反應(yīng)堆壓力容器老化管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張明星+鄧時(shí)滔+李海怒

摘 要：核電站壓力容器的老化管理信息系統(tǒng)，是老化管理的基礎(chǔ)信息平臺(tái)。分析了核電站RPV的老化管理過程，根據(jù)軟件流程對(duì)系統(tǒng)功能模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，研究了文件讀取、表格化數(shù)據(jù)圖形重構(gòu)顯示等軟件開發(fā)技術(shù)，建立了老化管理信息系統(tǒng)。通過在某核電站應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了RPV部件、運(yùn)行信息、輻照監(jiān)督等老化數(shù)據(jù)的信息化管理，為老化管理提供了直觀、趨勢(shì)化的分析途徑。系統(tǒng)能滿足核電站老化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行老化過程管理等應(yīng)用需求，真實(shí)反映老化管理活動(dòng)現(xiàn)狀，提高老化管理效率。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆壓力容器；老化管理；信息系統(tǒng)；C#

DOIDOI：10.11907/rjdk.172293

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）002-0089-04

0 引言

反應(yīng)堆壓力容器（RPV）是反應(yīng)堆核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)最重要的壓力邊界部件。RPV在運(yùn)行過程中隨著時(shí)間或使用周期增加會(huì)發(fā)生劣化降質(zhì)，即老化。老化過程將增大RPV發(fā)生結(jié)構(gòu)完整性破壞的可能性，降低RPV的使用壽命。為了減緩RPV的老化現(xiàn)象，需要開展RPV的老化管理工作，通過有效的老化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和緩解老化，從而將RPV的老化退化控制在可接受范圍內(nèi)，確保RPV能夠安全執(zhí)行預(yù)期功能，并保持其壽期內(nèi)足夠的安全裕度，為核電站的延壽打下基礎(chǔ)[1]。

1 功能設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

RPV老化管理信息系統(tǒng)是開展RPV老化管理活動(dòng)的基礎(chǔ)信息平臺(tái)，應(yīng)滿足如下需求：①能夠?qū)PV老化管理相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、監(jiān)督檢查、維護(hù)維修、技術(shù)改造等方面的文件和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行信息化管理，在核電站壽期內(nèi)長(zhǎng)期保存；②能夠?yàn)楹穗娬炯凹夹g(shù)支持單位開展RPV老化管理研究與行動(dòng)提供文件和數(shù)據(jù)信息。相關(guān)人員可方便地查詢RPV設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、監(jiān)督檢查和維修各階段的相關(guān)文件、數(shù)據(jù)，對(duì)RPV重大技術(shù)問題的文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，檢索相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋，對(duì)RPV運(yùn)行和檢修開展安全趨勢(shì)分析。

1.2 系統(tǒng)功能

根據(jù)核電站反應(yīng)堆壓力容器老化管理的業(yè)務(wù)需求，RPV老化管理信息系統(tǒng)包括基本信息、運(yùn)行信息、檢查信息、維修信息、輻照監(jiān)督、熱老化監(jiān)督、相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)工具等功能。各功能模塊架構(gòu)如圖1所示。

各模塊功能如下：①基本信息：實(shí)現(xiàn)RPV各部件基本信息的添加、瀏覽、修改功能；②運(yùn)行信息：實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)、熱工、水化學(xué)、疲勞數(shù)據(jù)的管理；③檢查信息：實(shí)現(xiàn)RPV檢查信息的錄入、瀏覽等功能；④維修信息：實(shí)現(xiàn)RPV維修信息的錄入、瀏覽等功能；⑤輻照監(jiān)督：實(shí)現(xiàn)輻照監(jiān)督數(shù)據(jù)的錄入、瀏覽、管理等功能；⑥熱老化監(jiān)督：實(shí)現(xiàn)熱老化監(jiān)督數(shù)據(jù)的錄入、瀏覽、管理等功能；⑦文檔和法規(guī)：實(shí)現(xiàn)對(duì)法規(guī)類、標(biāo)準(zhǔn)類、管理文件、安裝調(diào)試文件、維修檢查文件的維護(hù)管理；⑧系統(tǒng)工具：實(shí)現(xiàn)用戶、權(quán)限管理及數(shù)據(jù)備份等系統(tǒng)管理功能。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 基本信息

