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科技創新

如何更好地檢查核設施?

法國有56座核反應堆,發電量占全國總發電量的70%。盡管法國的核電站網絡被認為是世界上最安全的核電站之一,但最近在一些反應堆的部分管道上發現了腐蝕問題,迫使運營商法國電力公司(EDF)關閉了這些反應堆。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。幾家公司正在開發新的解決方案,以改善核設施的維護,以使整個網絡更加安全。

 

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

 

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

 

該國希望通過更多地依賴核能來走得更遠。這與國際形勢有很大關系。烏克蘭戰爭正在推動能源獨立,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,一些現有反應堆的壽命應該得到延長。

 

這意味著核安全問題在今天比以往任何時候都更加重要。在一些反應堆中發現腐蝕現象對工業來說不是好消息。

 

腐蝕和停堆反應堆

最近在法國的一些反應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,因為一旦發生事故,它們就被用來冷卻反應堆。這種被稱為“應力腐蝕”的腐蝕會在焊接處產生小裂紋,這就提出了安全方面的問題。

 

法國電力公司(EDF)已被迫關閉了近一半的法國反應堆,其中12座反應堆存在管道裂縫的風險或已證實的情況(4座1450兆瓦的反應堆,20座1300兆瓦反應堆中的5座,以及32900兆瓦反應堆中的3座)。自2022年4月以來,該網絡有一半的容量無法使用。而且腐蝕問題似乎并不局限于現有的反應堆。在尚未投入使用的弗拉芒維爾EPR上也觀察到了類似的現象。

 

目前法國反應堆發生腐蝕現象的原因尚不清楚。反應堆老化,技術問題,人為失誤,控制失誤,還是欺詐?技術調查正在進行中。鑒于15年內將建成6座epr反應堆,風險是巨大的。

 

良好焊接檢驗在核工業中的重要性

核反應堆的建造和維護需要對數以萬計的焊縫進行定期檢查,這意味著要核實這些檢查的完整性。質量控制中最輕微的失誤都可能導致嚴重的后果,并導致安全問題、預算超支和項目延誤,這很可能是弗拉芒維爾的情況。

 

數字追溯公司BEWEIS的聯合創始人Sylvain Crozet表示:

 

“一個核設施包含數百公里長的各種管道,這些管道在現場焊接在一起。例如,一個EPR總共有幾千個焊縫。一個發電廠的壽命大約是50年,所以焊接必須絕對可靠,并運行50年,以避免不得不再次干預。”

 

他還補充道:

 

“弗拉芒維爾還沒有投入使用,但我們已經知道有6處焊縫需要修復,它們位于6米厚的混凝土墻中間。修復的影響是巨大的,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憂。”

 

但首先,焊接在工業中是如何測試的?

 

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責對焊縫進行x光檢查,就像醫療放射技師做的那樣。他用前導字母來識別它們。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。為了避免焊接驗證中可能出現的故障,BEWEIS開發了be標簽系統。這種防偽印章確保了工業和核設施焊接檢查的安全可追溯性。

 

BE-Tag:焊接保護和跟蹤檢查

BE-tag的歷史可以追溯到2009年。RFID技術專家Sylvain Crozet和管工Jacky Catonio聯手響應阿海琺的要求。

 

當時,這家法國集團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該已經檢查過了。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。它由一個裝有RFID芯片和隱藏金屬字母的小方盒組成。標簽將使用硅膠腕帶安裝在每個焊縫上,該腕帶是專門設計的,以符合核工業標準(特別是在材料轉移方面)。

 

RFID閱讀器和計算機軟件被用來關聯標簽,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:

 

“我們為管道安裝工提供標簽。它們包含一個RFID芯片和兩個由我們的系統在制造時隨機選擇的金屬字母。芯片和字母已在計算機系統中安全地關聯起來。然后,管道安裝工必須通過RFID閱讀器對標簽內的芯片進行編碼。目的是在計算機系統中記錄哪個標簽對應哪個焊縫。然后,管道安裝工在每個焊縫處安裝be標簽。”

 

在檢查時,放射技師拍下焊縫和標簽的照片,而不必知道隱藏的字母。伽馬射線穿過焊縫,穿過標簽,并將隱藏的字母打印在未來的射線照相上。

 

當膠片由膠片顯影師沖洗時,字母會出現在焊縫旁邊。這保證了焊縫確實被檢查過。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正確的芯片,從而對應正確的焊縫,來驗證焊縫。如果沒有字母或字母不正確,則必須重新運行控件。”

 

一旦譯員對膠片進行了驗證,他就在計算機系統中填寫他的報告,并在沒有錯誤風險的情況下宣布焊縫符合或不符合要求。所有利益攸關方均可查閱該報告。

 

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

 

“從那以后,這些網站再也沒有出現過任何控制欺詐的案例。根據我們所有的客戶,使用BE-Tag系統后,平均多進行20%的檢查。每件事都有時間標記并記錄在系統里,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。”

 

BE-tag被設計用于整個核設施的建設。一旦現場完成,焊接檢查完畢,標簽就會被移除。然而,BEWEIS正在與國外的核公司進行討論,這些公司希望在其核電站的整個生命周期內使用BE-tag系統。

 

該系統不僅為新工廠的建設而設計。它也適用于現有場地的維護和舊廠房的拆除。這家法國公司正在與英國拆除行業合作,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展開合作。

 

檢查蒸汽發生器的機器人

另一家公司已經在與EDF合作維護核設施。ENDEL SRA正在開發一種微型機器人,能夠維護核電站一個關鍵的、難以到達的區域:蒸汽發生器。ENDEL SRA的首席執行官Jean-Paul Mandier解釋說,未來的機器人有一輛小玩具車那么大,配有一個4毫米高清攝像頭,其任務是驗證構成發電機間隔板的水通道。

 

“蒸汽發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。

 

我們正在開發的機器人將通過一個直徑180毫米的孔進入發電機,到達8個間隔板,展開相機,并檢查縫隙,以確保它們是他們應該是。這是一種機器人解決方案,我們正在對其進行補償,以減少操作人員暴露在輻射中的風險。”

 

ENDEL SRA已經有了一個機器人檢查員,但這種現有的維護技術不允許檢查/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,因為那是洞的地方。明天,我們就可以用這個小機器人檢查所有8個盤子了,這在今天是不可能的因為我們無法接觸到其他盤子。新的蒸汽發生器也即將問世。它們與目前的發電機不同,管之間的空間更小(4.7毫米對目前的發電機8毫米)。正是為了彌補這種發展,我們推出了這項創新。”

 

該機器人計劃寬70毫米,長120毫米,重2公斤,將配備一種新的彩色相機技術,包括小型CCD和CID傳感器,可以查看以前無法進入的區域。還會有額外的照明。

 

“該機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,而是彩色相機,因為我們需要有良好的可視性和準確性。電視檢查對確保有效和積極的維護至關重要,對核電站的核安全發揮著重要作用。”

 

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

 

該機器人還將配備磁化輪子,可以在墻上滾動,并能達到10米高。

 

“關于溫度,我們一般在50℃以下工作。因為我們在一個核回路中,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器人盡可能輕,便于管理。”

 

目前,這是一個預防檢查機器人,沒有有意的干預措施。

 

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

 

為了實施該項目,ENDEL SRA從法國恢復計劃中獲得了85萬歐元的贈款,這是所需總投資的一半。

 

該公司應該在2022年底之前完成原型。首先將在“Chalon-sur-Sa?ne”的非核設施試驗中心進行試驗。這就是從設備到干預團隊和程序的整個過程的合格之處。EDF將在這里驗證機器人,并批準其在法國一家核電站使用。


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