如何更好地檢查核設(shè)施？

法國(guó)有56座核反應(yīng)堆，發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量的70%。盡管法國(guó)的核電站網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是世界上最安全的核電站之一，但最近在一些反應(yīng)堆的部分管道上發(fā)現(xiàn)了腐蝕問(wèn)題，迫使運(yùn)營(yíng)商法國(guó)電力公司(EDF)關(guān)閉了這些反應(yīng)堆。這些不幸的事件凸顯了不斷提高法國(guó)核電站安全性的必要性。幾家公司正在開(kāi)發(fā)新的解決方案，以改善核設(shè)施的維護(hù)，以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加安全。

核能是法國(guó)電力(生產(chǎn)和消費(fèi))的主要來(lái)源。這些電力來(lái)自56個(gè)不同功率等級(jí)的反應(yīng)堆(900兆瓦、1300兆瓦和1450兆瓦)，分布在法國(guó)18個(gè)地點(diǎn)。例如，一個(gè)900兆瓦的反應(yīng)堆平均每月產(chǎn)生50萬(wàn)兆瓦時(shí)的電量，相當(dāng)于40萬(wàn)戶家庭的消耗量。

法國(guó)的年發(fā)電量約為412.9太瓦時(shí)，是僅次于美國(guó)(841.3太瓦時(shí))和中國(guó)(295太瓦時(shí))的第二大核生產(chǎn)國(guó)。

該國(guó)希望通過(guò)更多地依賴核能來(lái)走得更遠(yuǎn)。這與國(guó)際形勢(shì)有很大關(guān)系。烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)正在推動(dòng)能源獨(dú)立，以減少或不再依賴俄羅斯的天然氣。此外，為了遵守在2030年之前減少二氧化碳排放的氣候承諾，還將推動(dòng)轉(zhuǎn)向核能等低碳能源。

因此，法國(guó)宣布在2035年前建造6座新的EPR核電站。與此同時(shí)，一些現(xiàn)有反應(yīng)堆的壽命應(yīng)該得到延長(zhǎng)。

這意味著核安全問(wèn)題在今天比以往任何時(shí)候都更加重要。在一些反應(yīng)堆中發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象對(duì)工業(yè)來(lái)說(shuō)不是好消息。

腐蝕和停堆反應(yīng)堆

最近在法國(guó)的一些反應(yīng)堆中檢測(cè)到安全注入管彎頭焊縫的腐蝕問(wèn)題。這些管道與主電路相連。它們很重要，因?yàn)橐坏┌l(fā)生事故，它們就被用來(lái)冷卻反應(yīng)堆。這種被稱為“應(yīng)力腐蝕”的腐蝕會(huì)在焊接處產(chǎn)生小裂紋，這就提出了安全方面的問(wèn)題。

法國(guó)電力公司(EDF)已被迫關(guān)閉了近一半的法國(guó)反應(yīng)堆，其中12座反應(yīng)堆存在管道裂縫的風(fēng)險(xiǎn)或已證實(shí)的情況(4座1450兆瓦的反應(yīng)堆，20座1300兆瓦反應(yīng)堆中的5座，以及32900兆瓦反應(yīng)堆中的3座)。自2022年4月以來(lái)，該網(wǎng)絡(luò)有一半的容量無(wú)法使用。而且腐蝕問(wèn)題似乎并不局限于現(xiàn)有的反應(yīng)堆。在尚未投入使用的弗拉芒維爾EPR上也觀察到了類似的現(xiàn)象。

目前法國(guó)反應(yīng)堆發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的原因尚不清楚。反應(yīng)堆老化，技術(shù)問(wèn)題，人為失誤，控制失誤，還是欺詐?技術(shù)調(diào)查正在進(jìn)行中。鑒于15年內(nèi)將建成6座epr反應(yīng)堆，風(fēng)險(xiǎn)是巨大的。

