專利名稱：蒸汽發生器測圖系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及蒸汽發生器。更特別地，本發明提供了蒸汽發生器
沉積物測圖(deposit mapping )系統及方法。
背景技術：
核蒸汽發生器(例如在壓水反應堆中使用的)常受到給水雜質 堆積的影響。盡管給水保持在高純度水平，但是隨著水被轉化為蒸 汽，腐蝕產物以及/或者給水雜質的微小濃度能夠在流動流中被濃 縮，從而導致這些材料在蒸汽發生器內聚積。這些沉積物將最終使部 件的熱工水力性能降低。
為了增加蒸汽發生器的傳熱能力，沉積物的厚度，以及沉積物 的位置必須要確定以使得清除技術可以實施。目前，利用肉眼檢查及 渦流檢查來確定材料的位置及近似厚度。但是，這些技術容易產生誤 差。而且，如果蒸汽發生器被連接到核能發電系統，那么肉眼檢查會 給工作人員帶來重大的輻射危險。
因此，有必要提供能確定在蒸汽發生器的加熱表面上的沉積物 堆積的厚度以及這些堆積的位置的系統。
而且有必要提供能確定沉積物在蒸汽發生器的加熱表面上堆積 的系統，而使工作人員進入潛在放射性環境的需要最小化。
發明內容
因此，提供能確定在蒸汽發生器的加熱表面上的這些沉積物堆 積的厚度以及這些堆積的位置的系統是本發明的目標。
提供能推測出沉積物在蒸汽發生器的加熱表面上堆積，而使工 作人員進入潛在放射性環境的需要最小化的系統及方法同樣是本發明的目標。
以上所描述的目標如同所示出以及所描述的那樣實現。根據本 發明的方法確定了蒸汽發生器內的沉積物的厚度及位置。方法包括的 步驟有建立具有至少兩個環的沉積物材料的校準標準，使校準標準經 受渦流信號，其中從校準標準反射回的信號的振幅被用來獲得反射的 渦流信號關于環的實際厚度的多項式方程擬合，獲得帶管的蒸汽發生 器，使渦流信號初始化進入蒸汽發生器管內，探測并記錄被初始化到 蒸汽發生器管內的渦流信號的反射，以及根據所記錄的渦流信號的反 射及四階多項式方程來確定蒸汽發生器內的沉積物厚度。
方法可以這樣實行，即渦流信號由筒管線圏探針產生。 方法同樣可以這樣實行，即多項式方程是四階方程。 方法同樣可以這樣實行，即將多信號輸入到校準標準內以及探 測并處理反射信號以獲得多項式方程。另外，多反射信號被傳遞通過 剔除算法。
第二可選方法同樣可以實行。方法包括建立具有至少兩個環的 沉積物材料的校準標準，使校準標準經受渦流信號，其中從校準標準 反射回的信號的振幅被用來獲得反射的渦流信號關于環的實際厚度的
多項式方程擬合，獲得來自于校準標準的基準信號偏移；獲得帶管的 蒸汽發生器，使渦流信號初始化進入蒸汽發生器管內，探測并記錄被 初始化到蒸汽發生器管內的渦流信號的反射；從反射渦流信號減去基 準信號偏移以獲得校正的反射渦流信號，以及通過多項式方程根據校 正的反射渦流信號來確定蒸汽發生器內的沉積物厚度。
圖1是根據本發明的沉積物測圖輸出的透視圖。
圖2是沉積物測圖輸出的第二透視圖。
圖3是將沉積物測圖與腐蝕產物輸送機制比較的圖表。
圖4是顯示沉積物測圖可重復性的直方圖。
圖5是關于確定蒸汽發生器內的沉積物測圖的方法的圖表。
5參看圖5，提供了沉積物測圖方法10來確定蒸汽發生器內的堆 積材料的位置及數量。蒸汽發生器可以是核或非核系統的一部分。堆 積材料可以來自設備內產生的腐蝕產物以及來自冷卻劑流過蒸汽發生 器時其中的給水雜質。
沉積物測圖方法10的目的是在給水經過蒸汽發生器時提供關于 存在蒸汽發生器內的材料的沉積物負載數量以及沉積物分布的描述。 了解蒸汽發生器內的沉積物狀況對于估定沉積物對熱工水力性能以及 對蒸汽發生器內的加熱表面的加速腐蝕的潛能的影響，以及確定非破 壞性檢驗(NDE)信號探測性能的降低是很重要的。該信息對于確 定用于減輕沉積物狀況以及用于估定這種維修操作的效果的最好的維
