劉曉龍 湯利專 王彤臣

（海南核電有限公司， 海南 昌江縣 572700）

1 核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)意義

熱交換器的熱量交換與傳遞能力決定其在核電廠生產(chǎn)系統(tǒng)占據(jù)重要地位。基于經(jīng)驗歸納總結(jié)可知，核電廠設(shè)備大致可分為核島設(shè)備（承擔熱核反應(yīng)職責，主要將核能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，是核電廠核心設(shè)備）、常規(guī)島設(shè)備（主要將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、電能，涉及汽輪發(fā)電機組、輔助冷卻系統(tǒng)、輔助配電系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)等眾多設(shè)備）與輔助系統(tǒng)設(shè)備（輔助生產(chǎn)與管理，涉及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等眾多設(shè)備）[1]。在此三類設(shè)備中熱交換器均有分布。因此，核電廠熱交換器數(shù)量眾多并在運行期間產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息管理已經(jīng)無法滿足實際需求，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、混淆等問題，不利于熱交換器數(shù)據(jù)信息在熱交換器性能監(jiān)測與管理中的運用。

與此同時，核電廠熱交換器運行過程中，隨時間延長，容易產(chǎn)生各種各樣問題，導(dǎo)致核電廠熱交換器性能降低，從而對核電廠安全產(chǎn)生不利影響。例如1980年美國一座海生物核電廠熱交換器出現(xiàn)結(jié)垢問題，導(dǎo)致核電廠用水流量不達標，造成生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)停；2005年美國一座核電廠因為常規(guī)島設(shè)備中某熱交換器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致含放射性物質(zhì)的廠用水泄露，造成嚴重污染問題[2]。因此，做好核電廠熱交換器管理工作，減少熱交換器故障發(fā)生率，減少熱交換器故障損害現(xiàn)實意義顯著。

核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，能夠提高核電廠熱交換器信息管理信息化水平，實現(xiàn)熱交換器信息科學(xué)整合與高效利用，為熱交換器安裝、調(diào)試、維修、保養(yǎng)等工作開展提供充足信息依據(jù)。與此同時，核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，能夠?qū)穗姀S熱交換器性能進行全過程動態(tài)監(jiān)測，幫助工作人員掌握熱交換器性能變化，制定設(shè)備維修保養(yǎng)策略，從而提高熱交換器管理智能化水平。

2 核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)需求分析

核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)建立的關(guān)鍵在于信息整合、分析與利用。因此，在對核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)進行設(shè)計與開發(fā)時，應(yīng)保證系統(tǒng)滿足如下功能需求：1）收集核電廠所有熱交換器設(shè)計信息、制造信息、安裝信息、調(diào)試信息、維修信息、保養(yǎng)信息等，保證熱交換器信息管理系統(tǒng)基礎(chǔ)信息充足、真實、全面、準確。2）通過核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)可了解不同熱交換器類型、制造商、制造材料、基本性能（溫度、壓力、電流、工作介質(zhì)、使用方式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)計圖紙等）、所屬機組、所屬系統(tǒng)等信息。3）核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)能夠管理熱交換器運行記錄、故障記錄、維修記錄、養(yǎng)護記錄等。4）核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)能夠根據(jù)相關(guān)要求結(jié)合熱交換器運行情況制定維修養(yǎng)護方案，識別熱交換器運行安全隱患，提出整改意見等，實現(xiàn)核電廠熱交換器信息化、智能化管控。

3 核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)方法

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

架構(gòu)設(shè)計是核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)重點內(nèi)容，其設(shè)計質(zhì)量與整個系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量存在直接影響。結(jié)合設(shè)備信息管理系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，設(shè)計運用mockplus、PowerDesigner、SpringMVC、瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)、JavaWeb-LayUI框架等工具與技術(shù)進行設(shè)計。