良好焊接檢驗(yàn)在核工業(yè)中的重要性

核反應(yīng)堆的建造和維護(hù)需要對(duì)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的焊縫進(jìn)行定期檢查，這意味著要核實(shí)這些檢查的完整性。質(zhì)量控制中最輕微的失誤都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，并導(dǎo)致安全問(wèn)題、預(yù)算超支和項(xiàng)目延誤，這很可能是弗拉芒維爾的情況。

數(shù)字追溯公司BEWEIS的聯(lián)合創(chuàng)始人Sylvain Crozet表示:

“一個(gè)核設(shè)施包含數(shù)百公里長(zhǎng)的各種管道，這些管道在現(xiàn)場(chǎng)焊接在一起。例如，一個(gè)EPR總共有幾千個(gè)焊縫。一個(gè)發(fā)電廠的壽命大約是50年，所以焊接必須絕對(duì)可靠，并運(yùn)行50年，以避免不得不再次干預(yù)。”

他還補(bǔ)充道:

“弗拉芒維爾還沒(méi)有投入使用，但我們已經(jīng)知道有6處焊縫需要修復(fù)，它們位于6米厚的混凝土墻中間。修復(fù)的影響是巨大的，一個(gè)混凝土石棺必須被打破，隨之而來(lái)的是所有的安全問(wèn)題。因此需要事先檢查焊縫。但在過(guò)去，人們一直對(duì)核查感到擔(dān)憂。”

但首先，焊接在工業(yè)中是如何測(cè)試的?

最可靠的無(wú)損檢測(cè)之一是x射線檢測(cè)。管道安裝工委托的放射技師負(fù)責(zé)對(duì)焊縫進(jìn)行x光檢查，就像醫(yī)療放射技師做的那樣。他用前導(dǎo)字母來(lái)識(shí)別它們。然后，一名譯員分析顯影的x射線，并宣布焊縫是否符合要求。到目前為止，沒(méi)有任何措施能保證檢查的可追溯性。

BEWEIS想要解決這個(gè)問(wèn)題。為了避免焊接驗(yàn)證中可能出現(xiàn)的故障，BEWEIS開(kāi)發(fā)了be標(biāo)簽系統(tǒng)。這種防偽印章確保了工業(yè)和核設(shè)施焊接檢查的安全可追溯性。

BE-Tag:焊接保護(hù)和跟蹤檢查

BE-tag的歷史可以追溯到2009年。RFID技術(shù)專家Sylvain Crozet和管工Jacky Catonio聯(lián)手響應(yīng)阿海琺的要求。

當(dāng)時(shí)，這家法國(guó)集團(tuán)注意到它的一個(gè)工地存在焊接缺陷。最令人驚訝的是，這些缺陷涉及的焊縫應(yīng)該已經(jīng)檢查過(guò)了。人類的錯(cuò)誤?欺詐?無(wú)論如何，這兩個(gè)合作伙伴，后來(lái)又有了第三個(gè)合作伙伴，開(kāi)發(fā)了一種工具，使焊接檢查更可靠，并避免任何欺詐的可能性。

2015年，BEWEIS推出BE-tag系統(tǒng)。它由一個(gè)裝有RFID芯片和隱藏金屬字母的小方盒組成。標(biāo)簽將使用硅膠腕帶安裝在每個(gè)焊縫上，該腕帶是專門設(shè)計(jì)的，以符合核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(特別是在材料轉(zhuǎn)移方面)。

RFID閱讀器和計(jì)算機(jī)軟件被用來(lái)關(guān)聯(lián)標(biāo)簽，字母和焊接。這一過(guò)程涉及管道安裝工、放射技師、膠片顯影師和譯員。每個(gè)人都可以使用這個(gè)軟件。

Sylvain Crozet解釋了解決方案的工作原理:

“我們?yōu)楣艿腊惭b工提供標(biāo)簽。它們包含一個(gè)RFID芯片和兩個(gè)由我們的系統(tǒng)在制造時(shí)隨機(jī)選擇的金屬字母。芯片和字母已在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安全地關(guān)聯(lián)起來(lái)。然后，管道安裝工必須通過(guò)RFID閱讀器對(duì)標(biāo)簽內(nèi)的芯片進(jìn)行編碼。目的是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中記錄哪個(gè)標(biāo)簽對(duì)應(yīng)哪個(gè)焊縫。然后，管道安裝工在每個(gè)焊縫處安裝be標(biāo)簽。”

