***杂质离子的含量，因为只有在***使杂质离子控制在尽量低的水平，才能有效地降低二回路***的腐蚀，防止蒸汽发生器传热管的腐蚀开裂，二回路杂质来源主要有补给水污染、海水泄漏、空气漏入真空***、冷却水进入二回路水汽***、树脂再生剂、破碎树脂、二回路***添加剂等，这些杂质随着给水进入蒸汽发生器，发生杂质浓缩沉积现象并沉积在蒸汽发生器内对蒸汽发生器的运行产生不利影响。核电厂通过对补水水质控制、树脂及再生剂、二回路添加剂品质控制，监督和处理泄漏等方法控制可能引入的杂质。
然而在核反应堆的运行过程中，液体冷却剂通过一系列管道流动，以保持反应的稳定性，但是这些液体往往含有各种杂质和铁离子，这些铁离子会对核反应堆产生不利影响，因此亟需一种可以除去杂质和铁离子的用于核电二回路的水质净化方法来解决此类问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于核电二回路的水质净化方法，解决现有技术中存在的液体冷却剂，含有各种杂质和铁离子，铁离子会对核反应堆产生不利影响的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现，本发明提供了一种用于核电二回路的水质净化方法，包括：
步骤1.采用稀土合金封闭磁场过滤，选择具有磁性特性的稀土合金材料，构建封闭磁场过滤器，安装封闭磁场过滤器在核电二回路水循环***，利用磁场作用将悬浮在水中的微小杂质颗粒吸附并固定在过滤介质上；
步骤2.二次机械过滤，使用微孔结构和筛网的机械过滤器，位于封闭磁场过滤器之前，用于去除大颗粒、泥沙和悬浮物质；
步骤3.多点非能动过滤点布置，布置多个过滤点，在水流通过过滤介质时均匀分布，减少局部阻塞和压力损失；
步骤4.实时智能监测，基于机器学习技术，实时监测水质参数，包括颗粒浓度、离子浓度、温度，动检测异常，预测设备故障，并提供维护建议；
步骤5.稳定化处理，使用化学稳定剂，选用磷酸盐和磷酸盐聚合物，降低腐蚀、沉积和水垢的形成，稳定剂的添加量根据监测模型的预测结果和反馈进行调整。
本发明进一步地设置为：所述多点非能动过滤点的布置确保在水流通过过滤介质时均匀分布，减少局部阻塞和压力损失，具体布置方式包括：
a.选用包括砂、石英砾石、滤布作为过滤介质，用于水质净化的材料；
b.使用计算流体力学CFD模拟确定最佳的过滤介质布置方案；
c.基于***流量和水质要求，确定需要布置的过滤点的数量；
d.确定每个过滤点的具体尺寸和介质的填充方式；
e.根据设计方案，布置每个过滤点，具体包括设置支撑结构和填充过滤介质；
本发明进一步地设置为：所述基于流体力学CFD模拟，具体为：
收集初始数据，包括流体密度、粘度，***的几何形状和尺寸，所述几何形状和尺寸包括通道、过滤介质的尺寸、管道直径信息；
建立三维CFD模型，包括整个水质净化***的几何形状和过滤介质的位置；
采用Navier-Stokes方程描述流体的行为，包括质量守恒和动量守恒，具体描述方式为：
，其中V表示速度场；
，
其中表示密度，P表示压力，μ表示粘度，/>表示重力矢量；
定义入口速度和出口压力；
生成用于求解Navier-Stokes方程的计算网格，用于以捕获流动的细节；
使用CFD软件对建立的模型进行数值求解，获得速度场和压力场的数值解；
分析模拟结果，包括速度分布、压力分布和流体在过滤介质中的分布；
本发明进一步地设置为：所述定义入口速度和出口压力具体包括：
确定在模拟中的入口位置，根据实际情况定义入口速度场，设入口速度均匀，则入口速度分布具体为：
，表示速度向量在入口处只有一个分量/>，在X方向上具有常量值，而在Y方向上为零；
在CFD软件将入口位置上的速度设置为的速度分布；
本发明进一步地设置为：所述定义入口速度和出口压力还包括：
确定在模拟中的出口位置，根据实际情况或***要求，定义出口处的压力，设出口压力为常数，则出口速度分布具体为：
，表示出口处的压力为一个固定值；
在CFD软件中，将出口位置上的压力设置为的压力；
本发明进一步地设置为：所述确定过滤点数量方法具体为：
基于***所需的总流量以及每个过滤点的过滤介质的处理能力，计算所需的过滤点数量，具体为：
，
其中表示所需的过滤点数量，/>为***的总流量需求，/>表示每个过滤点的过滤介质处理能力；
本发明进一步地设置为：所述实时智能监测具体包括：
使用传感器实时测量颗粒浓度、离子浓度和温度；
从原始数据中提取有用的特征，采用循环神经网络建立训练模型；