修技術同樣有必要。
沉積物測圖方法利用三個關鍵分量。該三個分量的結合產生了
用于測量粘附于蒸汽發生器管道外直徑表面的沉積物的量的唯一方 法。
在方法的第一步中，建立了特定的沉積物校準標準20。標準20 由沉積物材料的一些圓周環的數量得出，其中每個環含有由每個環的 厚度確定的已知量的沉積物材料。校準標準的厚度測量值被預先確定 或被預先測量以確定每個環的厚度。示例性實施方案中的一系列環具 有從最內圏向最外圈進展的數量漸增的沉積物體積及厚度。在示例性 的實施方案中，環被充分地分離以允許筒管渦流探針的信號響應而獲 得在每個環之間的非沉積物影響的空值。在所公開的示例性實施方案 中，當前的沉積物校準標準設計利用了 5個沉積物環和6個非沉積影 響的空區域。沉積物材料混合物根據具體的i殳備化學來確定以保證在 校準標準和蒸汽發生器管道之間一致的信號響應。
在建立以上的校準標準20之后，下一步是用筒管渦流探針來估 算該標準。與非沉積物影響區域的平均信號響應相對的從每個沉淀物 環上反射的筒管渦流信號振幅被使用以通過曲線擬合技術獲得四階多
6項式最小二乘法擬合30。該多項式被用來確定沿著蒸汽發生器內相鄰的支撐結構之間的用戶可選的特定管道段的沉積物的厚度。方法被構建為利用在檢查蒸汽發生器管期間獲得的校準標準數據。管檢查的這種集合被稱為校準組。通過利用校準組的沉積物校準數據，多項式
產生了更可靠的結果，其中渦流探針性能的變動在最小二乘法擬合內予以了考慮。而且，由探針性能引起的測量厚度的誤差能夠為校準組進行量化。常規的測量實踐在ASME校準標準內使用了來自缺陷或一組缺陷的電壓規格化響應以在管檢查之前確立探針性能的一致性。如在此所述的，在這些常規實踐中，目前不存在給沉積物厚度進行特別校準的嚴格方法，因此常規的實踐更容易產生誤差。
方法的下一步是給每個管檢查數據組確定非沉積物影響的空參考振幅值40。對于常規應用中的探針零件，平衡調節不依賴于校準進行，因此這種絕對信號振幅值的使用產生了不一致的以及不準確的結果。以如本發明所提供的已知校準值給每個管確定參考振幅40代表了與使用低頻渦流來測量沉積物厚度的常規應用相比的重大優勢。如上所述，沉積物厚度使用蒸汽發生器內相鄰的支撐結構之間的用戶可選的特定管道段來估算。這些用戶可選的段在沉積物測圖方法內被稱作"面元(bins)，，并且可以具有1/2英寸到5英寸之間的長度。給定用戶可選的"面元"長度，構成"面元"的渦流信號振幅的數量被確定。對于每對相鄰的支撐結構，例如管座1(TSP1)及管座2(TSP2)，能夠被安裝在這對相鄰的支撐結構之間的"面元"的數量被確定50。對于每個分析部分，用表格表示平均信號振幅，而對于每個支撐對，則確定最小的"面元"振幅。最小"面元"振幅的總體被傳給剔除算法來確定最佳振幅值以用作兩個支撐結構的非沉積物影響的空參考振幅值。在示例性的實施方案中，具有8個支撐板的循環蒸汽發生器的最小"面元，，振幅的總體數是16，以及具有15個支撐板的單程蒸汽發生器的總體數是16。剔除算法需要不少于3個"面元"振幅來確定參考振幅值。如果剔除算法不能產生參考振幅值，那么管就被從沉積物測圖方法中除去。在示例性的實施方案中，3個"面元，，振幅的最小值的準則在進行最小數量的管結果比較之后被選出，其中該結果來自在排出孔內具有多重檢查的管以及在連續的排出孔內具有檢查的管。管的這個最小總體的沉積物負載的一致測量支持了該準則。"面元，，振幅的必需最小數量的增加會提高管比較的更大總體的結果一致性，但是同樣會從具有更大沉積物負載的發生器的總的沉積物測圖方法中除去更多的管。剔除方法使用BASIC編程語言來介紹
Dim pair—min—value(l to 32) As Long
，用來確定基值的對的數量將被初始設置為支撐對的數量(number—of一pairs ).
