研究堆老化管理研究及系統研發

摘要：通過分析國內外研究堆老化管理法律法規與技術標準現狀，指出了開展老化管理和老化控制研究的必要性，它與反應堆的安全、可靠運行密切相關。為此，首先給出了老化管理的基本概念和目的，然后介紹了研究堆老化管理系統，包括研發背景、系統概述、系統設計、系統功能與應用等，并結合高通量工程試驗堆20多年的老化管理經驗，系統性地完成老化管理的業務流程向信息化流程的轉變，以期為我國研究堆老化管理提供參考和數據支撐。

關鍵詞：研究堆"設備管理"老化管理"老化管理系統

Research"Reactors"Aging"Management"Research"and"System"Research"and"Development

ZHANG"Mingxing""ZHU"Zhiguang""LAN"Yandong""WANG"Wanjin""BAI"Hongbo

Nuclear"Power"Institute"of"China，"Chengdu，"Sichuan"Province，"610213"China

Abstract："By"analyzing"the"current"status"of"research"reactor"aging"management"laws，"regulations"and"technical"standards"at"home"and"aboard，"this"article"points"out"the"necessity"of"conducting"aging"management"and"aging"control"research，"which"is"closely"related"to"the"safe"and"reliable"operation"of"reactors."Firstly，"it"gives"the"basic"concept"and"purpose"of"aging"management，"and"then"it"focuses"on"the"research"reactor"aging"management"system，"including"the"background"of"research"and"development，"the"system"overview，"the"system"design，"and"the"system"functions"and"applications."Relying"on"the"aging"management"experience"of"the"High"Flux"Engineering"Test"Reactor"for"more"than"twenty"years，"it"systematically"completing"the"transformation"of"the"aging"management"business"process"to"the"informationization"process，"hoping"to"provide"reference"and"data"support"for"the"aging"management"of"research"reactors"in"China.

Key"Words："Research"reactors;"Equipment"management";Aging"management;"Aging"management"system

高通量工程試驗堆（High"Flux"Engineering"Test"Reactor，HFETR）是我國自主設計建造的壓力容器式多用途研究堆，設計功率125"MW[1]，自1979年投運以來，已積累45年的豐富運行經驗。隨著核電站老化管理技術的發展和核安全監管要求的提高，HFETR在2020年完成了老化管理范圍篩選、老化認知、老化管理大綱的開發等工作[2]，為研究堆在延壽運行階段的老化管理提供了寶貴的參考。然而，目前國內外對研究堆老化控制方面的研究仍存在空白，部分反應堆因老化問題被迫退役的情況時有發生。因此，針對研究堆老化管理和控制開展研究，對提高重要設備的可靠性、安全性和反應堆的穩定性，具有十分重要意義。在HFETR"20余年的老化管理經驗基礎上，將老化管理與信息化流程相結合，開發一套研究堆老化管理系統，涵蓋老化管理基礎信息、設備老化管理活動信息、老化糾正等老化管理流程，同時實現了設備老化趨勢分析的功能，并展望人工智能和大數據等新興技術在設備老化監測與診斷中的應用，以期為研究堆老化管理的進一步發展提供新的視角和參考。

1"老化管理概述

老化是指反應堆設備由于長時間運行或使用而發生的物理性能退化。反應堆中的設備材料會因環境條件、操作壓力、溫度、輻射等因素經歷不同程度的劣化過程，從而導致其功能的下降甚至失效[3]。這種老化過程不僅影響設備的使用壽命，還可能危及反應堆的安全運行。圖1顯示了設備安全狀態和安全裕度與運行時間的關系。通過老化管理，可以系統地識別、監測和控制這些老化現象，以確保設備在其使用壽命期間保持可靠和安全的性能。

老化管理的主要目的是保障反應堆的安全運行、延長設備的使用壽命并優化經濟效益。具體而言，老化管理旨在通過科學的手段和措施，提前發現和處理設備的老化問題，避免因設備老化引起的突發故障和停運，從而提高反應堆的整體運行效率和安全性[4]。此外，通過老化管理，還可以積累和分析設備的老化數據，為未來的反應堆建設和設備選型提供重要參考。