3.1.1 軟件架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)基于瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，進行了“表示層——領(lǐng)域?qū)印獢?shù)據(jù)層”三層結(jié)構(gòu)設(shè)計。表示層主要用于展示系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，是實現(xiàn)人機互動的關(guān)鍵所在，位于核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)最外層，改成主要利用JSP技術(shù)、HTML技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)展示，其設(shè)計圖見圖1。領(lǐng)域?qū)又饕糜谕瓿上到y(tǒng)業(yè)務(wù)功能、業(yè)務(wù)流程操作，位于系統(tǒng)中間位置。數(shù)據(jù)層主要用于數(shù)據(jù)庫訪問，可在數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)核電廠熱交換器相關(guān)數(shù)據(jù)查詢、刪除、更新、修改等操作。

圖1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)中的表示層設(shè)計圖

3.1.2 硬件架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)功能離不開基礎(chǔ)設(shè)施支持，為滿足核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)運行需求，需要做好機房設(shè)計（包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、主機服務(wù)器配置）與專家咨詢/綜合調(diào)度平臺設(shè)計（包括存儲備份系統(tǒng)配備、系統(tǒng)軟件配備）。就本次設(shè)計的核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)服務(wù)器而言，應(yīng)用服務(wù)器、備份服務(wù)器等均采用Intel Xeon Silver 4116 12C 85W 2.1GHz 處理器，Windows Server 2008操作系統(tǒng)，見表1。

表 1 核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)服務(wù)器配置

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)主要操作系統(tǒng)為Windows Server 2008操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)靈活性、穩(wěn)定性較強，可滿足核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)運行需求。同時核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)兼容其他系統(tǒng)，便于操作者使用。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計引入了以太網(wǎng)技術(shù)，傳輸協(xié)議以傳輸控制/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為主，同時為保障系統(tǒng)運行安全，在系統(tǒng)中配備了防火墻。

3.2 系統(tǒng)功能總體設(shè)計

根據(jù)核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)需求，提出如下設(shè)計思路。

其一，核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計采用3層瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)模式，該模式可見客戶端集約化處理，即將核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)絕大部分功能集中到服務(wù)器中，實現(xiàn)事務(wù)邏輯和計算；核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)與用戶交互可通過Web瀏覽器來實現(xiàn)[3]。核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)的開發(fā)、維護與利用更具簡便性、可操作性。以核電廠熱交換器信息查詢?yōu)槔赏ㄟ^系統(tǒng)功能菜單，通過字段輸入、按鈕操作找到所需查詢數(shù)據(jù)信息，核電廠熱交換器信息管理效率提高。

其二，核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計進行功能模塊化設(shè)計，該方法功能分區(qū)明確且具備可視化顯示特征，對使用者專業(yè)水平要求不高，提高了系統(tǒng)適應(yīng)性，企業(yè)員工可通過可視化查詢了解熱交換器及其相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并針對性利用信息完成相應(yīng)工作。

其三，核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)設(shè)計集數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)測、分析功能于一體，以滿足核電廠熱交換器管理需求。

通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢功能，相關(guān)人員能夠全面掌握熱交換器各方面信息。該功能的實現(xiàn)主要以數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)庫建立技術(shù)為支持，在各項技術(shù)合理運用下實現(xiàn)了對熱交換器基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等采集、整理、保存。

通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，相關(guān)人員能夠全面掌握熱交換器及其檢測設(shè)備運行狀況，及時處理預(yù)警、報警反饋，提高熱交換器及其檢測設(shè)備運行安全性、穩(wěn)定性。該功能的實現(xiàn)主要是以熱交換器監(jiān)測系統(tǒng)、熱交換器及其檢測設(shè)備巡檢為支持，核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)可通過其所所記錄的信息，進行故障診斷、維修決策。核電廠熱交換器數(shù)量與種類眾多，對一些重要熱交換器應(yīng)給予重點監(jiān)測（表2），以免熱交換器故障發(fā)生對整個系統(tǒng)造成嚴重影響。與此同時，能夠反映熱交換器運行狀態(tài)的參數(shù)較多，為保證系統(tǒng)運行流暢穩(wěn)定，需要對各參數(shù)進行分析，從中選擇代表性強的特征參數(shù)進行整理分析，如溫度、液位等。此外，設(shè)計建立在線數(shù)據(jù)包與離線數(shù)據(jù)包，前者于監(jiān)測系統(tǒng)連接，從監(jiān)測系統(tǒng)中獲取實時動態(tài)數(shù)據(jù)，后者由工作人員根據(jù)巡檢記錄錄入，兩者集中存儲到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中。

