如何更好地檢查核設施？

法(fa)國(guo)有56座核(he)反(fan)應堆(dui)，發電(dian)量占全(quan)國(guo)總發電(dian)量的70%。盡管法(fa)國(guo)的核(he)電(dian)站(zhan)網絡被(bei)認為是世界上(shang)最(zui)安全(quan)的核(he)電(dian)站(zhan)之(zhi)一，但最(zui)近在(zai)一些(xie)反(fan)應堆(dui)的部分(fen)管道上(shang)發現了(le)腐蝕(shi)問題，迫使(shi)運(yun)營商(shang)法(fa)國(guo)電(dian)力公(gong)司(EDF)關閉了(le)這(zhe)些(xie)反(fan)應堆(dui)。這(zhe)些(xie)不幸(xing)的事件凸顯了(le)不斷提高(gao)法(fa)國(guo)核(he)電(dian)站(zhan)安全(quan)性的必要性。幾家公(gong)司正在(zai)開發新(xin)的解決方案(an)，以改善核(he)設施(shi)的維護，以使(shi)整個網絡更加安全(quan)。

核能是(shi)法(fa)國(guo)電力(生(sheng)產(chan)和消(xiao)費)的(de)主要來源。這些(xie)電力來自56個不同功(gong)率(lv)等(deng)級的(de)反應堆(900兆(zhao)(zhao)瓦(wa)、1300兆(zhao)(zhao)瓦(wa)和1450兆(zhao)(zhao)瓦(wa))，分(fen)布在法(fa)國(guo)18個地(di)點(dian)。例如，一(yi)個900兆(zhao)(zhao)瓦(wa)的(de)反應堆平均(jun)每月產(chan)生(sheng)50萬兆(zhao)(zhao)瓦(wa)時的(de)電量，相當(dang)于(yu)40萬戶家(jia)庭的(de)消(xiao)耗量。

法(fa)國(guo)(guo)的(de)年(nian)發電量(liang)約(yue)為412.9太(tai)瓦時，是僅次于美國(guo)(guo)(841.3太(tai)瓦時)和中國(guo)(guo)(295太(tai)瓦時)的(de)第(di)二大核生產國(guo)(guo)。

該國(guo)希望通過更多(duo)地依賴(lai)核能來走得(de)更遠。這與國(guo)際形勢有很(hen)大關系。烏克蘭戰(zhan)爭正(zheng)在推(tui)動(dong)能源獨立，以(yi)減(jian)少(shao)或不再依賴(lai)俄羅斯的天然氣。此外，為(wei)了遵守在2030年之前減(jian)少(shao)二氧化碳排放的氣候(hou)承(cheng)諾，還將推(tui)動(dong)轉向(xiang)核能等低碳能源。

因此(ci)，法國宣(xuan)布在2035年前(qian)建造(zao)6座新的EPR核(he)電站。與此(ci)同(tong)時，一些現有反(fan)應堆的壽命(ming)應該得到延長。

這(zhe)意味著(zhu)核(he)安(an)全問(wen)題在今(jin)天比以往任何時(shi)候(hou)都更加重要。在一些(xie)反應堆中發現(xian)腐蝕現(xian)象對工業來說不是好消息。

腐(fu)蝕和停堆反應堆

最近在法國的(de)(de)一些反應(ying)堆(dui)中檢(jian)測到(dao)安全(quan)注入管彎頭焊(han)縫的(de)(de)腐(fu)蝕問(wen)(wen)題。這些管道與(yu)主電路(lu)相(xiang)連。它們很重要，因為(wei)一旦發生(sheng)事(shi)故，它們就(jiu)(jiu)被(bei)用來冷卻反應(ying)堆(dui)。這種(zhong)被(bei)稱為(wei)“應(ying)力腐(fu)蝕”的(de)(de)腐(fu)蝕會在焊(han)接處(chu)產生(sheng)小(xiao)裂(lie)紋，這就(jiu)(jiu)提出了(le)安全(quan)方面的(de)(de)問(wen)(wen)題。

