反應堆壓力容器老化管理信息系統設計與實現

張明星+鄧時滔+李海怒

摘 要：核電站壓力容器的老化管理信息系統，是老化管理的基礎信息平臺。分析了核電站RPV的老化管理過程，根據軟件流程對系統功能模塊和數據庫結構進行了設計，研究了文件讀取、表格化數據圖形重構顯示等軟件開發技術，建立了老化管理信息系統。通過在某核電站應用，實現了RPV部件、運行信息、輻照監督等老化數據的信息化管理，為老化管理提供了直觀、趨勢化的分析途徑。系統能滿足核電站老化數據存儲進行老化過程管理等應用需求，真實反映老化管理活動現狀，提高老化管理效率。

關鍵詞：反應堆壓力容器；老化管理；信息系統；C#

DOIDOI：10.11907/rjdk.172293

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）002-0089-04

0 引言

反應堆壓力容器（RPV）是反應堆核蒸汽供應系統最重要的壓力邊界部件。RPV在運行過程中隨著時間或使用周期增加會發生劣化降質，即老化。老化過程將增大RPV發生結構完整性破壞的可能性，降低RPV的使用壽命。為了減緩RPV的老化現象，需要開展RPV的老化管理工作，通過有效的老化管理，及時發現和緩解老化，從而將RPV的老化退化控制在可接受范圍內，確保RPV能夠安全執行預期功能，并保持其壽期內足夠的安全裕度，為核電站的延壽打下基礎[1]。

1 功能設計

1.1 設計思路

RPV老化管理信息系統是開展RPV老化管理活動的基礎信息平臺，應滿足如下需求：①能夠對RPV老化管理相關的設計、制造、安裝、調試、運行、監督檢查、維護維修、技術改造等方面的文件和數據信息進行信息化管理，在核電站壽期內長期保存；②能夠為核電站及技術支持單位開展RPV老化管理研究與行動提供文件和數據信息。相關人員可方便地查詢RPV設計、制造、安裝、運行、監督檢查和維修各階段的相關文件、數據，對RPV重大技術問題的文件和數據進行跟蹤，檢索相關經驗反饋，對RPV運行和檢修開展安全趨勢分析。

1.2 系統功能

根據核電站反應堆壓力容器老化管理的業務需求，RPV老化管理信息系統包括基本信息、運行信息、檢查信息、維修信息、輻照監督、熱老化監督、相關法規標準、系統工具等功能。各功能模塊架構如圖1所示。

各模塊功能如下：①基本信息：實現RPV各部件基本信息的添加、瀏覽、修改功能；②運行信息：實現瞬態、熱工、水化學、疲勞數據的管理；③檢查信息：實現RPV檢查信息的錄入、瀏覽等功能；④維修信息：實現RPV維修信息的錄入、瀏覽等功能；⑤輻照監督：實現輻照監督數據的錄入、瀏覽、管理等功能；⑥熱老化監督：實現熱老化監督數據的錄入、瀏覽、管理等功能；⑦文檔和法規：實現對法規類、標準類、管理文件、安裝調試文件、維修檢查文件的維護管理；⑧系統工具：實現用戶、權限管理及數據備份等系統管理功能。

2 詳細設計

2.1 基本信息

基本信息即核電站不同機組RPV的頂蓋、上法蘭、止推環等部件的基本信息，包含材料、功能、設計壽命、運行環境、制造商、老化機理等參數，以及部件的設計文件、制造文件、部件圖片等內容。添加基本信息時，系統將部件基本信息分為兩部分分別存放于數據庫和磁盤文件中，部件的參數存放于數據庫中，各類文件（PDF格式）和圖片（JPG）存放于服務器相應的文件夾中；瀏覽基本信息時，根據機組號和部件名稱，系統將部件的參數及圖片顯示出來，同時加載PDF閱讀器，將指定的設計文件或制造文件顯示出來。

2.2 運行信息

運行信息為RPV各主要部件服役以來的各種運行信息，包括瞬態數據、疲勞數據、熱工參數及一回路水化學數據等。系統主要實現對運行信息錄入（單條記錄、批量記錄）、瀏覽（表格、曲線圖）和查詢。

2.2.1 熱工參數管理

熱工參數主要為RPV各部件運行期間的溫度、壓力等方面的數據，系統通過一定的方式將溫度、壓力等關鍵的熱工參數變化趨勢進行顯示。錄入熱工參數時，系統根據機組號，將溫度、壓力與時間的數據（Excel格式）批量錄入到數據庫中；瀏覽熱工參數時，選擇機組號，通過表格或曲線顯示指定時間的溫度、壓力數據。