在檢查時(shí)，放射技師拍下焊縫和標(biāo)簽的照片，而不必知道隱藏的字母。伽馬射線穿過(guò)焊縫，穿過(guò)標(biāo)簽，并將隱藏的字母打印在未來(lái)的射線照相上。

當(dāng)膠片由膠片顯影師沖洗時(shí)，字母會(huì)出現(xiàn)在焊縫旁邊。這保證了焊縫確實(shí)被檢查過(guò)。解釋器通過(guò)我們的軟件，通過(guò)確保射線照相顯示的字母對(duì)應(yīng)正確的芯片，從而對(duì)應(yīng)正確的焊縫，來(lái)驗(yàn)證焊縫。如果沒(méi)有字母或字母不正確，則必須重新運(yùn)行控件。”

一旦譯員對(duì)膠片進(jìn)行了驗(yàn)證，他就在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中填寫(xiě)他的報(bào)告，并在沒(méi)有錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)的情況下宣布焊縫符合或不符合要求。所有利益攸關(guān)方均可查閱該報(bào)告。

Jacky Catonio說(shuō)，Areva 站點(diǎn)是第一個(gè)安裝這種追蹤解決方案的地方。

“從那以后，這些網(wǎng)站再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)任何控制欺詐的案例。根據(jù)我們所有的客戶，使用BE-Tag系統(tǒng)后，平均多進(jìn)行20%的檢查。每件事都有時(shí)間標(biāo)記并記錄在系統(tǒng)里，所以他們知道要檢查什么。像BE-tag這樣的解決方案本可以避免弗拉芒維爾大量的焊接問(wèn)題。”

BE-tag被設(shè)計(jì)用于整個(gè)核設(shè)施的建設(shè)。一旦現(xiàn)場(chǎng)完成，焊接檢查完畢，標(biāo)簽就會(huì)被移除。然而，BEWEIS正在與國(guó)外的核公司進(jìn)行討論，這些公司希望在其核電站的整個(gè)生命周期內(nèi)使用BE-tag系統(tǒng)。

該系統(tǒng)不僅為新工廠的建設(shè)而設(shè)計(jì)。它也適用于現(xiàn)有場(chǎng)地的維護(hù)和舊廠房的拆除。這家法國(guó)公司正在與英國(guó)拆除行業(yè)合作，研究核廢料控制的可追溯性。該公司還希望盡快與法國(guó)電力公司就法國(guó)電網(wǎng)展開(kāi)合作。

檢查蒸汽發(fā)生器的機(jī)器人

另一家公司已經(jīng)在與EDF合作維護(hù)核設(shè)施。ENDEL SRA正在開(kāi)發(fā)一種微型機(jī)器人，能夠維護(hù)核電站一個(gè)關(guān)鍵的、難以到達(dá)的區(qū)域:蒸汽發(fā)生器。ENDEL SRA的首席執(zhí)行官Jean-Paul Mandier解釋說(shuō)，未來(lái)的機(jī)器人有一輛小玩具車那么大，配有一個(gè)4毫米高清攝像頭，其任務(wù)是驗(yàn)證構(gòu)成發(fā)電機(jī)間隔板的水通道。

“蒸汽發(fā)生器是一個(gè)垂直的交換器，它有管束(圖中紫色部分)，也就是大約10米高的圓形管。這個(gè)管束每隔一米由間隔板(左邊有黃點(diǎn)的灰色交叉線)固定在一起。在這些板上鉆孔，以便管子通過(guò)。它們使管子之間保持相等的距離，這樣整個(gè)梁就固定不動(dòng)了。管子周圍的空間可以讓水逸出，變成蒸汽，然后推動(dòng)渦輪機(jī)。