使用历史数据训练机器学习模型，使其理解水质参数的变化模式；
将模型部署到实时监测***中，实时接收来自传感器的数据并进行预测；
通过监测模型的预测结果，基于模型预测的残差检测是否存在异常情况；
本发明进一步地设置为：所述训练模型建立步骤具体包括：
获取包含颗粒浓度、离子浓度、温度水质参数的历史数据，此处数据包括时间戳；
从原始数据中提取关键特征，包括：均值、方差、最大值、最小值，具体统计方式为：
，其中N是样本数量，/>表示样本值；
使用滑动窗口计算特定时间段内的统计信息；
将每个时间窗口内的水质参数数据作为输入序列，将下一个时间步的水质参数作为目标序列；
选用长短时记忆网络LSTM和门控循环单元GRU创建RNN模型；
使用历史数据进行模型训练，使用损失函数度量模型的预测误差；
采用反向传播算法更新模型的权重，最小化损失函数。
（三）有益效果
本发明提供了一种用于核电二回路的水质净化方法。具备以下有益效果：
本申请提出用于核电二回路水质净化的先进方法，采用稀土永磁技术作为除铁的方法，稀土永磁材料在除铁领域具有独特的优势，首先，稀土永磁材料具有极高的磁性能，能够有效地吸附和去除液体中的铁离子，其次，稀土永磁材料具有较高的耐腐蚀性和热稳定性，可以在高温高压环境下长时间运行而不受损坏，此外，稀土永磁材料还具有较长的使用寿命和较低的能耗，能够为核电站节约大量的能源和维护成本。
本方法基于稀土合金组成的封闭磁场过滤与机械过滤技术，结合多点非能动设计，有效地提高核电二回路水质净化的效率与可靠性稀土合金是一种具有磁性的材料，其在水质净化中具有广泛的应用，封闭磁场过滤技术利用稀土合金的磁性特性，通过磁场作用将悬浮在水中的杂质颗粒吸附并固定在过滤介质上，具有高效、可靠的特点，能够有效去除微小颗粒、悬浮物、重金属离子等对核电二回路水质造成污染的物质。
通过过滤介质的微孔结构和筛网，将水中的悬浮物、颗粒、泥沙等物质过滤掉，从而达到净化水质的目的，机械过滤技术具有简单、易操作、效果明显的特点，可以有效去除核电二回路中的杂质，保证冷却剂的纯净，多点非能动设计通过合理布置多个过滤点，使得水流在通过过滤介质时更加均匀，减少局部阻塞和压力损失，提高水质净化的效率，在核电二回路水质净化中，多点非能动设计能够有效地提高稀土合金组成的封闭磁场过滤与机械过滤的效果，保证净化水质的稳定性和一致性。
解决了现有技术中存在的液体冷却剂，含有各种杂质和铁离子，铁离子会对核反应堆产生不利影响的问题。
附图说明
图1为本发明的用于核电二回路的水质净化方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种用于核电二回路的水质净化方法，包括：
步骤1.采用稀土合金封闭磁场过滤，选择具有磁性特性的稀土合金材料，构建封闭磁场过滤器，安装封闭磁场过滤器在核电二回路水循环***，利用磁场作用将悬浮在水中的微小杂质颗粒吸附并固定在过滤介质上；
步骤2.二次机械过滤，使用微孔结构和筛网的机械过滤器，位于封闭磁场过滤器之前，用于去除大颗粒、泥沙和悬浮物质，机械过滤器确保封闭磁场过滤器不受大颗粒污染，提高***的整体效率；
步骤3.多点非能动过滤点布置，布置多个过滤点，在水流通过过滤介质时均匀分布，减少局部阻塞和压力损失；
多点非能动过滤点的布置确保在水流通过过滤介质时均匀分布，减少局部阻塞和压力损失，具体布置方式包括：
a.选用包括砂、石英砾石、滤布作为过滤介质，用于水质净化的材料；
b.使用计算流体力学CFD模拟确定最佳的过滤介质布置方案；
c.基于***流量和水质要求，确定需要布置的过滤点的数量；
d.确定每个过滤点的具体尺寸和介质的填充方式；
e.根据设计方案，布置每个过滤点，具体包括设置支撑结构和填充过滤介质；
基于流体力学CFD模拟，具体为：
收集初始数据，包括流体密度、粘度，***的几何形状和尺寸，几何形状和尺寸包括通道、过滤介质的尺寸、管道直径信息；
建立三维CFD模型，包括整个水质净化***的几何形状和过滤介质的位置；
采用Navier-Stokes方程描述流体的行为，包括质量守恒和动量守恒，具体描述方式为：
，其中V表示速度场；
，
其中表示密度，P表示压力，μ表示粘度，/>表示重力矢量；
定义入口速度和出口压力；
生成用于求解Navier-Stokes方程的计算网格，用于以捕获流动的细节；
使用CFD软件对建立的模型进行数值求解，获得速度场和压力场的数值解；
分析模拟结果，包括速度分布、压力分布和流体在过滤介质中的分布，确定最佳的过滤介质布置方案；