表 2 幾種重要熱交換器性能監(jiān)測對象

通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析功能，相關(guān)人員能夠全面掌握熱交換器及其監(jiān)測設(shè)備性能變化情況，實現(xiàn)核電廠各類熱交換器傳熱性能變化趨勢預(yù)測；核電廠各類熱交換器故障診斷；核電廠各類熱交換器整改意見提出等。該功能的實現(xiàn)以數(shù)據(jù)計算、預(yù)測算法等為支持，通過計算比較運行狀態(tài)數(shù)據(jù)變化、變化趨勢預(yù)測分析等，識別與判斷熱交換器可能存在的故障，并進行預(yù)警，提出維修建議。

3.3 系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計

基于功能模塊化設(shè)計，核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)將其功能進行科學(xué)區(qū)分，利用各功能模塊來完成系統(tǒng)應(yīng)用某一項或某一組功能：1）核電廠熱交換器基礎(chǔ)信息采集與管理，由系統(tǒng)中基礎(chǔ)信息模塊完成?；A(chǔ)信息模塊具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)字段定義、數(shù)據(jù)組織等功能。涉及的管理內(nèi)容主要包括設(shè)備技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、運行參數(shù)、設(shè)計功能說明、安裝使用說明、性能實驗程序、制造資料、相關(guān)材料與儀表信息等。通過系統(tǒng)能夠完成上述內(nèi)容查詢、修改、增加、刪除等任務(wù)。2）核電廠熱交換器運行數(shù)據(jù)分析與利用，由系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理模塊完成。該模塊側(cè)重于設(shè)備運行過程中產(chǎn)生數(shù)據(jù)的錄入、整理、分析和利用。涉及的管理內(nèi)容主要包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、性能試驗信息、數(shù)據(jù)完整性檢查數(shù)據(jù)、日常檢修日志等。例如管理中通過監(jiān)測數(shù)據(jù)篩查能夠全面掌握核電廠重要系統(tǒng)中的熱交換器某時間溫度、壓力、水位、流量等性能數(shù)據(jù)，并生產(chǎn)曲線圖便于工作人員直觀評價熱交換器運行狀況；管理中通過完整性數(shù)據(jù)分析（表3）對核電廠熱交換運行問題進行判斷，如故障、老化、缺損、腐蝕、堵塞等，并根據(jù)判斷結(jié)果針對性制定維修養(yǎng)護方案。數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中，為滿足系統(tǒng)需求，設(shè)計了很多數(shù)據(jù)庫表，如用戶信息表、設(shè)備表、故障信息表、設(shè)備巡檢任務(wù)表等。以設(shè)備巡檢任務(wù)表為例（表4），對巡檢任務(wù)編碼、設(shè)備名稱、聯(lián)系方式、巡檢任務(wù)發(fā)起時間、巡檢內(nèi)容、巡檢狀態(tài)等進行了描述，id為設(shè)備巡檢任務(wù)表主鍵，設(shè)計字符類型有int類型、varchar類型、datetime類型。核電廠熱交換器信息檢索式與可視化查詢，由信息系統(tǒng)查詢模塊完成。

