反應堆壓力容器頂蓋安全快速對孔探索與實踐

□王屹錕 王禮坤 張鋒國 劉忠武

2017年某核電站102機組大修期間，容器頂蓋扣蓋對孔階段，容器頂蓋法蘭盤隔爆下表面不慎接觸容器導向桿柱頭，導致頂蓋密封部位劃傷。通過對傳統(tǒng)容器頂蓋扣蓋對孔階段問題原因分析，找出容器頂蓋扣蓋對孔階段業(yè)務風險因素，智能監(jiān)控設備替代人工觀測頂蓋法蘭盤螺栓孔(下簡稱：螺栓孔)與導向柱(下簡稱：導向柱)位置關(guān)系的新技術(shù)，并成功完成技術(shù)裝置的實驗測試。

一、概述

核電機組大修期間壓力容器裝料完成后，需對壓力容器進行容器頂蓋扣蓋。容器頂蓋扣蓋工序分為：容器頂蓋提升(從頂蓋存放間)、平移、下降、對孔(讓三根導向柱順利穿越螺栓通孔)、就位等五個階段[1]。其中對孔階段操作難度和風險較大。本文就這一階段存在的問題展開論述。

傳統(tǒng)容器頂蓋扣蓋對孔階段，需要三名觀測者進入堆芯水池底部劑量較高的區(qū)域，用手電筒自底向上照射導向柱及預穿越頂蓋法蘭盤對應的螺栓孔，通過目測得出導向柱和螺栓孔兩者水平二維坐標系下的位置關(guān)系(包含、內(nèi)切、外切、相交、不相交等)，三名觀測者把所看到導向桿對中情況匯總給地面指揮。

地面指揮根據(jù)三名觀測者觀察位置和上報信息內(nèi)容，分析并匯總后估算出容器頂蓋需要移動的位移和旋轉(zhuǎn)的角度，通知人橋吊輔助人員對容器頂蓋進行輔助旋轉(zhuǎn)，吊車司機對容器頂蓋進行升降操作。經(jīng)過反復交互后，導向柱中心位置與螺栓孔中心位置才能接近重合，即兩者在水平二維坐標系下保持包含關(guān)系，地面指揮通知司機繼續(xù)下降容器頂蓋高度直至頂蓋就位。

二、問題分析

圖1 問題原因分析魚骨圖

通過魚骨圖如圖1所示，分析可以得出：第一，對孔階段導向柱和螺栓孔空間位置關(guān)系，可抽象為水平二維水平坐標系下導向柱和螺栓孔位置關(guān)系，只有俯視向下這一角度才能較為客觀觀測到二者之間的位置關(guān)系，其它任何觀測角度都存在視覺偏差問題；第二，傳統(tǒng)對孔階段信息多層傳遞信息路線為：觀測者-地面指揮-吊車司機，交互信息層數(shù)過多；第三，地面指揮獲得原始觀測者站位、觀測信息后，需進行綜合與抽象分析，估算出頂蓋移動或旋轉(zhuǎn)的位移；第四，傳統(tǒng)對孔階段，池下觀測者受輻射累計劑量較高。

三、技術(shù)裝置設計思路

(一)監(jiān)控設備取代人工觀測。提升階段前，監(jiān)控設備被放置于三根導向柱上穿螺栓孔(下簡稱：觀測孔)的相鄰孔位，通過監(jiān)控設備部件機械懸臂的作用，將監(jiān)控設備部件視頻攝像機移動到觀測孔位正上方，為地面指揮提供三個俯視向下近距離觀測螺栓孔與導向柱位置關(guān)系的第二視角。地面指揮通過監(jiān)控設備實時獲得螺栓孔和導向柱之間位置關(guān)系，向吊車司機發(fā)出移動或旋轉(zhuǎn)容器頂蓋的控制指令。

(二)提供輔助參考坐標系。在觀測設備視頻軟件中標注出代表螺栓孔中心的電子分劃板，當三根導向柱中心點同時落入三個電子分劃板某個區(qū)域內(nèi)時，即表示導向柱對孔成功。

(三)提供對孔階段導向柱柱頭與容器頂蓋下表面的安全距離。在監(jiān)控設備上配備激光測距功能，實時計算并顯示容器頂蓋法蘭盤與導向柱頂部之間距離，確定對孔階段的安全距離。

(四)提供無線遙控遙調(diào)功能。對孔階段中，地面指揮通過觀測設備控制面板調(diào)整攝像機變焦或調(diào)整光圈；對孔階段后，通過觀測設備控制面板監(jiān)控攝像機移位，避讓導向柱向上穿越軌跡。