法國電力公司(EDF)已(yi)被迫關閉了近(jin)一半(ban)的(de)(de)(de)(de)法國反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)(dui)，其中(zhong)12座反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)(dui)存在(zai)管道(dao)裂縫(feng)的(de)(de)(de)(de)風險(xian)或已(yi)證實的(de)(de)(de)(de)情況(4座1450兆瓦的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)(dui)，20座1300兆瓦反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)(dui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)5座，以(yi)及(ji)32900兆瓦反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)(dui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)3座)。自(zi)2022年4月以(yi)來，該網絡有一半(ban)的(de)(de)(de)(de)容量(liang)無(wu)法使(shi)用(yong)。而且腐蝕問題似乎(hu)并不局限于現(xian)有的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)(dui)。在(zai)尚未(wei)投入使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)弗拉(la)芒維爾(er)EPR上(shang)也觀察到了類似的(de)(de)(de)(de)現(xian)象(xiang)。

目前(qian)法國反應(ying)堆(dui)發(fa)生腐蝕現象的原因尚(shang)不清楚(chu)。反應(ying)堆(dui)老化，技術(shu)問題，人為失(shi)誤，控制失(shi)誤，還是(shi)欺詐?技術(shu)調查正在進行(xing)中。鑒于15年內將建成(cheng)6座epr反應(ying)堆(dui)，風(feng)險(xian)是(shi)巨大(da)的。

良好焊接檢驗在核工業中(zhong)的重要(yao)性

核反應堆的(de)建造和維(wei)護需要(yao)對(dui)數以(yi)萬計(ji)的(de)焊縫(feng)進(jin)行定期檢(jian)查，這(zhe)意味著要(yao)核實這(zhe)些檢(jian)查的(de)完整(zheng)性。質量控制(zhi)中最(zui)輕微(wei)的(de)失誤都可能導致(zhi)嚴重的(de)后果(guo)，并導致(zhi)安全問題、預算超(chao)支和項(xiang)目延誤，這(zhe)很可能是弗(fu)拉芒維(wei)爾的(de)情況。

數(shu)字追溯公(gong)司BEWEIS的聯(lian)合創始人Sylvain Crozet表示:

“一個核設施包含數(shu)百公里長的(de)各種管(guan)(guan)道，這(zhe)些管(guan)(guan)道在(zai)現場焊(han)(han)接(jie)在(zai)一起。例如，一個EPR總共有幾千(qian)個焊(han)(han)縫。一個發電廠的(de)壽命大約是50年，所(suo)以焊(han)(han)接(jie)必(bi)須絕對可靠(kao)，并運行50年，以避(bi)免不得不再(zai)次(ci)干預。”

他還補充道(dao):

“弗拉芒維爾還沒(mei)有投(tou)入使用，但我們已(yi)經知道有6處焊(han)(han)縫(feng)需(xu)要修(xiu)復，它(ta)們位于6米(mi)厚(hou)的(de)混凝土墻(qiang)中間。修(xiu)復的(de)影(ying)響(xiang)是(shi)巨大(da)的(de)，一個混凝土石(shi)棺必須被打破，隨之(zhi)而(er)來的(de)是(shi)所(suo)有的(de)安(an)全問題。因此需(xu)要事先檢(jian)查焊(han)(han)縫(feng)。但在過(guo)去，人們一直對核查感到擔憂。”

但首先(xian)，焊接在工業中是如何測試的?

最可(ke)靠的(de)(de)無損(sun)檢(jian)測之一是(shi)x射(she)(she)線(xian)檢(jian)測。管道安裝工(gong)委托的(de)(de)放(fang)射(she)(she)技師(shi)負責對(dui)焊縫進行x光檢(jian)查(cha)，就像醫療(liao)放(fang)射(she)(she)技師(shi)做(zuo)的(de)(de)那樣。他用前(qian)導(dao)字母(mu)來識別它們。然后(hou)，一名譯(yi)員分析顯影(ying)的(de)(de)x射(she)(she)線(xian)，并宣布焊縫是(shi)否符合要求。到(dao)目前(qian)為止(zhi)，沒有任何(he)措施(shi)能(neng)保證檢(jian)查(cha)的(de)(de)可(ke)追溯性。

