核电厂热交换器信息管理系统设计与开发

刘晓龙 汤利专 王彤臣

（海南核电有限公司， 海南 昌江县 572700）

1 核电厂热交换器信息管理系统设计与开发意义

热交换器的热量交换与传递能力决定其在核电厂生产系统占据重要地位。基于经验归纳总结可知，核电厂设备大致可分为核岛设备（承担热核反应职责，主要将核能转变为热能，是核电厂核心设备）、常规岛设备（主要将热能转变为机械能、电能，涉及汽轮发电机组、辅助冷却系统、辅助配电系统、凝结水系统等众多设备）与辅助系统设备（辅助生产与管理，涉及视频监控系统、照明系统、环境监测系统、安防系统等众多设备）[1]。在此三类设备中热交换器均有分布。因此，核电厂热交换器数量众多并在运行期间产生了大量数据，传统数据信息管理已经无法满足实际需求，容易出现数据丢失、混淆等问题，不利于热交换器数据信息在热交换器性能监测与管理中的运用。

与此同时，核电厂热交换器运行过程中，随时间延长，容易产生各种各样问题，导致核电厂热交换器性能降低，从而对核电厂安全产生不利影响。例如1980年美国一座海生物核电厂热交换器出现结垢问题，导致核电厂用水流量不达标，造成生产系统关停；2005年美国一座核电厂因为常规岛设备中某热交换器出现故障，导致含放射性物质的厂用水泄露，造成严重污染问题[2]。因此，做好核电厂热交换器管理工作，减少热交换器故障发生率，减少热交换器故障损害现实意义显著。

核电厂热交换器信息管理系统的设计与开发，能够提高核电厂热交换器信息管理信息化水平，实现热交换器信息科学整合与高效利用，为热交换器安装、调试、维修、保养等工作开展提供充足信息依据。与此同时，核电厂热交换器信息管理系统的设计与开发，能够对核电厂热交换器性能进行全过程动态监测，帮助工作人员掌握热交换器性能变化，制定设备维修保养策略，从而提高热交换器管理智能化水平。

2 核电厂热交换器信息管理系统设计与开发需求分析

核电厂热交换器信息管理系统建立的关键在于信息整合、分析与利用。因此，在对核电厂热交换器信息管理系统进行设计与开发时，应保证系统满足如下功能需求：1）收集核电厂所有热交换器设计信息、制造信息、安装信息、调试信息、维修信息、保养信息等，保证热交换器信息管理系统基础信息充足、真实、全面、准确。2）通过核电厂热交换器信息管理系统可了解不同热交换器类型、制造商、制造材料、基本性能（温度、压力、电流、工作介质、使用方式、内部结构、设计图纸等）、所属机组、所属系统等信息。3）核电厂热交换器信息管理系统能够管理热交换器运行记录、故障记录、维修记录、养护记录等。4）核电厂热交换器信息管理系统能够根据相关要求结合热交换器运行情况制定维修养护方案，识别热交换器运行安全隐患，提出整改意见等，实现核电厂热交换器信息化、智能化管控。

3 核电厂热交换器信息管理系统设计与实现方法

3.1 系统架构设计

架构设计是核电厂热交换器信息管理系统设计开发重点内容，其设计质量与整个系统设计质量存在直接影响。结合设备信息管理系统设计开发经验，设计运用mockplus、PowerDesigner、SpringMVC、浏览器/服务器架构、JavaWeb-LayUI框架等工具与技术进行设计。

3.1.1 软件架构设计

该系统基于浏览器/服务器架构，进行了“表示层——领域层——数据层”三层结构设计。表示层主要用于展示系统能够实现的功能，是实现人机互动的关键所在，位于核电厂热交换器信息管理系统最外层，改成主要利用JSP技术、HTML技术实现动态展示，其设计图见图1。领域层主要用于完成系统业务功能、业务流程操作，位于系统中间位置。数据层主要用于数据库访问，可在数据库中实现核电厂热交换器相关数据查询、删除、更新、修改等操作。