四、技術(shù)裝置總體設計

技術(shù)裝置由組網(wǎng)通信設備、監(jiān)控設備、觀測設備三個部分組成。

(一)組網(wǎng)通信設備。搭建無線組網(wǎng)環(huán)境，實現(xiàn)核島內(nèi)吊裝現(xiàn)場監(jiān)控設備和觀測設備之間的雙向無線通信。

(二)監(jiān)控設備。向地面指揮提供近距離觀測螺栓孔與導向柱的水平坐標系下兩者位置關(guān)系的視頻圖像，輔助地面指揮做出容器頂蓋移位或旋轉(zhuǎn)的快速判斷。

(三)觀測設備。由4臺平板電腦設備組成，其上安裝有視頻監(jiān)控軟件，主要實現(xiàn)：一是1#，29#，43#孔位的三路視頻圖像呈現(xiàn)；二是三路頂蓋法蘭盤下表面到導向柱柱頭的測距數(shù)據(jù)(信息疊加在視頻圖像上)；三是控制部件機械轉(zhuǎn)動、攝像機變焦等控制操作面板；四是容器頂蓋扣蓋全過程視頻錄像存儲；五是提示距離告警信息。

五、技術(shù)裝置關(guān)鍵技術(shù)點設計

(一)無線寬帶網(wǎng)絡設計。單路視頻圖像在觀測設備上呈現(xiàn)1,080p畫質(zhì)圖像，傳輸時需占用4～6Mbps無線數(shù)據(jù)帶寬[2]，四臺觀測設備同時開啟三路視頻后，整個無線網(wǎng)絡需提供48～72Mbps無線數(shù)據(jù)帶寬容量。選擇單頻2.4GHzAP不能滿足現(xiàn)場需求；若選擇單頻5.8GHzAP作為數(shù)據(jù)傳輸中樞，帶寬雖能滿足業(yè)務需要，但此波長的無線信號繞射能力又較差，在實際業(yè)務應用中可能會出現(xiàn)瞬間障礙物遮擋，導致網(wǎng)絡中斷、視頻中斷的問題[3]。

方案最終采用兩塊雙頻AP解決方案，化解現(xiàn)場無線網(wǎng)絡設計難題。監(jiān)控設備接入組網(wǎng)通信設備的2.4GHz無線頻段；觀測設備無線接入組網(wǎng)通信設備的5.8GHz無線頻段，同板塊內(nèi)兩個頻段無線網(wǎng)絡在AP內(nèi)進行數(shù)據(jù)交換，不同板卡間的數(shù)據(jù)交換通過千兆網(wǎng)絡交換機來完成。

(二)監(jiān)控設備安裝點選定。技術(shù)裝置設計之初，監(jiān)控設備安裝位置選擇在容器頂蓋吊具環(huán)軌上[4]。考慮到以下問題：第一，監(jiān)控設備自身重量(>5kg)，要實現(xiàn)吊具環(huán)軌位置安裝、拆卸風險性較高，增加高空墜物風險，消耗時間較長，可能會占用大修工作的主線時間，導致業(yè)務節(jié)點所需時間增加；第二，監(jiān)控設備安裝后不便于安裝后的標定和校準；第三，吊具環(huán)軌上掛載的電葫蘆可能會遮擋觀測視角。另外，為避免和規(guī)避上述問題及風險，方案最終確定監(jiān)控設備在觀察孔旁安裝。

六、現(xiàn)場調(diào)試現(xiàn)場

技術(shù)裝置經(jīng)過兩次大修期間的技術(shù)實驗和測試，實驗效果良好，達到替代人工觀測作業(yè)的效果。設備安裝和拆卸工作簡單易行，大大縮短了容器頂蓋扣蓋的時間，降低了池底觀測者受到的輻射劑量。

七、結(jié)語

通過對容器頂蓋扣蓋對孔階段業(yè)務存在問題和風險分析，對容器頂蓋扣蓋過程采用的技術(shù)改進與科技創(chuàng)新，比較有效地解決核電行業(yè)中普遍存在的容器頂蓋扣蓋的難點和痛點，提高了容器頂蓋扣蓋效率，降低了責任事故發(fā)生的風險，減少在輻射環(huán)境下的工作人員。這一技術(shù)創(chuàng)新對進一步提升國內(nèi)核電行業(yè)科技創(chuàng)新，做出了有意的探索和嘗試。