BEWEIS想要解決這個問題。為了(le)避免(mian)焊接(jie)驗證中(zhong)可(ke)能(neng)出現的故障，BEWEIS開發(fa)了(le)be標簽系統。這種防偽印章確保(bao)了(le)工(gong)業(ye)和核設施焊接(jie)檢查的安全可(ke)追溯(su)性。

BE-Tag:焊接保(bao)護和跟蹤檢查

BE-tag的歷史(shi)可以追溯到2009年(nian)。RFID技術專家(jia)Sylvain Crozet和管工Jacky Catonio聯手響應(ying)阿海琺的要求。

當時，這家法(fa)國集團注意到它(ta)的一個(ge)工(gong)(gong)地存(cun)在焊接缺陷。最令(ling)人驚訝的是，這些缺陷涉(she)及的焊縫(feng)應該(gai)已經(jing)檢(jian)查過了。人類的錯(cuo)誤(wu)?欺(qi)詐(zha)?無論(lun)如何(he)，這兩個(ge)合(he)(he)作(zuo)伙伴，后來(lai)又有了第三個(ge)合(he)(he)作(zuo)伙伴，開發了一種工(gong)(gong)具(ju)，使(shi)焊接檢(jian)查更(geng)可靠，并避(bi)免任何(he)欺(qi)詐(zha)的可能性。

2015年(nian)，BEWEIS推出BE-tag系(xi)統。它由一(yi)個裝有RFID芯片和(he)隱藏金(jin)屬字母的小(xiao)方盒組成。標簽將使用硅(gui)膠腕(wan)帶安裝在(zai)每個焊縫上，該腕(wan)帶是專(zhuan)門(men)設計的，以符合核工業標準(特(te)別(bie)是在(zai)材料轉移方面)。

RFID閱讀器和計算機軟件被(bei)用來關聯(lian)標簽，字母和焊(han)接。這(zhe)(zhe)一過程涉及管道安裝工(gong)、放射技師、膠片顯(xian)影師和譯員。每個人都(dou)可以使用這(zhe)(zhe)個軟件。

Sylvain Crozet解釋了解決方(fang)案的工作原理:

“我(wo)們為管道(dao)安(an)(an)裝工提(ti)供標(biao)(biao)簽。它們包(bao)含一個(ge)RFID芯片和(he)兩(liang)個(ge)由(you)我(wo)們的系統在制造(zao)時隨機選擇的金屬字母(mu)。芯片和(he)字母(mu)已(yi)在計(ji)算(suan)(suan)機系統中安(an)(an)全(quan)地關聯起來。然(ran)后(hou)，管道(dao)安(an)(an)裝工必須通過RFID閱(yue)讀器對標(biao)(biao)簽內的芯片進(jin)行編(bian)碼。目的是在計(ji)算(suan)(suan)機系統中記錄哪(na)個(ge)標(biao)(biao)簽對應(ying)哪(na)個(ge)焊(han)縫。然(ran)后(hou)，管道(dao)安(an)(an)裝工在每(mei)個(ge)焊(han)縫處安(an)(an)裝be標(biao)(biao)簽。”

在(zai)檢(jian)查時，放射(she)技師(shi)拍下焊縫和標簽(qian)的(de)照(zhao)片(pian)，而不必知道隱(yin)藏(zang)(zang)的(de)字母。伽(jia)馬射(she)線穿(chuan)過焊縫，穿(chuan)過標簽(qian)，并將隱(yin)藏(zang)(zang)的(de)字母打印在(zai)未來(lai)的(de)射(she)線照(zhao)相(xiang)上(shang)。

當(dang)膠(jiao)片由膠(jiao)片顯影師沖洗(xi)時，字(zi)母(mu)會出現在焊縫旁邊。這保(bao)證了焊縫確(que)實被檢查過。解(jie)釋器通(tong)過我們的軟件，通(tong)過確(que)保(bao)射線照相顯示的字(zi)母(mu)對應(ying)(ying)正確(que)的芯(xin)片，從而對應(ying)(ying)正確(que)的焊縫，來(lai)驗證焊縫。如果沒有字(zi)母(mu)或字(zi)母(mu)不(bu)正確(que)，則必須重新運行(xing)控件。”