定义入口速度和出口压力具体包括：
确定在模拟中的入口位置，根据实际情况定义入口速度场，设入口速度均匀，则入口速度分布具体为：
，表示速度向量在入口处只有一个分量/>，在X方向上具有常量值，而在Y方向上为零；
在CFD软件将入口位置上的速度设置为的速度分布；
定义入口速度和出口压力还包括：
确定在模拟中的出口位置，根据实际情况或***要求，定义出口处的压力，设出口压力为常数，则出口速度分布具体为：
，表示出口处的压力为一个固定值；
在CFD软件中，将出口位置上的压力设置为的压力；
确定过滤点数量方法具体为：
基于***所需的总流量以及每个过滤点的过滤介质的处理能力，计算所需的过滤点数量，具体为：
，
其中表示所需的过滤点数量，/>为***的总流量需求，/>表示每个过滤点的过滤介质处理能力；
步骤4.实时智能监测，基于机器学习技术，实时监测水质参数，包括颗粒浓度、离子浓度、温度，动检测异常，预测设备故障，并提供维护建议；
实时智能监测具体包括：
使用传感器实时测量颗粒浓度、离子浓度和温度；
从原始数据中提取有用的特征，采用循环神经网络建立训练模型；
使用历史数据训练机器学习模型，使其理解水质参数的变化模式；
将模型部署到实时监测***中，实时接收来自传感器的数据并进行预测；
通过监测模型的预测结果，基于模型预测的残差检测是否存在异常情况；
训练模型建立步骤具体包括：
获取包含颗粒浓度、离子浓度、温度水质参数的历史数据，此处数据包括时间戳；
从原始数据中提取关键特征，包括：均值、方差、最大值、最小值，具体统计方式为：
，其中N是样本数量，/>表示样本值；
使用滑动窗口计算特定时间段内的统计信息；
将每个时间窗口内的水质参数数据作为输入序列，将下一个时间步的水质参数作为目标序列；
选用长短时记忆网络LSTM和门控循环单元GRU创建RNN模型；
使用历史数据进行模型训练，使用损失函数度量模型的预测误差；
采用反向传播算法更新模型的权重，最小化损失函数；
步骤5.稳定化处理，使用化学稳定剂，选用磷酸盐和磷酸盐聚合物，降低腐蚀、沉积和水垢的形成，稳定剂的添加量根据监测模型的预测结果和反馈进行调整。
综合以上内容，在本申请中：
本申请提出用于核电二回路水质净化的先进方法，采用稀土永磁技术作为除铁的方法，稀土永磁材料在除铁领域具有独特的优势。首先，稀土永磁材料具有极高的磁性能，能够有效地吸附和去除液体中的铁离子。其次，稀土永磁材料具有较高的耐腐蚀性和热稳定性，可以在高温高压环境下长时间运行而不受损坏。此外，稀土永磁材料还具有较长的使用寿命和较低的能耗，能够为核电站节约大量的能源和维护成本。
本方法基于稀土合金组成的封闭磁场过滤与机械过滤技术，结合多点非能动设计，有效地提高核电二回路水质净化的效率与可靠性稀土合金是一种具有磁性的材料，其在水质净化中具有广泛的应用。
封闭磁场过滤技术利用稀土合金的磁性特性，通过磁场作用将悬浮在水中的杂质颗粒吸附并固定在过滤介质上，具有高效、可靠的特点，能够有效去除微小颗粒、悬浮物、重金属离子等对核电二回路水质造成污染的物质。
通过过滤介质的微孔结构和筛网，将水中的悬浮物、颗粒、泥沙等物质过滤掉，从而达到净化水质的目的，机械过滤技术具有简单、易操作、效果明显的特点，可以有效去除核电二回路中的杂质，保证冷却剂的纯净，多点非能动设计通过合理布置多个过滤点，使得水流在通过过滤介质时更加均匀，减少局部阻塞和压力损失，提高水质净化的效率。
在核电二回路水质净化中，多点非能动设计能够有效地提高稀土合金组成的封闭磁场过滤与机械过滤的效果，保证净化水质的稳定性和一致性。
解决了现有技术中存在的液体冷却剂，含有各种杂质和铁离子，铁离子会对核反应堆产生不利影响的问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，包括：
步骤1.采用稀土合金封闭磁场过滤，选择具有磁性特性的稀土合金材料，构建封闭磁场过滤器，安装封闭磁场过滤器在核电二回路水循环***，利用磁场作用将悬浮在水中的微小杂质颗粒吸附并固定在过滤介质上；
步骤2.二次机械过滤，使用微孔结构和筛网的机械过滤器，位于封闭磁场过滤器之前，用于去除大颗粒、泥沙和悬浮物质；
步骤3.多点非能动过滤点布置，布置多个过滤点，在水流通过过滤介质时均匀分布，减少局部阻塞和压力损失；
步骤4.实时智能监测，基于机器学习技术，实时监测水质参数，包括颗粒浓度、离子浓度、温度，动检测异常，预测设备故障，并提供维护建议；