2.2.2 水化學數據管理

水化學數據為反應堆在停堆、啟動和正常運行時的冷卻劑相關化學參數，如氯離子、鈉離子、總堿金屬等元素，對RPV材料在高溫高壓水中環境疲勞壽命有重要影響[2]。系統提供對水化學數據的錄入、瀏覽功能。錄入水化學數據時，系統根據選擇的機組號，讀取指定的Excel格式文件，將對應的水化學信息批量錄入到數據庫中；瀏覽水化學數據時，系統根據指定的機組號、日期，將特定日期的水化學信息通過表格進行顯示，提供關鍵的化學指標供管理人員參考。

2.2.3 瞬態數據管理

瞬態數據主要完成對瞬態模式和瞬態記錄的管理，瞬態模式包括瞬態模式的添加和修改。瞬態模式信息包括瞬態代碼、瞬態類別、模式特點、限制等要素。瞬態類別分為操作類、檢修類、壓力試驗類等7個類別[3-4]，系統提供對瞬態模式的錄入和修改功能。

瞬態記錄管理方面，系統提供對單個和批量瞬態記錄的錄入。單個瞬態記錄錄入時，根據機組號，按月份將單個錄入到數據庫中；批量記錄錄入時，根據機組號，按月份將Excel格式的瞬態記錄批量錄入到數據庫中；瀏覽瞬態記錄時，根據機組號，實現瞬態記錄按時間段的瀏覽和統計，以表格或柱狀圖的方式顯示，同時判斷瞬態的限值，若某個瞬態發生的次數超過限值時顯示報警信息。

2.2.4 疲勞數據管理

系統提供疲勞檢測結果記錄的錄入、瀏覽功能。疲勞數據的錄入包括單個錄入和批量錄入（Excel）。瀏覽疲勞數據時，系統根據機組號，按照疲勞監測部位和時間段，將疲勞數據以表格或圖形的形式顯示出來。圖形包括折線圖和柱狀圖，折線圖顯示測點在監測時刻的累計疲勞損傷因子，柱狀圖顯示測點在各個監測時刻的疲勞損傷因子。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、檢查結果、檢查的執行單位、原始的檢查記錄和依據文件。添加檢查信息時，系統根據機組號、部件名稱將檢查日期、執行單位等基本信息錄入到數據庫中，并將原始檢查記錄和依據文件（PDF格式）上傳到服務器指定的文件夾下；瀏覽檢查信息時，系統根據機組號、部件名稱將檢查信息以表格形式分頁顯示，在表格中提供檢查記錄及動態鏈接。

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、維修的執行單位、原始的維修記錄和依據文件。系統添加和瀏覽維修信息的功能與檢查信息類似。

2.4 輻照監督管理

輻照監督實現輻照計劃中產生的各種數據的管理，即監督材料總體的性能數據。系統提供對輻照監督信息的瀏覽和添加，分別按母材、焊縫、熱影響區的夏比試樣、拉伸試樣、CT試樣進行3×3的瀏覽和信息添加。如針對母材，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、測試溫度、纖維百分比等信息；拉伸試樣包括屈服強度、抗拉強度、斷面收縮率等信息；CT試樣包括樣品來源、測試速率、測試溫度等信息。

2.5 熱老化監督管理

熱老化監督與輻照監督功能一樣，都是記錄熱老化監督計劃中產生的各種數據，即監督材料總體的性能數據。系統提供對熱老化監督信息的瀏覽和添加，分別按母材、焊縫、熱影響區的夏比試樣、拉伸試樣、CT試樣進行3×3的瀏覽和信息添加。

2.6 文檔和法規管理

RPV老化管理涉及的文檔和法規，主要包括法規文件、標準文件、管理文件、安裝調試文件、維修檢查文件。系統提供對各類文件的添加和瀏覽功能。添加文件時，系統將各類文件的基本信息錄入到數據庫中，文件內容（PDF格式）存放于服務器指定的文件夾下；瀏覽文件時，系統將文件的基本信息通過列表進行顯示，并提供查看相應文件的超鏈接。

2.7 系統工具

實現對系統的維護，包括用戶信息維護、數據備份、文件備份。用戶信息維護功能包括用戶的添加、刪除、權限設置等功能；數據備份主要對數據庫中的數據進行備份，備份文件以.bak格式存放于服務器指定的路徑中；文件備份主要實現對系統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器指定的路徑中。

