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科技创新

如何更好地检查核设施?

法国有56座核反应堆,发电量占全国总发电量的70%。尽管法国的核电站网络被认为是世界上最安全的核电站之一,但最近在一些反应堆的部分管道上发现了腐蚀问题,迫使运营商法国电力公司(EDF)关闭了这些反应堆。这些不幸的事件凸显了不断提高法国核电站安全性的必要性。几家公司正在开发新的解决方案,以改善核设施的维护,以使整个网络更加安全。

 

核能是法国电力(生产和消费)的主要来源。这些电力来自56个不同功率等级的反应堆(900兆瓦、1300兆瓦和1450兆瓦),分布在法国18个地点。例如,一个900兆瓦的反应堆平均每月产生50万兆瓦时的电量,相当于40万户家庭的消耗量。

 

法国的年发电量约为412.9太瓦时,是仅次于美国(841.3太瓦时)和中国(295太瓦时)的第二大核生产国。

 

该国希望通过更多地依赖核能来走得更远。这与国际形势有很大关系。乌克兰战争正在推动能源独立,以减少或不再依赖俄罗斯的天然气。此外,为了遵守在2030年之前减少二氧化碳排放的气候承诺,还将推动转向核能等低碳能源。

 

因此,法国宣布在2035年前建造6座新的EPR核电站。与此同时,一些现有反应堆的寿命应该得到延长。

 

这意味着核安全问题在今天比以往任何时候都更加重要。在一些反应堆中发现腐蚀现象对工业来说不是好消息。

 

腐蚀和停堆反应堆

最近在法国的一些反应堆中检测到安全注入管弯头焊缝的腐蚀问题。这些管道与主电路相连。它们很重要,因为一旦发生事故,它们就被用来冷却反应堆。这种被称为“应力腐蚀”的腐蚀会在焊接处产生小裂纹,这就提出了安全方面的问题。

 

法国电力公司(EDF)已被迫关闭了近一半的法国反应堆,其中12座反应堆存在管道裂缝的风险或已证实的情况(4座1450兆瓦的反应堆,20座1300兆瓦反应堆中的5座,以及32900兆瓦反应堆中的3座)。自2022年4月以来,该网络有一半的容量无法使用。而且腐蚀问题似乎并不局限于现有的反应堆。在尚未投入使用的弗拉芒维尔EPR上也观察到了类似的现象。

 

目前法国反应堆发生腐蚀现象的原因尚不清楚。反应堆老化,技术问题,人为失误,控制失误,还是欺诈?技术调查正在进行中。鉴于15年内将建成6座epr反应堆,风险是巨大的。

 

良好焊接检验在核工业中的重要性

核反应堆的建造和维护需要对数以万计的焊缝进行定期检查,这意味着要核实这些检查的完整性。质量控制中最轻微的失误都可能导致严重的后果,并导致安全问题、预算超支和项目延误,这很可能是弗拉芒维尔的情况。

 

数字追溯公司BEWEIS的联合创始人Sylvain Crozet表示:

 

“一个核设施包含数百公里长的各种管道,这些管道在现场焊接在一起。例如,一个EPR总共有几千个焊缝。一个发电厂的寿命大约是50年,所以焊接必须绝对可靠,并运行50年,以避免不得不再次干预。”

 

他还补充道:

 

“弗拉芒维尔还没有投入使用,但我们已经知道有6处焊缝需要修复,它们位于6米厚的混凝土墙中间。修复的影响是巨大的,一个混凝土石棺必须被打破,随之而来的是所有的安全问题。因此需要事先检查焊缝。但在过去,人们一直对核查感到担忧。”

 

但首先,焊接在工业中是如何测试的?

 

最可靠的无损检测之一是x射线检测。管道安装工委托的放射技师负责对焊缝进行x光检查,就像医疗放射技师做的那样。他用前导字母来识别它们。然后,一名译员分析显影的x射线,并宣布焊缝是否符合要求。到目前为止,没有任何措施能保证检查的可追溯性。

 

BEWEIS想要解决这个问题。为了避免焊接验证中可能出现的故障,BEWEIS开发了be标签系统。这种防伪印章确保了工业和核设施焊接检查的安全可追溯性。

 

BE-Tag:焊接保护和跟踪检查

BE-tag的历史可以追溯到2009年。RFID技术专家Sylvain Crozet和管工Jacky Catonio联手响应阿海珐的要求。

 

当时,这家法国集团注意到它的一个工地存在焊接缺陷。最令人惊讶的是,这些缺陷涉及的焊缝应该已经检查过了。人类的错误?欺诈?无论如何,这两个合作伙伴,后来又有了第三个合作伙伴,开发了一种工具,使焊接检查更可靠,并避免任何欺诈的可能性。

 

2015年,BEWEIS推出BE-tag系统。它由一个装有RFID芯片和隐藏金属字母的小方盒组成。标签将使用硅胶腕带安装在每个焊缝上,该腕带是专门设计的,以符合核工业标准(特别是在材料转移方面)。

 

RFID阅读器和计算机软件被用来关联标签,字母和焊接。这一过程涉及管道安装工、放射技师、胶片显影师和译员。每个人都可以使用这个软件。

 

Sylvain Crozet解释了解决方案的工作原理:

 