基本信息即核電站不同機(jī)組RPV的頂蓋、上法蘭、止推環(huán)等部件的基本信息，包含材料、功能、設(shè)計(jì)壽命、運(yùn)行環(huán)境、制造商、老化機(jī)理等參數(shù)，以及部件的設(shè)計(jì)文件、制造文件、部件圖片等內(nèi)容。添加基本信息時(shí)，系統(tǒng)將部件基本信息分為兩部分分別存放于數(shù)據(jù)庫(kù)和磁盤文件中，部件的參數(shù)存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中，各類文件（PDF格式）和圖片（JPG）存放于服務(wù)器相應(yīng)的文件夾中；瀏覽基本信息時(shí)，根據(jù)機(jī)組號(hào)和部件名稱，系統(tǒng)將部件的參數(shù)及圖片顯示出來，同時(shí)加載PDF閱讀器，將指定的設(shè)計(jì)文件或制造文件顯示出來。

2.2 運(yùn)行信息

運(yùn)行信息為RPV各主要部件服役以來的各種運(yùn)行信息，包括瞬態(tài)數(shù)據(jù)、疲勞數(shù)據(jù)、熱工參數(shù)及一回路水化學(xué)數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行信息錄入（單條記錄、批量記錄）、瀏覽（表格、曲線圖）和查詢。

2.2.1 熱工參數(shù)管理

熱工參數(shù)主要為RPV各部件運(yùn)行期間的溫度、壓力等方面的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過一定的方式將溫度、壓力等關(guān)鍵的熱工參數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行顯示。錄入熱工參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組號(hào)，將溫度、壓力與時(shí)間的數(shù)據(jù)（Excel格式）批量錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中；瀏覽熱工參數(shù)時(shí)，選擇機(jī)組號(hào)，通過表格或曲線顯示指定時(shí)間的溫度、壓力數(shù)據(jù)。

2.2.2 水化學(xué)數(shù)據(jù)管理

水化學(xué)數(shù)據(jù)為反應(yīng)堆在停堆、啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)的冷卻劑相關(guān)化學(xué)參數(shù)，如氯離子、鈉離子、總堿金屬等元素，對(duì)RPV材料在高溫高壓水中環(huán)境疲勞壽命有重要影響[2]。系統(tǒng)提供對(duì)水化學(xué)數(shù)據(jù)的錄入、瀏覽功能。錄入水化學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)選擇的機(jī)組號(hào)，讀取指定的Excel格式文件，將對(duì)應(yīng)的水化學(xué)信息批量錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中；瀏覽水化學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)指定的機(jī)組號(hào)、日期，將特定日期的水化學(xué)信息通過表格進(jìn)行顯示，提供關(guān)鍵的化學(xué)指標(biāo)供管理人員參考。

2.2.3 瞬態(tài)數(shù)據(jù)管理

瞬態(tài)數(shù)據(jù)主要完成對(duì)瞬態(tài)模式和瞬態(tài)記錄的管理，瞬態(tài)模式包括瞬態(tài)模式的添加和修改。瞬態(tài)模式信息包括瞬態(tài)代碼、瞬態(tài)類別、模式特點(diǎn)、限制等要素。瞬態(tài)類別分為操作類、檢修類、壓力試驗(yàn)類等7個(gè)類別[3-4]，系統(tǒng)提供對(duì)瞬態(tài)模式的錄入和修改功能。

瞬態(tài)記錄管理方面，系統(tǒng)提供對(duì)單個(gè)和批量瞬態(tài)記錄的錄入。單個(gè)瞬態(tài)記錄錄入時(shí)，根據(jù)機(jī)組號(hào)，按月份將單個(gè)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中；批量記錄錄入時(shí)，根據(jù)機(jī)組號(hào)，按月份將Excel格式的瞬態(tài)記錄批量錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中；瀏覽瞬態(tài)記錄時(shí)，根據(jù)機(jī)組號(hào)，實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)記錄按時(shí)間段的瀏覽和統(tǒng)計(jì)，以表格或柱狀圖的方式顯示，同時(shí)判斷瞬態(tài)的限值，若某個(gè)瞬態(tài)發(fā)生的次數(shù)超過限值時(shí)顯示報(bào)警信息。