Dim num—mins As Integer
Dim base—value As LongDim spread As LongDim max—min As LongDim min—min As LongDim median As LongDim max—min—index As IntegerDim min—min_index As IntegerDim i一long As IntegerDim i_long As Integer
spread = 31 ，促使第一遍通過(the first pass through)
算法
mim_mins = number—of—pairs
30的振幅差距控制(amplitude spread control)折合總體平均的沉積物厚度的最終結果+/-0,001英寸。這個值能夠從最終結果向上
，最終結果(參考值)，最大值和最小值之間的差額，用來計算中值，用來計算中值，用來計算中值
，用來記錄最大值
，用來記錄最小值
，通用指標變量
，通用指標變量
8調整以允許包含更多的成員或者向下調整以引起排除更多的成員。
While spread > 30 And num一mins > 2
base—value = pair—min—value ( 1) max—min = base—value max一min index = 1 min_miii = base—value min_min_iiidex = 1
下一部分代碼，"for/next"循環，用來確定在最小值對的當前總 體中最大及最小值以及合計用于平均值計算的值。
For i一long = 2 To num—mins
If pair_min_value(i—long) > max_min Then
max—min = pair—min value(i—long)
max_min—index = i—long
End If
If pair_min_value(i—long) < min—min Then min_min = pair_min_value(i_long) min—min—index = i—long End if
base—value = base—value + pair一min一value(i一long) Next i_long
接下來的三個語句計算了最小值對的當前總體的平均值、中 值，以及差i 巨(spread)。
base—value = CLng(base_value / num—mins) ，平均值
9median = CLng((max—min + min_min)/2) ，中值■ spread = max—min - min—min ，差足巨
下一部分代碼確定了總體是否需要剔除以及如果需要，總體的 哪個成員或哪些成員需要被排除。
If spread > 30 Then ，必須減少總體
If base—value > median Then ，丟棄寸氐的值
i一long = min—min—index
For i一long = i一long To (num—mins - 1)
pair—min_value(i—long) = pair一min—value(i一long + 1)
Next i—long
num—mins = num—mins - 1 End If
If base value < median Then ，丟棄高的值 i一long 二 max_min—index For i_long = i—long To (num—mins - 1) pair一min一value(i—long) = pair_min_value(i_long + 1) Next i一long
num_iniiis=iium—mins - 1 End If
If basevalue = median Then '兩值都丟棄
i一long 二 min_min_index
For i—long = i—long To (num—mins - 1)
pair一min—value(i—long) = pair—min—value(i一long + 1)
Next i—long
10num_mins = num_miiis - 1 i—long = max—min_index
If i—long > min_min_index Then i一long = i一long 一 1 For i—long = i—long To (num—mins 一 1) pair_min_value(i—long) = pair一min—value(i—long + 1) Next i一long
num一mins = num_mins - 1 End If
End If
Wend ，繼續循環直到達到準則