2"研究堆老化管理系統研發

2.1"研發背景

老化管理系統通過對管理對象的狀態進行監測、記錄、分析，根據數據對比評估其老化程度，及時做出預防性維修或其他糾正措施的決策，防止設備老化降級的加速[5]。研究堆老化管理需要對研究堆運行階段的各種狀態參數進行監測和評估，具體而言，主要根據各種傳感器、儀表和在線監測系統采集的數據，對反應堆的關鍵參數進行監測，如燃料棒的溫度、冷卻劑的壓力和流量、放射性產物的濃度等。這些參數用于評估反應堆的運行狀態和性能，如熱工水力學性能、核燃料的安全性能等，通過對比實際運行數據與設計標準的差異，評估反應堆的性能退化和老化程度。此外，老化管理還關注預防性維護、糾正性維護、在役檢查等維護記錄。

目前，我國在役研究堆共19座，運行的研究堆中有3/4以上已經運行超過30年，接近反應堆設計壽期或超期服役，老化問題愈加凸顯[6]。由于老化管理的法規標準體系尚不健全，研究堆老化管理文件體系、老化數據庫、老化效應監測、老化效應緩解、老化效應評估等均存在不同程度的問題，大部分研究堆營運單位簡單地以檢查、維修、試驗等替代老化管理，導致部分研究堆構筑物、系統、部件的老化效應越來越明顯。而研究堆運行、維修階段產生大量關鍵參數和記錄并未得到充分利用，與老化評估之間缺乏有效關聯，因此，本文建立了研究堆老化管理系統，對研究堆運行維修數據進行跟蹤、監測和分析，為老化評估和壽期管理提供了決策支持。

2.2"系統概述

研究堆老化管理系統是針對系統、構筑物及其部件（Structures、Systems、and"Components，"SSCs）的設備基礎信息、活動信息、老化管理計劃與實施、老化管理評價的綜合信息化管理系統。根據研究堆相關運行經驗要求，該系統需要實現老化基礎信息和設備老化管理活動信息的記錄、年度老化計劃管理和老化管理實施的申請審批流程、老化管理評價的趨勢分析與老化糾正功能。根據研究堆老化管理相關標準要求，基礎信息需要包括SSCs的管理范圍及方法、頻度、環境、老化效應、檢查方法、驗收準則等，其中，基于“故障或失效是否會直接或間接導致安全功能的喪失或受到損害”的原則篩選確定SSCs[7]。該系統主要功能在于記錄設備老化管理的活動信息，包括專項老化管理、預防性維修和定期試驗等數據，在此基礎上實現設備老化的趨勢分析，為延長設備使用壽命提供數據支撐。

2.3"研究堆老化管理系統設計

研究堆老化管理系統主要包括老化基礎信息管理、設備老化管理活動信息管理、老化管理年度計劃與實施、老化管理評價和老化管理糾正功能。同時，后續計劃開發老化設備壽命預測、狀態監測和故障診斷功能，系統架構如圖2所示。

老化基礎信息用于記錄老化管理涉及的材料、環境、老化效應、檢查方法、頻度、驗收準則等信息，提供了相關數據的增、刪、改、查功能，其中各個條目中的內容用于關聯其他功能模塊。設備老化管理活動信息管理主要用于記錄設備老化的活動，如設備的預防性維修、定期試驗和專項老化管理，設備老化管理活動信息包括設施名稱、設備名稱、部件名稱、部件編號，其余還需要關聯老化基礎信息，獲取設備的老化管理間隔時間、維修頻次、狀態信息等關鍵指標。

老化管理年度計劃與實施主要用于規劃研究堆未來12個月內需要管理的設備和部件，并提供了對應設備或部件老化管理歷史記錄、糾正信息等的查看功能。老化管理實施包括預防性維修或定期試驗類型老化管理活動實施和專項老化管理活動實施。

老化管理評價基于老化管理實施的歷年記錄和不合格項和糾正信息，生成部件老化趨勢評價圖。趨勢分析的數據來源為歷年記錄的設備老化管理活動信息表，其中“驗收準則”和“檢查數量”為主要輸入對象。趨勢分析分為兩類，總體趨勢分析和關鍵參數分析，分別對應兩類模板。總體趨勢分析是對某一類部件的集合進行老化趨勢分析，通過對歷年老化管理活動的不合格項數量統計，采用繪制圖表等方式進行分析；關鍵參數趨勢分析是按照驗收準則的要求，對某一部件關鍵參數的連續監測進行趨勢分析。