我們正在開(kāi)發(fā)的機(jī)器人將通過(guò)一個(gè)直徑180毫米的孔進(jìn)入發(fā)電機(jī)，到達(dá)8個(gè)間隔板，展開(kāi)相機(jī)，并檢查縫隙，以確保它們是他們應(yīng)該是。這是一種機(jī)器人解決方案，我們正在對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，以減少操作人員暴露在輻射中的風(fēng)險(xiǎn)。”

ENDEL SRA已經(jīng)有了一個(gè)機(jī)器人檢查員，但這種現(xiàn)有的維護(hù)技術(shù)不允許檢查/檢查所有的間隔板，只有2個(gè)。

“今天，我們檢查第一個(gè)和最后一個(gè)盤(pán)子，因?yàn)槟鞘嵌吹牡胤健Ｃ魈欤覀兙涂梢杂眠@個(gè)小機(jī)器人檢查所有8個(gè)盤(pán)子了，這在今天是不可能的因?yàn)槲覀儫o(wú)法接觸到其他盤(pán)子。新的蒸汽發(fā)生器也即將問(wèn)世。它們與目前的發(fā)電機(jī)不同，管之間的空間更小(4.7毫米對(duì)目前的發(fā)電機(jī)8毫米)。正是為了彌補(bǔ)這種發(fā)展，我們推出了這項(xiàng)創(chuàng)新。”

該機(jī)器人計(jì)劃寬70毫米，長(zhǎng)120毫米，重2公斤，將配備一種新的彩色相機(jī)技術(shù)，包括小型CCD和CID傳感器，可以查看以前無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域。還會(huì)有額外的照明。

“該機(jī)器人將擁有一個(gè)能夠在非常小的空間中投射到1米高的光。我們沒(méi)有選擇紅外相機(jī)，而是彩色相機(jī)，因?yàn)槲覀冃枰辛己玫目梢曅院蜏?zhǔn)確性。電視檢查對(duì)確保有效和積極的維護(hù)至關(guān)重要，對(duì)核電站的核安全發(fā)揮著重要作用。”

操作人員將能夠通過(guò)PlayStation遙控器與配有視頻反饋的工業(yè)PC相連來(lái)控制機(jī)器人。這將允許機(jī)器人前往被檢查的區(qū)域。連接電源而不使用電池，機(jī)器人將能夠不受時(shí)間限制地運(yùn)行。操作人員將在大約50至60米以外(在某些特定情況下可達(dá)200米)。

該機(jī)器人還將配備磁化輪子，可以在墻上滾動(dòng)，并能達(dá)到10米高。

“關(guān)于溫度，我們一般在50℃以下工作。因?yàn)槲覀冊(cè)谝粋€(gè)核回路中，我們必須尊重某些材料的使用。我們不能使用含有氯或氟的材料。我們還必須讓這個(gè)小機(jī)器人盡可能輕，便于管理。”

目前，這是一個(gè)預(yù)防檢查機(jī)器人，沒(méi)有有意的干預(yù)措施。

“法國(guó)核反應(yīng)堆的安全水平非常高。這一級(jí)別得到為監(jiān)測(cè)其演變而進(jìn)行的所有檢查的支持。不一定會(huì)出現(xiàn)缺陷，但這是一個(gè)預(yù)防的問(wèn)題，以鞏固安全。”

為了實(shí)施該項(xiàng)目，ENDEL SRA從法國(guó)恢復(fù)計(jì)劃中獲得了85萬(wàn)歐元的贈(zèng)款，這是所需總投資的一半。

該公司應(yīng)該在2022年底之前完成原型。首先將在“Chalon-sur-Sa?ne”的非核設(shè)施試驗(yàn)中心進(jìn)行試驗(yàn)。這就是從設(shè)備到干預(yù)團(tuán)隊(duì)和程序的整個(gè)過(guò)程的合格之處。EDF將在這里驗(yàn)證機(jī)器人，并批準(zhǔn)其在法國(guó)一家核電站使用。