目標管垢的化學分析被用來制造由實際沉積物的渦流無功分量 組成的沉積物模擬材料。過程被使用以將不同厚度帶的這種沉積物模 擬材料應用于部分管道。厚度范圍基于蒸汽發生器內所預期的沉積物 厚度。沉積物標準的筒管線圏渦流檢查被用來確認渦流響應相位角與 在可利用的蒸汽發生器數據中所觀察到的相位角相似。其中在調查中 沒有化學分析或者沒有來自實際蒸汽發生器的重大渦流沉積物響應的 情形，該檢查本應基于與本質上相似的設備數據的比較。在獲得沉積 物標準渦流數據時，該數據則被使用以導出能夠用來將絕對信號響應 轉換為沉積物厚度值的多項式響應函數50。
由于絕對數據被用來測量沉積物，因而必須注意規定零點或者 清除數據的偏移值。許多因素，包括溫度、渦流儀表偏移、探針結 構、管材料和墻壁厚度以及冗余的沉積物或結垢(等等)全都相互作 用以確定管內的絕對渦流信號響應。由于這些參數中的大多數(除了 沉積物是結垢分量的情況以外)在給定的管檢查期間將保持近似穩 定，所以在大多數管內確定基準信號偏移60是可能的。 一旦基準偏 移值被確定60，那么基準偏移值則被從絕對信號響應中減去以隔離 并得到歸因于沉積物的存在的信號分量70。相位鑒別的使用給沉積
ii物信號提供了排除與正確相位角不相關的響應的附加工具。
管內的渦流數據被旋轉以使得沉積物響應處于垂直分量上。在
管偏移被確定60以后，該偏移被從信號響應中減去70。剩余的垂直 分量信號代表沉積物響應。然后該剩余垂直分量被應用于校準標準多 項式函數以得出沉積物厚度估計值80。通過多項式獲得的厚度在技 術上更多地代表了在給定的軸向位置的總的沉積物堆積，因為這些實 際厚度可能在管圍上不同。筒管探針響應整合了在管內給定位置上的 視野內的所有材料。
總之，具有特定設計的沉積物校準標準，以及該校準標準的使 用，以及使用該校準標準來確立最小二乘法擬合多項式以將信號振幅
轉換為沉積物厚度，以及使用剔除算法來確定每個管的非沉積物影響 的參考信號振幅的方法是對用于確定粘附在蒸汽發生器管道的外直徑
表面上的沉積物的厚度的現有方法的重大改進。
該技術已經被用來給幾個蒸汽發生器內的沉積物分布進行測 圖。將如上所述的沉積物測圖技術測量值與腐蝕產物輸送(CPT)測 量值的獨立結果比較是可能的。由于腐蝕產物輸送測量值被表示為腐 蝕產物的離子濃度并且沉積物測圖結果基于實際預期的氧化物，腐蝕 產物輸送測量值在示例性的實施方案中需要乘以因數1.38以獲得可 比較的值。應當理解，在將腐蝕產物輸送測量值與基于例如設備化學 的因素的蒸汽發生器測圖分析比較時，可以使用其他因數。
沉積物測圖技術在多重循環數據上的應用提供了關于該技術的 可重復性的一些信息。這部分將介紹該信息的樣本以說明沉積物測圖 方法的性能、腐蝕產物輸送結果的比較以及測量的可重復性。
沉積物測圖測量由一系列文件組成，這些文件提供了管行、 列、x坐標、y坐標、z坐標以及沉積物厚度測量值。以下來自典型 沉積物文本文件的摘錄顯示了可利用的信息。在該情況下，實際上沿 著管每5英寸就提供樣本。文件坐標以米為單位來提供。
30 48 -0.9992 -0.0163 0.16183
30 48 -0.9992 -0.0163 0.28882
123048-0.9992-0.01630.415823048-0.9992國0扁30,.54282
3048-0.9992-0.01630,.77096
3048-0.9992-0.01630,,89797
3048-0.9992-0.01631,,02495
3048-0.9992國0馬31.,15195
3048-0.9992畫0扁31,27896
3048-0.9992-0馬31 42905
3048-0.9992-0.01631,.55604
3048-0,9992-0掘31,.68304
3048-0.9992誦0馬31..81004
3048-0.9992-0.01631..93704
3048-0.9992-0.01632,,06403
3048-0.9992-0.01632..19102
3048-0.9992畫0扁32,.31802
3048-0.9992-0.01632,.44502
3048-0.9992-0馬32,,57202
3048-0.9992隱0扁32,.72211
3048-0.9992-0.01632,,84912
3048-0.9992-0.01632,.97611
3048-0.9992-0.01633,.10311
3048-0.9992-0.01633,.23011
參考圖1，該圖提供了被沉積的管的示例性沉積物測圖輸出文件
的圖示。參考圖2，該圖提供了第二示例性沉積物的可視化。
除沉積物的圖形可視化之外，估計蒸汽發生器不同位置的總的 沉積物負載同樣是可能。下面的表格l提供了該類型數據的實例。表 格列出了兩個分離的沉積物測圖分析的結果。在該情況下，沉積物信 息已經被轉換為沉積物的磅數。Span (跨越間隔)19952000Cold Leg (lbm )Hot Leg (lbm)Cold Leg (lbm)Hot Leg (lbm)