“我们为管道安装工提供标签。它们包含一个RFID芯片和两个由我们的系统在制造时随机选择的金属字母。芯片和字母已在计算机系统中安全地关联起来。然后,管道安装工必须通过RFID阅读器对标签内的芯片进行编码。目的是在计算机系统中记录哪个标签对应哪个焊缝。然后,管道安装工在每个焊缝处安装be标签。”

 

在检查时,放射技师拍下焊缝和标签的照片,而不必知道隐藏的字母。伽马射线穿过焊缝,穿过标签,并将隐藏的字母打印在未来的射线照相上。

 

当胶片由胶片显影师冲洗时,字母会出现在焊缝旁边。这保证了焊缝确实被检查过。解释器通过我们的软件,通过确保射线照相显示的字母对应正确的芯片,从而对应正确的焊缝,来验证焊缝。如果没有字母或字母不正确,则必须重新运行控件。”

 

一旦译员对胶片进行了验证,他就在计算机系统中填写他的报告,并在没有错误风险的情况下宣布焊缝符合或不符合要求。所有利益攸关方均可查阅该报告。

 

Jacky Catonio说,Areva 站点是第一个安装这种追踪解决方案的地方。

 

“从那以后,这些网站再也没有出现过任何控制欺诈的案例。根据我们所有的客户,使用BE-Tag系统后,平均多进行20%的检查。每件事都有时间标记并记录在系统里,所以他们知道要检查什么。像BE-tag这样的解决方案本可以避免弗拉芒维尔大量的焊接问题。”

 

BE-tag被设计用于整个核设施的建设。一旦现场完成,焊接检查完毕,标签就会被移除。然而,BEWEIS正在与国外的核公司进行讨论,这些公司希望在其核电站的整个生命周期内使用BE-tag系统。

 

该系统不仅为新工厂的建设而设计。它也适用于现有场地的维护和旧厂房的拆除。这家法国公司正在与英国拆除行业合作,研究核废料控制的可追溯性。该公司还希望尽快与法国电力公司就法国电网展开合作。

 

检查蒸汽发生器的机器人

另一家公司已经在与EDF合作维护核设施。ENDEL SRA正在开发一种微型机器人,能够维护核电站一个关键的、难以到达的区域:蒸汽发生器。ENDEL SRA的首席执行官Jean-Paul Mandier解释说,未来的机器人有一辆小玩具车那么大,配有一个4毫米高清摄像头,其任务是验证构成发电机间隔板的水通道。

 

“蒸汽发生器是一个垂直的交换器,它有管束(图中紫色部分),也就是大约10米高的圆形管。这个管束每隔一米由间隔板(左边有黄点的灰色交叉线)固定在一起。在这些板上钻孔,以便管子通过。它们使管子之间保持相等的距离,这样整个梁就固定不动了。管子周围的空间可以让水逸出,变成蒸汽,然后推动涡轮机。

 

我们正在开发的机器人将通过一个直径180毫米的孔进入发电机,到达8个间隔板,展开相机,并检查缝隙,以确保它们是他们应该是。这是一种机器人解决方案,我们正在对其进行补偿,以减少操作人员暴露在辐射中的风险。”

 

ENDEL SRA已经有了一个机器人检查员,但这种现有的维护技术不允许检查/检查所有的间隔板,只有2个。

 

“今天,我们检查第一个和最后一个盘子,因为那是洞的地方。明天,我们就可以用这个小机器人检查所有8个盘子了,这在今天是不可能的因为我们无法接触到其他盘子。新的蒸汽发生器也即将问世。它们与目前的发电机不同,管之间的空间更小(4.7毫米对目前的发电机8毫米)。正是为了弥补这种发展,我们推出了这项创新。”

 

该机器人计划宽70毫米,长120毫米,重2公斤,将配备一种新的彩色相机技术,包括小型CCD和CID传感器,可以查看以前无法进入的区域。还会有额外的照明。

 

“该机器人将拥有一个能够在非常小的空间中投射到1米高的光。我们没有选择红外相机,而是彩色相机,因为我们需要有良好的可视性和准确性。电视检查对确保有效和积极的维护至关重要,对核电站的核安全发挥着重要作用。”

 

操作人员将能够通过PlayStation遥控器与配有视频反馈的工业PC相连来控制机器人。这将允许机器人前往被检查的区域。连接电源而不使用电池,机器人将能够不受时间限制地运行。操作人员将在大约50至60米以外(在某些特定情况下可达200米)。

 

该机器人还将配备磁化轮子,可以在墙上滚动,并能达到10米高。

 

“关于温度,我们一般在50℃以下工作。因为我们在一个核回路中,我们必须尊重某些材料的使用。我们不能使用含有氯或氟的材料。我们还必须让这个小机器人尽可能轻,便于管理。”

 

目前,这是一个预防检查机器人,没有有意的干预措施。

 

“法国核反应堆的安全水平非常高。这一级别得到为监测其演变而进行的所有检查的支持。不一定会出现缺陷,但这是一个预防的问题,以巩固安全。”

 

为了实施该项目,ENDEL SRA从法国恢复计划中获得了85万欧元的赠款,这是所需总投资的一半。

 

该公司应该在2022年底之前完成原型。首先将在“Chalon-sur-Saône”的非核设施试验中心进行试验。这就是从设备到干预团队和程序的整个过程的合格之处。EDF将在这里验证机器人,并批准其在法国一家核电站使用。


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