一旦譯員對膠片進行了(le)驗證，他(ta)就在計算機(ji)系統中填(tian)寫他(ta)的(de)(de)報告，并在沒有錯誤風(feng)險的(de)(de)情況下宣(xuan)布焊縫符(fu)合或不符(fu)合要求(qiu)。所有利益(yi)攸關方均可查(cha)閱該報告。

Jacky Catonio說，Areva 站點是第一個安裝這種(zhong)追蹤解決方案(an)的地方。

“從那以后(hou)(hou)，這些(xie)網(wang)站再也沒有(you)出現過任何(he)控制欺詐的案(an)例。根據我們所有(you)的客戶，使用(yong)BE-Tag系統后(hou)(hou)，平均多進行20%的檢查(cha)。每(mei)件(jian)事(shi)都有(you)時間標記(ji)并記(ji)錄在系統里，所以他(ta)們知道要檢查(cha)什么。像BE-tag這樣的解決方案(an)本(ben)可以避免弗拉(la)芒維爾大量的焊接問題。”

BE-tag被設計(ji)用于整(zheng)個(ge)核設施的建設。一旦現場完成，焊接(jie)檢查完畢(bi)，標簽就會被移除(chu)。然而，BEWEIS正在與國外的核公(gong)司進行討論，這些公(gong)司希望在其核電站(zhan)的整(zheng)個(ge)生命周期內使(shi)用BE-tag系統。

該(gai)系統不僅為(wei)新工廠的建設而設計。它(ta)也適用于現有場地的維護(hu)和舊廠房(fang)的拆除。這家法(fa)國(guo)(guo)(guo)公司正在(zai)與英國(guo)(guo)(guo)拆除行業(ye)合作，研究核廢料控(kong)制的可追溯性。該(gai)公司還希望盡快(kuai)與法(fa)國(guo)(guo)(guo)電力公司就法(fa)國(guo)(guo)(guo)電網展開合作。

檢查蒸汽發(fa)生器(qi)的機器(qi)人

另一(yi)(yi)(yi)家公司已經在與EDF合作維(wei)護核設施。ENDEL SRA正(zheng)在開發一(yi)(yi)(yi)種微型機(ji)器人(ren)，能夠維(wei)護核電站一(yi)(yi)(yi)個(ge)關鍵的、難(nan)以(yi)到達的區域:蒸汽發生器。ENDEL SRA的首席(xi)執行官Jean-Paul Mandier解釋說，未來的機(ji)器人(ren)有一(yi)(yi)(yi)輛小玩具(ju)車那(nei)么大，配(pei)有一(yi)(yi)(yi)個(ge)4毫(hao)米高清攝像頭，其(qi)任務是驗證構成發電機(ji)間隔板的水通道。

“蒸(zheng)汽(qi)發生器(qi)是一個(ge)垂直的交換器(qi)，它有(you)管(guan)束(shu)(圖中紫色部分)，也(ye)就是大約10米高(gao)的圓形(xing)管(guan)。這個(ge)管(guan)束(shu)每隔(ge)一米由間隔(ge)板(左邊有(you)黃點的灰色交叉(cha)線(xian))固(gu)定在一起。在這些板上鉆孔，以便管(guan)子(zi)通(tong)過。它們使(shi)管(guan)子(zi)之間保持相等的距(ju)離，這樣整個(ge)梁就固(gu)定不動(dong)了。管(guan)子(zi)周圍的空間可以讓水逸出，變成蒸(zheng)汽(qi)，然后(hou)推動(dong)渦輪機。

我們(men)正在(zai)開發的(de)(de)機器人將通過(guo)一(yi)個直(zhi)徑180毫(hao)米的(de)(de)孔(kong)進入發電機，到達8個間隔板，展開相機，并檢查(cha)縫隙，以確保它們(men)是(shi)他(ta)們(men)應該是(shi)。這是(shi)一(yi)種(zhong)機器人解(jie)決方(fang)案，我們(men)正在(zai)對其進行(xing)補償，以減(jian)少(shao)操作人員暴露在(zai)輻射中的(de)(de)風(feng)險。”

ENDEL SRA已經(jing)有了(le)一個機器人(ren)檢查員(yuan)，但這種現有的維護技術不允許檢查/檢查所有的間(jian)隔板，只(zhi)有2個。