3 數據庫設計

在RPV老化管理信息系統中，以RPV部件基本信息為例，部件信息由SQL Server數據庫中的部件基本信息、磁盤中的設計制造文件（PDF格式）兩部分構成，因此數據庫中的部件基本信息與磁盤中的設計、制造文件一一對應[5-6]，在SQL Server數據庫中部件表結構設計如表1所示。

4 系統實現

4.1 技術路線

系統基于.NET開發技術，采用微軟Visual Studio 2010開發平臺，以C#為開發編程語言。C#是專用于.NET的編程語言，是一種簡單、現代、面向對象的編程語言。數據存儲采用SQL Server 2008，具有可移植性好、使用方便、功能強大的優點，是一種高效率、高可靠性的數據庫解決方案[7]。

4.2 關鍵技術實現

（1）PDF文件讀取技術。RPV部件制造文件、設計文件及各類文檔法規類文件以PDF格式存儲于服務器磁盤中，在瀏覽這些文件時，需要在窗體中將PDF內容直接顯示出來[8]。本系統引用了AxInterop.AcroPDFLib.dll和Interop.AcroPDFLib.dll這兩個組件完成PDF內容的顯示，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；

系統直接獲取文件路徑將PDF文件進行顯示，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。在處理熱工參數、瞬態數據時，為直觀地對相關數據進行統計分析，需提供曲線圖或柱狀圖對表格化數據進行重構。本系統使用ZedGraph.dll組件實現對圖形的創建。ZedGraph是一個開源的.NET圖表類庫，全部代碼都是用C#開發的，可以利用任意的數據集合創建2D的線性和柱形圖表[9-10]。在以曲線樣式顯示熱工參數時，系統從表格中提取壓力值及對應時間，分別存儲在數組中。對曲線進行繪制和顯示代碼如下：

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

myPane.XAxis.Title.Text="時間"；endprint

myPane.YAxis.Title.Text="壓力"；

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

//縱坐標，y為壓力值，數組

myPane.XAxis.Scale.TextLabels=labels；//橫坐標，labels為時間值，數組

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

在以柱狀圖樣式顯示瞬態數據時，系統從表格中提取瞬態發生的次數和對應的月份，分別存儲在數組中，對柱狀圖進行繪制和顯示，主要代碼如下：

GraphPane myPane=zedGraphControl1.GraphPane；

BarItem myBar=myPane.AddBar（"OP11"，null，y，Color.Red）；//y為瞬態發生的次數，數組

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

myPane.XAxis.Scale.TextLabels=labels；//labels為發生的月份，數組

根據上述代碼，系統運行時根據原始表格數據分別對熱工參數、瞬態記錄進行重構顯示，效果如圖2、圖3所示。

5 結語

本文針對核電站RPV特定的應用環境，根據老化管理活動的流程和工作概況，設計并實現了RPV老化管理信息系統，滿足了老化管理的基本功能需求。目前系統已應用于某核電站的反應堆壓力容器老化管理中。通過對老化基礎數據管理，實現了各類老化參數的趨勢化分析，提高了老化管理效率。下一步將在功能上實現對RPV的老化機理分析及老化狀態評估，實現RPV老化管理全過程的信息化管理。

參考文獻：

[1] 羅強，徐祺，趙繼松，等.壓水堆核電廠反應堆壓力容器老化管理[J].核動力工程，2012，33（2）：114-119.

[2] 黃平，喬巖欣，王榮山.國產反應堆壓力容器材料一回路水環境疲勞設計曲線初探[J].腐蝕與防護，2012，33（12）：1045-1050.

[3] 朱光強，廖昌斌，戴兵，等.基于實際運行瞬態的反應堆壓力容器疲勞瞬態狀態評估[J].核技術，2013，36（4）：78-83.

[4] 孫英學，杜娟，盧岳川.設計瞬態核疲勞損傷對反應堆壓力容器設計壽命的影響分析[J].核動力工程，2009，30（3）：1-3.

[5] 華艷.基于大型數據庫設計方法的研究[J].電腦知識與技術，2011，26（7）：621-623.

[6] 程文靜.管理信息系統中數據設計的實現原理與防范[J].電腦知識與技術，2011，7（5）：994-995.

[7] 張玉榮.基于.Net FrameWork的用戶服務系統的實現[J].蘇州科技學院學報：工程技術版，2010，23（2）：74-76.

[8] 王學忠.編程直接生成PDF文檔的方法與實現[J].科技信息，2008（14）：39-41.

[9] 楊偉杰.基于ZedGraph的在線動態數據圖表繪制[J].軟件導刊，2010（1）：128-130.

[10] 奚冬芹.ZedGraph控件在煤礦安全監控系統中的應用研究[J].電子世界，2014（1）：80-81.endprint