研究堆老化管理系統采用普元EOS平臺開發，Oracle作為數據庫，系統流程如圖3所示。

2.4"研究堆老化管理系統功能及應用

研究堆老化管理系統提供了老化基礎信息和老化管理活動信息的記錄和存儲功能。老化基礎信息模塊包含了材料管理、環境管理、老化效應、實施類型、檢查方法、驗收標準等老化基礎信息，針對每一種類型的信息，均可進行增加、刪除、導入。系統基于HFETR多年的老化管理經驗，將信息重新進行整合歸類，并在系統中展示。例如：SSCs老化管理分為不銹鋼、鋼、鋁合金、鈹等14種材料，以及包括材料損失、腐蝕、應力開裂、磨損等51條老化效應，該模塊作為老化基礎信息會在其他模塊中進行關聯調用。設備老化活動管理模塊可以導入設備老化活動信息、老化管理記錄，并顯示超期的老化記錄，設備信息涵蓋了整個SSCs的所有相關信息。在導入老化活動信息前，需要初步選定老化管理對象（RPV、柵格板、主泵、安全棒、控制棒導管及其壓架、堆出口母管、重要安全電纜共7個物項），在錄入信息時可與老化基礎信息管理模塊中的信息進行關聯。

系統還設計了年度老化計劃臺賬、年度老化計劃管理與老化計劃實施相關功能。老化計劃臺賬提供了設施、設備名稱，包含了老化條目、實施類型、頻度、驗收準則、計劃開始/完成時間、預估/實際開始/完成時間、進度等條目內容，實現相關的老化計劃臺賬錄入并存入數據庫。年度老化計劃管理可以新增年度計劃、發起變更及將計劃導出為Excel。老化計劃實施根據老化計劃臺賬自動觸發或手動觸發關聯流程，按照計劃編號、設備名稱、設備名稱命名流程，實現計劃實施和計劃臺賬的關聯。

系統實現了老化管理糾正的功能，老化糾正實施根據設備老化活動信息管理中的設備信息，觸發老化糾正審批流程，并填寫糾正原因、糾正內容、糾正方式等內容。老化糾正關閉單自動關聯老化糾正審批中的臺賬，根據設備名稱和部件名稱命名老化糾正關閉單編號，并對已經結束的流程補充結論等內容。根據老化管理實施的歷年記錄及老化管理活動中產生的不合格項和糾正信息表，系統提供了老化管理評價的功能，可以自定義參數，實時生成老化趨勢圖，包括總體趨勢和關鍵參數趨勢。總體趨勢分析以螺栓為例，在2021年檢查的100個螺栓中有10個不合格，2024年檢查的120個螺栓中有20個不合格，繪制缺陷趨勢曲線，如圖4所示；關鍵參數趨勢分析以柵格板歷年累計中子注量率為例，繪制關鍵參數變化曲線，如圖5所示。

此外，系統還具備數據的新增、修改、刪除、查詢和導出功能，能夠便捷且直觀地顯示數據和結果，流程清晰、進度可見，具備較好的人機交互體驗。

現階段，本系統通過梳理研究堆老化管理流程和技術標準，初步實現了SSCs歷史數據的整理和導入，錄入了新的設備老化管理活動信息數據，積累了豐富的工程應用數據。

3"總結與展望

本文詳細介紹了研究堆老化管理的概念和主要目的，闡述了國內研究堆老化管理的監管現狀，并著重介紹了研究堆老化管理系統的研發背景、系統設備與功能應用，系統經過應用驗證了其符合研究堆現階段老化管理的各種要求，為我國研究堆老化管理提供了重要參考和數據支撐。

隨著研究堆的長期運行，未知的設備老化問題可能會影響研究堆的安全運行，因此，需要長期開展老化控制研究，持續深入地推進人工智能等新興技術與研究堆老化管理的融合研究工作，以期保障研究堆管理水平逐步提升，確保研究堆安全穩定的運行。

參考文獻

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