1 ( TTS to TSP 1)81547189
2 ( TSP 1 to TSP 2 )1110510146
3 ( TSP 2 to TSP 3 )9231530
4 ( TSP 3 to TSP 4 )11193536
5 ( TSP 4 to TSP 5 )13276689
6 ( TSP 5 to TSP 6 )133795158
7 ( TSP 6 to TSP 7 )2142148188
Total (合計)86407376836
Grand Total (總計)4931212表格l
圖3提供了負載的沉積物測圖估計值與CPT的近似值的比較。 由高亮區域指示的沉積物測圖測量值顯示了沉積物負載在10到14個 有效的全功率工作年之間增加大約956磅。針對氧化物校正的CPT 數據提供了比較用的標準并且顯示了在相同時限內996磅的增加，該 增加檢驗了沉積物測圖估計值的精確性。
本發明另 一優點是測量值的可重復性。考慮到測量在時間間隔 內進行，而在該時間間隔期間某些測量預計會改變，則可重復性更加 難以量化。渦流用來在特定的時間時期估計示數的變化已經有許多 年。這類變化的估值包括間隔開始時的初始測量值以及間隔結尾時的 最終測量值。
在統計上，測量技術的不確定性包含于每個初始以及最終的測 量值中。因此，技術的測量不確定性將引起某些測量示數具有明顯的 負增長，即使負增長在物理上是不可能的。因而，這種明顯的負增長 指示了測量技術的不確定性或誤差。在沒有已知值的情況下，這種明
14顯的負增長系數可以被用來評估測量技術的可靠性。
圖4示出了一大系列的初始及最終測量值對的測量變化。在所 提供的示例性實施方案中，由于測量在沉積物預計會隨著時間增加的 時間間隔期間內進行，那么所預期的精確增量(delta's)(差額)本 應是零或者是正值，其中是零或者是正值取決于蒸汽發生器內的位 置。極小的百分比以及在圖4中任何負的測量值變化的小值指示出了 極好的系統可靠性和可重復性。假如系統的不確定性更高，那么負增 量(negative deltas )的數量和量級(magnitude )將會更大。
在上述的說明中，本發明已經根據其具體的示例性實施方案進 行了描述。但是，很顯然，在沒有脫離本發明更廣泛的精神和范圍的 情況下可以進行許多修改和改變，如附加的權利要求中所闡明的。因 此，本說明書和附圖應看作是說明性的而不是限制性的。
權利要求
1. 一種確定蒸汽發生器內的沉積物的方法，包括以下步驟建立具有至少兩個沉積物材料的環的校準標準；使校準標準經受渦流信號，其中從校準標準反射回的信號的振幅被用來獲得反射的渦流信號關于環的實際厚度的多項式方程擬合；獲得具有管的蒸汽發生器；將渦流信號初始化到蒸汽發生器的管內；檢測并記錄被初始化到蒸汽發生器的管內的渦流信號的反射；以及使用所述多項式方程根據所記錄的渦流信號的反射來確定蒸汽發生器內的沉積物厚度。
2. 根據權利要求1的方法，其中所述渦流信號由筒管線圏探針產生。
3. 根據權利要求l的方法，其中所述多項式方程是四階方程。
4. 根據權利要求1的方法，其中將多個信號輸入到校準標準內 并且檢測并處理多個反射信號以獲得所述多項式方程。
5. 根據權利要求1的方法，其中所述多個反射信號被傳送通過 剔除算法。
6. —種確定蒸汽發生器內的沉積物的方法，包括以下步驟 建立具有至少兩個沉積物材料的環的校準標準； 使校準標準經受渦流信號，其中從校準標準反射回的信號的振幅被用來獲得反射的渦流信號關于環的實際厚度的多項式方程擬合； 獲得相對于校準標準的基準信號偏移；2獲得具有管的蒸汽發生器； 使渦流信號初始化進入蒸汽發生器的管內； 檢測并記錄被初始化到蒸汽發生器的管內的渦流信號的反射； 從反射渦流信號減去基準信號偏移以獲得校正的反射渦流信 號；以及通過多項式方程根據校正的反射渦流信號來確定蒸汽發生器內 的沉積物厚度。
全文摘要
一種確定蒸汽發生器內的沉積物的方法，具有步驟建立具有至少兩個環的沉積物材料的校準標準，使校準標準經受渦流信號，其中從校準標準反射回的信號的振幅被用來獲得反射的渦流信號關于環的實際厚度的多項式方程擬合，獲得具有管的蒸汽發生器，使渦流信號初始化進入蒸汽發生器的管內，探測并記錄被初始化到蒸汽發生器的管內的渦流信號的反射，以及根據所記錄的渦流信號的反射及多項式方程來確定蒸汽發生器內的沉積物厚度。
文檔編號G01B7/06GK101490501SQ200780023626
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月4日 優先權日2006年7月10日
發明者J·C·格里菲斯, J·M·弗萊克, J·R·懷亞特, V·紐曼 申請人:阿利發Np有限公司