步骤5.稳定化处理，使用化学稳定剂，选用磷酸盐和磷酸盐聚合物，降低腐蚀、沉积和水垢的形成，稳定剂的添加量根据监测模型的预测结果和反馈进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，所述多点非能动过滤点的布置确保在水流通过过滤介质时均匀分布，减少局部阻塞和压力损失，具体布置方式包括：
a.选用包括砂、石英砾石、滤布作为过滤介质，用于水质净化的材料；
b.使用计算流体力学CFD模拟确定最佳的过滤介质布置方案；
c.基于***流量和水质要求，确定需要布置的过滤点的数量；
d.确定每个过滤点的具体尺寸和介质的填充方式；
e.根据设计方案，布置每个过滤点，具体包括设置支撑结构和填充过滤介质。
3.根据权利要求2所述的一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，所述基于流体力学CFD模拟，具体为：
收集初始数据，包括流体密度、粘度，***的几何形状和尺寸，所述几何形状和尺寸包括通道、过滤介质的尺寸、管道直径信息；
建立三维CFD模型，包括整个水质净化***的几何形状和过滤介质的位置；
采用Navier-Stokes方程描述流体的行为，包括质量守恒和动量守恒，具体描述方式为：
，其中V表示速度场；
，
其中表示密度，P表示压力，μ表示粘度，/>表示重力矢量；
定义入口速度和出口压力；
生成用于求解Navier-Stokes方程的计算网格，用于以捕获流动的细节；
使用CFD软件对建立的模型进行数值求解，获得速度场和压力场的数值解；
分析模拟结果，包括速度分布、压力分布和流体在过滤介质中的分布。
4.根据权利要求3所述的一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，所述定义入口速度和出口压力具体包括：
确定在模拟中的入口位置，根据实际情况定义入口速度场，设入口速度均匀，则入口速度分布具体为：
，表示速度向量在入口处只有一个分量/>，在X方向上具有常量值，而在Y方向上为零；
在CFD软件将入口位置上的速度设置为的速度分布。
5.根据权利要求3所述的一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，所述定义入口速度和出口压力还包括：
确定在模拟中的出口位置，根据实际情况或***要求，定义出口处的压力，设出口压力为常数，则出口速度分布具体为：
，表示出口处的压力为一个固定值；
在CFD软件中，将出口位置上的压力设置为的压力。
6.根据权利要求2所述的一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，所述确定过滤点数量方法具体为：
基于***所需的总流量以及每个过滤点的过滤介质的处理能力，计算所需的过滤点数量，具体为：
，
其中表示所需的过滤点数量，/>为***的总流量需求，/>表示每个过滤点的过滤介质处理能力。
7.根据权利要求1所述的一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，所述实时智能监测具体包括：
使用传感器实时测量颗粒浓度、离子浓度和温度；
从原始数据中提取有用的特征，采用循环神经网络建立训练模型；
使用历史数据训练机器学习模型，使其理解水质参数的变化模式；
将模型部署到实时监测***中，实时接收来自传感器的数据并进行预测；
通过监测模型的预测结果，基于模型预测的残差检测是否存在异常情况。
8.根据权利要求7所述的一种用于核电二回路的水质净化方法，其特征在于，所述训练模型建立步骤具体包括：
获取包含颗粒浓度、离子浓度、温度水质参数的历史数据，此处数据包括时间戳；
从原始数据中提取关键特征，包括：均值、方差、最大值、最小值，具体统计方式为：
，其中N是样本数量，/>表示样本值；
使用滑动窗口计算特定时间段内的统计信息；
将每个时间窗口内的水质参数数据作为输入序列，将下一个时间步的水质参数作为目标序列；
选用长短时记忆网络LSTM和门控循环单元GRU创建RNN模型；
使用历史数据进行模型训练，使用损失函数度量模型的预测误差；
采用反向传播算法更新模型的权重，最小化损失函数。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2023
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