图1 系统软件架构中的表示层设计图

3.1.2 硬件架构设计

系统功能离不开基础设施支持，为满足核电厂热交换器信息管理系统运行需求，需要做好机房设计（包括网络基础设施建设、主机服务器配置）与专家咨询/综合调度平台设计（包括存储备份系统配备、系统软件配备）。就本次设计的核电厂热交换器信息管理系统服务器而言，应用服务器、备份服务器等均采用Intel Xeon Silver 4116 12C 85W 2.1GHz 处理器，Windows Server 2008操作系统，见表1。

表 1 核电厂热交换器信息管理系统服务器配置

3.1.3 网络架构设计

核电厂热交换器信息管理系统主要操作系统为Windows Server 2008操作系统，该系统灵活性、稳定性较强，可满足核电厂热交换器信息管理系统运行需求。同时核电厂热交换器信息管理系统兼容其他系统，便于操作者使用。系统网络设计引入了以太网技术，传输协议以传输控制/网络协议为主，同时为保障系统运行安全，在系统中配备了防火墙。

3.2 系统功能总体设计

根据核电厂热交换器信息管理系统设计与开发需求，提出如下设计思路。

其一，核电厂热交换器信息管理系统设计采用3层浏览器/服务器架构模式，该模式可见客户端集约化处理，即将核电厂热交换器信息管理系统绝大部分功能集中到服务器中，实现事务逻辑和计算；核电厂热交换器信息管理系统与用户交互可通过Web浏览器来实现[3]。核电厂热交换器信息管理系统的开发、维护与利用更具简便性、可操作性。以核电厂热交换器信息查询为例，可通过系统功能菜单，通过字段输入、按钮操作找到所需查询数据信息，核电厂热交换器信息管理效率提高。

其二，核电厂热交换器信息管理系统设计进行功能模块化设计，该方法功能分区明确且具备可视化显示特征，对使用者专业水平要求不高，提高了系统适应性，企业员工可通过可视化查询了解热交换器及其相关数据信息，并针对性利用信息完成相应工作。

其三，核电厂热交换器信息管理系统设计集数据查询、监测、分析功能于一体，以满足核电厂热交换器管理需求。

通过系统数据查询功能，相关人员能够全面掌握热交换器各方面信息。该功能的实现主要以数据采集技术、数据挖掘技术、数据库建立技术为支持，在各项技术合理运用下实现了对热交换器基础数据、业务数据、管理数据等采集、整理、保存。

通过系统数据监测功能，相关人员能够全面掌握热交换器及其检测设备运行状况，及时处理预警、报警反馈，提高热交换器及其检测设备运行安全性、稳定性。该功能的实现主要是以热交换器监测系统、热交换器及其检测设备巡检为支持，核电厂热交换器信息管理系统可通过其所所记录的信息，进行故障诊断、维修决策。核电厂热交换器数量与种类众多，对一些重要热交换器应给予重点监测（表2），以免热交换器故障发生对整个系统造成严重影响。与此同时，能够反映热交换器运行状态的参数较多，为保证系统运行流畅稳定，需要对各参数进行分析，从中选择代表性强的特征参数进行整理分析，如温度、液位等。此外，设计建立在线数据包与离线数据包，前者于监测系统连接，从监测系统中获取实时动态数据，后者由工作人员根据巡检记录录入，两者集中存储到基础数据库中。

表 2 几种重要热交换器性能监测对象

通过系统数据分析功能，相关人员能够全面掌握热交换器及其监测设备性能变化情况，实现核电厂各类热交换器传热性能变化趋势预测；核电厂各类热交换器故障诊断；核电厂各类热交换器整改意见提出等。该功能的实现以数据计算、预测算法等为支持，通过计算比较运行状态数据变化、变化趋势预测分析等，识别与判断热交换器可能存在的故障，并进行预警，提出维修建议。