“今(jin)天，我們(men)檢(jian)查第(di)一個和最后一個盤(pan)子，因(yin)為(wei)(wei)那是(shi)(shi)洞的地方(fang)。明天，我們(men)就可以用這(zhe)(zhe)個小(xiao)機(ji)器(qi)人(ren)檢(jian)查所有8個盤(pan)子了(le)(le)，這(zhe)(zhe)在今(jin)天是(shi)(shi)不可能的因(yin)為(wei)(wei)我們(men)無(wu)法接觸(chu)到其(qi)他盤(pan)子。新(xin)的蒸汽發生器(qi)也(ye)即將問(wen)世。它們(men)與(yu)目前的發電機(ji)不同，管之(zhi)間(jian)的空間(jian)更(geng)小(xiao)(4.7毫(hao)(hao)米對目前的發電機(ji)8毫(hao)(hao)米)。正是(shi)(shi)為(wei)(wei)了(le)(le)彌(mi)補這(zhe)(zhe)種發展，我們(men)推(tui)出了(le)(le)這(zhe)(zhe)項創新(xin)。”

該機器人計劃(hua)寬70毫米，長120毫米，重2公斤，將配備一種新(xin)的彩(cai)色相機技術(shu)，包括小型CCD和CID傳感器，可以(yi)查(cha)看以(yi)前無(wu)法進(jin)入的區域。還(huan)會有(you)額外(wai)的照(zhao)明。

“該機器人(ren)將擁有一個能夠在非常(chang)小(xiao)的(de)空間中投射(she)到(dao)1米高的(de)光。我們沒(mei)有選擇紅外相機，而是彩(cai)色相機，因(yin)為我們需要(yao)有良好的(de)可視性和準確性。電視檢查對確保有效和積極的(de)維護至關重(zhong)要(yao)，對核電站的(de)核安全發揮(hui)著重(zhong)要(yao)作用(yong)。”

操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)將能(neng)(neng)夠通過(guo)PlayStation遙(yao)控(kong)器(qi)與配有視頻反饋(kui)的工業PC相連(lian)來控(kong)制機(ji)(ji)器(qi)人(ren)。這將允許機(ji)(ji)器(qi)人(ren)前(qian)往被檢查(cha)的區(qu)域(yu)。連(lian)接電源而不(bu)使(shi)用(yong)電池(chi)，機(ji)(ji)器(qi)人(ren)將能(neng)(neng)夠不(bu)受(shou)時間限制地運行(xing)。操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)將在(zai)大約50至60米(mi)以外(在(zai)某些特定情況下可達200米(mi))。

該機器人還(huan)將配備磁化輪子，可(ke)以(yi)在(zai)墻上(shang)滾動，并能(neng)達到10米高。

“關于溫度，我(wo)們一般在50℃以下工作。因(yin)為我(wo)們在一個核(he)回路中，我(wo)們必須尊重某些(xie)材料的使(shi)用。我(wo)們不能使(shi)用含(han)有氯或氟的材料。我(wo)們還必須讓這個小(xiao)機(ji)器人盡(jin)可能輕，便于管理。”

目(mu)前，這(zhe)是一個預防檢查機器人，沒有有意的干預措施(shi)。

“法國核(he)反(fan)應(ying)堆的(de)安全水平非(fei)常高。這(zhe)一級別得到為監測其演變而進行的(de)所有檢查的(de)支持。不一定會(hui)出現缺陷，但這(zhe)是一個(ge)預防的(de)問題(ti)，以鞏固安全。”

為(wei)了實施(shi)該項目，ENDEL SRA從法國恢(hui)復計劃中獲(huo)得了85萬歐(ou)元(yuan)的贈款，這是所(suo)需(xu)總投資的一半。

該公司(si)應該在2022年底(di)之前完成原(yuan)型。首先將(jiang)(jiang)在“Chalon-sur-Sa?ne”的非核設施試驗中心(xin)進行(xing)試驗。這就是從設備到干預(yu)團隊和(he)程(cheng)(cheng)序的整個過程(cheng)(cheng)的合格之處。EDF將(jiang)(jiang)在這里驗證機器人，并批準其在法國一(yi)家(jia)核電站(zhan)使用。