2.2.4 疲勞數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)提供疲勞檢測(cè)結(jié)果記錄的錄入、瀏覽功能。疲勞數(shù)據(jù)的錄入包括單個(gè)錄入和批量錄入（Excel）。瀏覽疲勞數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組號(hào)，按照疲勞監(jiān)測(cè)部位和時(shí)間段，將疲勞數(shù)據(jù)以表格或圖形的形式顯示出來。圖形包括折線圖和柱狀圖，折線圖顯示測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)時(shí)刻的累計(jì)疲勞損傷因子，柱狀圖顯示測(cè)點(diǎn)在各個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)刻的疲勞損傷因子。endprint

2.3 檢查信息和維修信息管理

檢查信息為RPV各部件歷次檢查過程的記錄，主要包括檢查日期、大修周期、檢查類型、檢查結(jié)果、檢查的執(zhí)行單位、原始的檢查記錄和依據(jù)文件。添加檢查信息時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組號(hào)、部件名稱將檢查日期、執(zhí)行單位等基本信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并將原始檢查記錄和依據(jù)文件（PDF格式）上傳到服務(wù)器指定的文件夾下；瀏覽檢查信息時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組號(hào)、部件名稱將檢查信息以表格形式分頁(yè)顯示，在表格中提供檢查記錄及動(dòng)態(tài)鏈接。

維修信息為RPV各部件歷史維修過程記錄，主要包括維修日期、大修周期、維修類型、故障原因、維修的執(zhí)行單位、原始的維修記錄和依據(jù)文件。系統(tǒng)添加和瀏覽維修信息的功能與檢查信息類似。

2.4 輻照監(jiān)督管理

輻照監(jiān)督實(shí)現(xiàn)輻照計(jì)劃中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)的管理，即監(jiān)督材料總體的性能數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供對(duì)輻照監(jiān)督信息的瀏覽和添加，分別按母材、焊縫、熱影響區(qū)的夏比試樣、拉伸試樣、CT試樣進(jìn)行3×3的瀏覽和信息添加。如針對(duì)母材，提供母材的夏比試樣、拉伸試樣、CT試樣信息的添加和瀏覽。夏比試樣包括材料類型、試樣類型、測(cè)試溫度、纖維百分比等信息；拉伸試樣包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率等信息；CT試樣包括樣品來源、測(cè)試速率、測(cè)試溫度等信息。

2.5 熱老化監(jiān)督管理

熱老化監(jiān)督與輻照監(jiān)督功能一樣，都是記錄熱老化監(jiān)督計(jì)劃中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，即監(jiān)督材料總體的性能數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供對(duì)熱老化監(jiān)督信息的瀏覽和添加，分別按母材、焊縫、熱影響區(qū)的夏比試樣、拉伸試樣、CT試樣進(jìn)行3×3的瀏覽和信息添加。

2.6 文檔和法規(guī)管理

RPV老化管理涉及的文檔和法規(guī)，主要包括法規(guī)文件、標(biāo)準(zhǔn)文件、管理文件、安裝調(diào)試文件、維修檢查文件。系統(tǒng)提供對(duì)各類文件的添加和瀏覽功能。添加文件時(shí)，系統(tǒng)將各類文件的基本信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，文件內(nèi)容（PDF格式）存放于服務(wù)器指定的文件夾下；瀏覽文件時(shí)，系統(tǒng)將文件的基本信息通過列表進(jìn)行顯示，并提供查看相應(yīng)文件的超鏈接。

2.7 系統(tǒng)工具

實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)，包括用戶信息維護(hù)、數(shù)據(jù)備份、文件備份。用戶信息維護(hù)功能包括用戶的添加、刪除、權(quán)限設(shè)置等功能；數(shù)據(jù)備份主要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，備份文件以.bak格式存放于服務(wù)器指定的路徑中；文件備份主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各類文檔文件的備份，保證文檔信息安全，備份文件存放于服務(wù)器指定的路徑中。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在RPV老化管理信息系統(tǒng)中，以RPV部件基本信息為例，部件信息由SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中的部件基本信息、磁盤中的設(shè)計(jì)制造文件（PDF格式）兩部分構(gòu)成，因此數(shù)據(jù)庫(kù)中的部件基本信息與磁盤中的設(shè)計(jì)、制造文件一一對(duì)應(yīng)[5-6]，在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中部件表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表1所示。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 技術(shù)路線