3.3 系统各功能模块设计

基于功能模块化设计，核电厂热交换器信息管理系统将其功能进行科学区分，利用各功能模块来完成系统应用某一项或某一组功能：1）核电厂热交换器基础信息采集与管理，由系统中基础信息模块完成。基础信息模块具备数据采集、数据导入、数据字段定义、数据组织等功能。涉及的管理内容主要包括设备技术参数、结构参数、运行参数、设计功能说明、安装使用说明、性能实验程序、制造资料、相关材料与仪表信息等。通过系统能够完成上述内容查询、修改、增加、删除等任务。2）核电厂热交换器运行数据分析与利用，由系统中数据管理模块完成。该模块侧重于设备运行过程中产生数据的录入、整理、分析和利用。涉及的管理内容主要包括监测数据、检修数据、性能试验信息、数据完整性检查数据、日常检修日志等。例如管理中通过监测数据筛查能够全面掌握核电厂重要系统中的热交换器某时间温度、压力、水位、流量等性能数据，并生产曲线图便于工作人员直观评价热交换器运行状况；管理中通过完整性数据分析（表3）对核电厂热交换运行问题进行判断，如故障、老化、缺损、腐蚀、堵塞等，并根据判断结果针对性制定维修养护方案。数据库设计过程中，为满足系统需求，设计了很多数据库表，如用户信息表、设备表、故障信息表、设备巡检任务表等。以设备巡检任务表为例（表4），对巡检任务编码、设备名称、联系方式、巡检任务发起时间、巡检内容、巡检状态等进行了描述，id为设备巡检任务表主键，设计字符类型有int类型、varchar类型、datetime类型。核电厂热交换器信息检索式与可视化查询，由信息系统查询模块完成。

表 3 热交换器完整性判断项（部分）

表 4 设备巡检任务表（部分）

该模块为核电厂热交换器信息获取提供了多种方式，可满足管理人员不同数据不同查询需求。就检索式查询而言，管理人员主要通过关键词词输入、二维码扫描等方式查询所需数据。在基础信息管理、维修信息管理中该方法较为常用。就可视化查询而言，管理人员通过移动系统界面中的鼠标位置，观看热交换器及其相关管路、仪器仪表、阀门等设备信息，点击鼠标后能够进一步获取设备内容。该方法在设备内外结构信息管理、设备所在系统位置信息管理等中较为常用。为满足可视化查询功能，在系统设计开发过程中，利用SolidWork软件构建了交换器三维模型。具体操作：统计核电厂热交换器信息（主要由设备供应商提供）；利用SketchUp软件（3D设计软件，可满足多数三维模型构建需求）将SolidWork文件转换为dae文件，以便WebGL对数据信息进行处理；待文件完成解析、渲染之后形成热交换器三维数据模型，并于浏览器显示；基于前端框架技术、数据交互技术等运用实现对热交换器三维模型放大、移动、缩小等操作，便于用户全面掌握与了解热交换器基础信息。以下是3D渲染部分代码：

//用户交互插件 鼠标左键按住旋转，右键按住平移，滚轮缩放

核电厂热交换器信息输出与系统运行安全维护，即核电厂热交换器信息管理系统能够根据工作人员相关需求将其所需信息输出，便于工作人员随时随地利用信息进行设备管理。同时系统本身具备安全防护能力，可通过数据备份、权限访问保障数据安全。

3.4 软件功能实现

系统平台框架依托Spring+SpringMVC+MyBatis框架构建；运用数据库存储，模式、目录信息存储模式存储系统文件资料；以列表方式进行各级模块显示，列表中涉及编号、名称、备注、地址等信息。

4 核电厂热交换器信息管理系统日常运行和管理分析

在应用核电厂热交换器信息管理系统进行设备管理时，相关人员应严格遵循系统操作要求，进行规范化操作，以免操作不当引发系统故障，降低核电厂热交换器管理效率。同时基于核电厂热交换器信息管理系统管理制度，加强系统日常维护，减少外界因素对系统正常使用的干扰。此外，树立数据安全意识、系统创新意识，通过数据安全技术合理使用强化系统性能，使其更好地服务核电厂热交换器信息管理。

5 结论

核电厂热交换器分布广泛，做好热交换器管理工作现实意义显著。由于热交换器信息广泛分布在系统设计、系统调试、系统运行、系统安全、系统维修保养等众多环节，故障热交换器管理中如何做好其信息管理，提高热交换器信息利用价值成为人们关注与思考重点问题。该研究根据核电厂热交换器信息管理需求建立了操作简单、应用可靠、界面友好的核电厂热交换器信息管理系统，科学地运用热交换器信息数据，为热交换器管理、监督、维护等工作开展提供了信息，有利于提升热交换器管理质量和效率。