表 3 熱交換器完整性判斷項（部分）

表 4 設(shè)備巡檢任務(wù)表（部分）

該模塊為核電廠熱交換器信息獲取提供了多種方式，可滿足管理人員不同數(shù)據(jù)不同查詢需求。就檢索式查詢而言，管理人員主要通過關(guān)鍵詞詞輸入、二維碼掃描等方式查詢所需數(shù)據(jù)。在基礎(chǔ)信息管理、維修信息管理中該方法較為常用。就可視化查詢而言，管理人員通過移動系統(tǒng)界面中的鼠標位置，觀看熱交換器及其相關(guān)管路、儀器儀表、閥門等設(shè)備信息，點擊鼠標后能夠進一步獲取設(shè)備內(nèi)容。該方法在設(shè)備內(nèi)外結(jié)構(gòu)信息管理、設(shè)備所在系統(tǒng)位置信息管理等中較為常用。為滿足可視化查詢功能，在系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程中，利用SolidWork軟件構(gòu)建了交換器三維模型。具體操作：統(tǒng)計核電廠熱交換器信息（主要由設(shè)備供應(yīng)商提供）；利用SketchUp軟件（3D設(shè)計軟件，可滿足多數(shù)三維模型構(gòu)建需求）將SolidWork文件轉(zhuǎn)換為dae文件，以便WebGL對數(shù)據(jù)信息進行處理；待文件完成解析、渲染之后形成熱交換器三維數(shù)據(jù)模型，并于瀏覽器顯示；基于前端框架技術(shù)、數(shù)據(jù)交互技術(shù)等運用實現(xiàn)對熱交換器三維模型放大、移動、縮小等操作，便于用戶全面掌握與了解熱交換器基礎(chǔ)信息。以下是3D渲染部分代碼：

//用戶交互插件 鼠標左鍵按住旋轉(zhuǎn)，右鍵按住平移，滾輪縮放

核電廠熱交換器信息輸出與系統(tǒng)運行安全維護，即核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)能夠根據(jù)工作人員相關(guān)需求將其所需信息輸出，便于工作人員隨時隨地利用信息進行設(shè)備管理。同時系統(tǒng)本身具備安全防護能力，可通過數(shù)據(jù)備份、權(quán)限訪問保障數(shù)據(jù)安全。

3.4 軟件功能實現(xiàn)

系統(tǒng)平臺框架依托Spring+SpringMVC+MyBatis框架構(gòu)建；運用數(shù)據(jù)庫存儲，模式、目錄信息存儲模式存儲系統(tǒng)文件資料；以列表方式進行各級模塊顯示，列表中涉及編號、名稱、備注、地址等信息。

4 核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)日常運行和管理分析

在應(yīng)用核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)進行設(shè)備管理時，相關(guān)人員應(yīng)嚴格遵循系統(tǒng)操作要求，進行規(guī)范化操作，以免操作不當引發(fā)系統(tǒng)故障，降低核電廠熱交換器管理效率。同時基于核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)管理制度，加強系統(tǒng)日常維護，減少外界因素對系統(tǒng)正常使用的干擾。此外，樹立數(shù)據(jù)安全意識、系統(tǒng)創(chuàng)新意識，通過數(shù)據(jù)安全技術(shù)合理使用強化系統(tǒng)性能，使其更好地服務(wù)核電廠熱交換器信息管理。

5 結(jié)論

核電廠熱交換器分布廣泛，做好熱交換器管理工作現(xiàn)實意義顯著。由于熱交換器信息廣泛分布在系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)運行、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)維修保養(yǎng)等眾多環(huán)節(jié)，故障熱交換器管理中如何做好其信息管理，提高熱交換器信息利用價值成為人們關(guān)注與思考重點問題。該研究根據(jù)核電廠熱交換器信息管理需求建立了操作簡單、應(yīng)用可靠、界面友好的核電廠熱交換器信息管理系統(tǒng)，科學(xué)地運用熱交換器信息數(shù)據(jù)，為熱交換器管理、監(jiān)督、維護等工作開展提供了信息，有利于提升熱交換器管理質(zhì)量和效率。