系統(tǒng)基于.NET開發(fā)技術(shù)，采用微軟Visual Studio 2010開發(fā)平臺(tái)，以C#為開發(fā)編程語(yǔ)言。C#是專用于.NET的編程語(yǔ)言，是一種簡(jiǎn)單、現(xiàn)代、面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用SQL Server 2008，具有可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，是一種高效率、高可靠性的數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案[7]。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）PDF文件讀取技術(shù)。RPV部件制造文件、設(shè)計(jì)文件及各類文檔法規(guī)類文件以PDF格式存儲(chǔ)于服務(wù)器磁盤中，在瀏覽這些文件時(shí)，需要在窗體中將PDF內(nèi)容直接顯示出來[8]。本系統(tǒng)引用了AxInterop.AcroPDFLib.dll和Interop.AcroPDFLib.dll這兩個(gè)組件完成PDF內(nèi)容的顯示，初始化PDF閱讀控件主要代碼如下：

this.axAcroPDF1=new AxAcroPDFLib.AxAcroPDF（）；//初始化控件（（System.ComponentModel.ISupportInitialize）（this.axAcroPDF1））.BeginInit（）；

this.axAcroPDF1.Enabled=true；

this.axAcroPDF1.Location=new System.Drawing.Point（12，12）；

this.axAcroPDF1.Name="axAcroPDF1"；

this.axAcroPDF1.OcxState=（（System.Windows.Forms.AxHost.State）（resources.GetObject（"axAcroPDF1.OcxState"）））；

this.axAcroPDF1.Size=new System.Drawing.Size（982，602）；

this.axAcroPDF1.TabIndex=0；

系統(tǒng)直接獲取文件路徑將PDF文件進(jìn)行顯示，代碼如下：

axAcroPDF1.src=filePath；//filePath為PDF文件的路徑

（2）柱狀圖、曲線顯示技術(shù)。在處理熱工參數(shù)、瞬態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，為直觀地對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，需提供曲線圖或柱狀圖對(duì)表格化數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。本系統(tǒng)使用ZedGraph.dll組件實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的創(chuàng)建。ZedGraph是一個(gè)開源的.NET圖表類庫(kù)，全部代碼都是用C#開發(fā)的，可以利用任意的數(shù)據(jù)集合創(chuàng)建2D的線性和柱形圖表[9-10]。在以曲線樣式顯示熱工參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)從表格中提取壓力值及對(duì)應(yīng)時(shí)間，分別存儲(chǔ)在數(shù)組中。對(duì)曲線進(jìn)行繪制和顯示代碼如下：

GraphPane myPane=zgc.GraphPane；//zgc為zedGraphControl1控件

myPane.XAxis.Title.Text="時(shí)間"；endprint

myPane.YAxis.Title.Text="壓力"；

LineItem myCurve=myPane.AddCurve（"壓力"，null，y，Color.Red，SymbolType.Diamond）；

//縱坐標(biāo)，y為壓力值，數(shù)組

myPane.XAxis.Scale.TextLabels=labels；//橫坐標(biāo)，labels為時(shí)間值，數(shù)組

myCurve.Symbol.Fill=new Fill（Color.Blue）；

在以柱狀圖樣式顯示瞬態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)從表格中提取瞬態(tài)發(fā)生的次數(shù)和對(duì)應(yīng)的月份，分別存儲(chǔ)在數(shù)組中，對(duì)柱狀圖進(jìn)行繪制和顯示，主要代碼如下：

GraphPane myPane=zedGraphControl1.GraphPane；

BarItem myBar=myPane.AddBar（"OP11"，null，y，Color.Red）；//y為瞬態(tài)發(fā)生的次數(shù)，數(shù)組

myBar.Bar.Fill=new Fill（Color.Red，Color.White，Color.Red）；

myPane.XAxis.Scale.TextLabels=labels；//labels為發(fā)生的月份，數(shù)組

根據(jù)上述代碼，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)原始表格數(shù)據(jù)分別對(duì)熱工參數(shù)、瞬態(tài)記錄進(jìn)行重構(gòu)顯示，效果如圖2、圖3所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)核電站RPV特定的應(yīng)用環(huán)境，根據(jù)老化管理活動(dòng)的流程和工作概況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了RPV老化管理信息系統(tǒng)，滿足了老化管理的基本功能需求。目前系統(tǒng)已應(yīng)用于某核電站的反應(yīng)堆壓力容器老化管理中。通過對(duì)老化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)了各類老化參數(shù)的趨勢(shì)化分析，提高了老化管理效率。下一步將在功能上實(shí)現(xiàn)對(duì)RPV的老化機(jī)理分析及老化狀態(tài)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)RPV老化管理全過程的信息化管理。

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