如何更好地檢查核設(shè)施？

法國有56座核反應(yīng)堆，發(fā)電量占全國總發(fā)電量的70%。盡管法國的核電站網(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)了腐蝕問題，迫使運(yùn)營商法國電力公司(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核電站安全性的必要性。幾家公司正在開發(fā)新的解決方案，以改善核設(shè)施的維護(hù)，以使整個網(wǎng)絡(luò)更加安全。

核能是法國電力(生產(chǎn)和消費(fèi))的主要來源。這些電力來自56個不同功率等級的反應(yīng)堆(900兆瓦、1300兆瓦和1450兆瓦)，分布在法國18個地點(diǎn)。例如，一個900兆瓦的反應(yīng)堆平均每月產(chǎn)生50萬兆瓦時的電量，相當(dāng)于40萬戶家庭的消耗量。

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

該國希望通過更多地依賴核能來走得更遠(yuǎn)。這與國際形勢有很大關(guān)系。烏克蘭戰(zhàn)爭正在推動能源獨(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，還將推動轉(zhuǎn)向核能等低碳能源。

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

這意味著核安全問題在今天比以往任何時候都更加重要。在一些反應(yīng)堆中發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象對工業(yè)來說不是好消息。

腐蝕和停堆反應(yīng)堆

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

法國電力公司(EDF)已被迫關(guān)閉了近一半的法國反應(yīng)堆，其中12座反應(yīng)堆存在管道裂縫的風(fēng)險或已證實(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，該網(wǎng)絡(luò)有一半的容量無法使用。而且腐蝕問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)需要對數(shù)以萬計的焊縫進(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)致安全問題、預(yù)算超支和項目延誤，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:

“一個核設(shè)施包含數(shù)百公里長的各種管道，這些管道在現(xiàn)場焊接在一起。例如，一個EPR總共有幾千個焊縫。一個發(fā)電廠的壽命大約是50年，所以焊接必須絕對可靠，并運(yùn)行50年，以避免不得不再次干預(yù)?！?/span>

他還補(bǔ)充道:

“弗拉芒維爾還沒有投入使用，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，一個混凝土石棺必須被打破，隨之而來的是所有的安全問題。因此需要事先檢查焊縫。但在過去，人們一直對核查感到擔(dān)憂?！?/span>

但首先，焊接在工業(yè)中是如何測試的?

最可靠的無損檢測之一是x射線檢測。管道安裝工委托的放射技師負(fù)責(zé)對焊縫進(jìn)行x光檢查，就像醫(yī)療放射技師做的那樣。他用前導(dǎo)字母來識別它們。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，沒有任何措施能保證檢查的可追溯性。

BEWEIS想要解決這個問題。為了避免焊接驗(yàn)證中可能出現(xiàn)的故障，BEWEIS開發(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?，m的要求。

當(dāng)時，這家法國集團(tuán)注意到它的一個工地存在焊接缺陷。最令人驚訝的是，這些缺陷涉及的焊縫應(yīng)該已經(jīng)檢查過了。人類的錯誤?欺詐?無論如何，這兩個合作伙伴，后來又有了第三個合作伙伴，開發(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焊縫上，該腕帶是專門設(shè)計的，以符合核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(特別是在材料轉(zhuǎn)移方面)。

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

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RFID芯片和兩個由我們的系統(tǒng)在制造時隨機(jī)選擇的金屬字母。芯片和字母已在計算機(jī)系統(tǒng)中安全地關(guān)聯(lián)起來。然后，管道安裝工必須通過RFID閱讀器對標(biāo)簽內(nèi)的芯片進(jìn)行編碼。目的是在計算機(jī)系統(tǒng)中記錄哪個標(biāo)簽對應(yīng)哪個焊縫。然后，管道安裝工在每個焊縫處安裝be標(biāo)簽?！?/span>

在檢查時，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。伽馬射線穿過焊縫，穿過標(biāo)簽，并將隱藏的字母打印在未來的射線照相上。

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

一旦譯員對膠片進(jìn)行了驗(yàn)證，他就在計算機(jī)系統(tǒng)中填寫他的報告，并在沒有錯誤風(fēng)險的情況下宣布焊縫符合或不符合要求。所有利益攸關(guān)方均可查閱該報告。

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

“從那以后，這些網(wǎng)站再也沒有出現(xiàn)過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題?！?/span>

BE-tag被設(shè)計用于整個核設(shè)施的建設(shè)。一旦現(xiàn)場完成，焊接檢查完畢，標(biāo)簽就會被移除。然而，BEWEIS正在與國外的核公司進(jìn)行討論，這些公司希望在其核電站的整個生命周期內(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。它也適用于現(xiàn)有場地的維護(hù)和舊廠房的拆除。這家法國公司正在與英國拆除行業(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電力公司就法國電網(wǎng)展開合作。

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正在開發(fā)一種微型機(jī)器人，能夠維護(hù)核電站一個關(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，未來的機(jī)器人有一輛小玩具車那么大，配有一個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。它們使管子之間保持相等的距離，這樣整個梁就固定不動了。管子周圍的空間可以讓水逸出，變成蒸汽，然后推動渦輪機(jī)。

我們正在開發(fā)的機(jī)器人將通過一個直徑180毫米的孔進(jìn)入發(fā)電機(jī)，到達(dá)8個間隔板，展開相機(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，我們正在對其進(jìn)行補(bǔ)償，以減少操作人員暴露在輻射中的風(fēng)險?！?/span>

ENDEL SRA已經(jīng)有了一個機(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。

“今天，我們檢查第一個和最后一個盤子，因?yàn)槟鞘嵌吹牡胤?。明天，我們就可以用這個小機(jī)器人檢查所有8個盤子了，這在今天是不可能的因?yàn)槲覀儫o法接觸到其他盤子。新的蒸汽發(fā)生器也即將問世。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，我們推出了這項創(chuàng)新?！?/span>

該機(jī)器人計劃寬70毫米，長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，可以查看以前無法進(jìn)入的區(qū)域。還會有額外的照明。

“該機(jī)器人將擁有一個能夠在非常小的空間中投射到1米高的光。我們沒有選擇紅外相機(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。電視檢查對確保有效和積極的維護(hù)至關(guān)重要，對核電站的核安全發(fā)揮著重要作用?！?/span>

操作人員將能夠通過PlayStation遙控器與配有視頻反饋的工業(yè)PC相連來控制機(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，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)槲覀冊谝粋€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。我們還必須讓這個小機(jī)器人盡可能輕，便于管理?！?/span>

目前，這是一個預(yù)防檢查機(jī)器人，沒有有意的干預(yù)措施。

“法國核反應(yīng)堆的安全水平非常高。這一級別得到為監(jiān)測其演變而進(jìn)行的所有檢查的支持。不一定會出現(xiàn)缺陷，但這是一個預(yù)防的問題，以鞏固安全。”

為了實(shí)施該項目，ENDEL SRA從法國恢復(fù)計劃中獲得了85萬歐元的贈款，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)隊和程序的整個過程的合格之處。EDF將在這里驗(yàn)證機(jī)器人，并批準(zhǔn)其在法國一家核電站使用。