柔性視頻檢查技術(shù)在EPR 機(jī)組蒸汽發(fā)生器二次側(cè)視頻檢查中的應(yīng)用

余桐，付東亮，王復(fù)曉

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

在壓水堆核電站中，蒸汽發(fā)生器作為一二回路的邊界設(shè)備，承擔(dān)者將一回路核裂變產(chǎn)生的能量傳遞給二回路并加熱形成蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的重要設(shè)備，類似于常規(guī)火電機(jī)組中的鍋爐。在核電站運(yùn)行期間，二回路系統(tǒng)中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)形成沉積物，嚴(yán)重影響了蒸汽發(fā)生器傳熱管的安全，造成了傳熱管降質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的增加。因此，需要定期對(duì)管板上表面的泥渣沉積物進(jìn)行高壓水清洗，并通過管板上表面視頻檢查判斷其清洗效果。如果局部有大量的次硬質(zhì)泥渣殘留而得不到有效的清洗，則會(huì)進(jìn)一步沉積成硬性泥渣。一旦形成，很難沖洗完全。因此，在壓水堆核電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行周期內(nèi)，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的水力清洗和視頻檢查往往作為每次換料大修期間的例行執(zhí)行項(xiàng)實(shí)施，這也體現(xiàn)了此項(xiàng)工作的重要性。

1 傳統(tǒng)檢查技術(shù)

針對(duì)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)傳統(tǒng)視頻檢查方式采用圓形內(nèi)窺裝置實(shí)現(xiàn)，手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽發(fā)生器內(nèi)部的檢查。基于通用內(nèi)窺裝置的手動(dòng)視頻檢查技術(shù)應(yīng)用廣泛，涉及工業(yè)制造檢測(cè)、航天檢修和民用核能檢測(cè)，主要通過內(nèi)窺鏡探頭對(duì)容器內(nèi)部缺陷分布和形態(tài)的視頻檢查。手動(dòng)視頻檢查設(shè)備通常由內(nèi)窺檢查系統(tǒng)，信號(hào)轉(zhuǎn)換、字符疊加系統(tǒng)和視頻錄制系統(tǒng)等組成。

目前，由于手動(dòng)視頻檢查設(shè)備具有便攜性、簡單易用性、穩(wěn)定可靠性、經(jīng)濟(jì)性等特性，在國內(nèi)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)視頻清潔度視頻檢查領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于檢查設(shè)備受制于蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，存在很大的局限性。另外，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)工作環(huán)境區(qū)域的放射性輻照劑量水平較高，手動(dòng)視頻檢查需要作業(yè)人員長期在蒸汽發(fā)生器手孔處進(jìn)行操作，產(chǎn)生較多的積累劑量，不滿足核電廠對(duì)輻射防護(hù)最優(yōu)化原則的要求，增加了職業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 柔性自動(dòng)視頻檢查技術(shù)

與傳統(tǒng)的手動(dòng)視頻檢查技術(shù)相比，自動(dòng)化檢查是整個(gè)核電機(jī)組在役檢查的趨勢(shì)。因此，針對(duì)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的檢查需求，法國及美國先后開發(fā)了基于柔性視頻檢查帶的蒸汽發(fā)生器二次側(cè)自動(dòng)化視頻檢查技術(shù)。此類自動(dòng)化技術(shù)的通用原理，是通過能夠在蒸汽發(fā)生器內(nèi)壁上運(yùn)動(dòng)的小型爬行器作為平臺(tái)搭載不同的功能模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外環(huán)廊和管間的檢查。一般來說，完整的設(shè)備由爬行平臺(tái)裝置、頭部功能模塊、柔性視頻檢查帶、線纜輸送裝置、控制系統(tǒng)等其他附件組成。

其中，對(duì)于蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的自動(dòng)化視頻檢查技術(shù)來說，其關(guān)鍵的技術(shù)來自針對(duì)傳熱管間檢查的柔性視頻檢查帶。此類特殊內(nèi)窺裝置，要求能夠在厚度滿足進(jìn)入傳熱管間的前提下，水平方向上具備足夠的彎曲和柔韌性能，并在豎直方向上具備較高的強(qiáng)度和韌性，使其能夠在傳熱管間的約束條件下深入長度達(dá)到3 米時(shí)，而不會(huì)出現(xiàn)扭曲變形的現(xiàn)象。目前，國內(nèi)尚無此類成熟技術(shù)產(chǎn)品，國外也僅有兩到三家公司能提供滿足條件的柔性視頻檢查探頭。

自動(dòng)化視頻檢查裝置的應(yīng)用可以有效地避免手動(dòng)檢查方式帶來的人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、接受環(huán)境輻射劑量高的缺點(diǎn)。實(shí)際使用中，操作人員僅需要花費(fèi)不足15 分鐘將設(shè)備按步驟安裝至蒸汽發(fā)生器內(nèi)部筒壁上，隨后即可將控制電纜引出至低環(huán)境劑量區(qū)域，通過遙控操作的方式實(shí)施檢查與記錄。

3 EPR 機(jī)組蒸汽發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

EPR 機(jī)組作為三代壓水堆，蒸汽發(fā)生器型號(hào)為79/19 型，其內(nèi)部傳熱管為了增加換熱效率將排分方式更改為三角形，管間可用距僅為4.72mm。而國內(nèi)應(yīng)用較廣的M310 堆形的傳熱管排列分布為正方形分布，管壁間距約為8.42mm。相比M310 堆型，EPR 機(jī)組傳熱管的管間距小且密集，檢查難度更大。

臺(tái)山EPR 機(jī)組于2019 年年初開展了首次在役期間的T100 小修工作，由于蒸汽發(fā)生器的視頻檢查項(xiàng)目是關(guān)鍵路徑工作，因此，采用了兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器同時(shí)檢測(cè)的策略，由于僅有一套自動(dòng)化視頻檢查設(shè)備，因此采用了手動(dòng)和自動(dòng)檢查同時(shí)實(shí)施的方案，這也給兩種方法的直接對(duì)比創(chuàng)造了良好的條件。手動(dòng)視頻檢查方式依舊采用手動(dòng)控制的導(dǎo)向板實(shí)現(xiàn)特定內(nèi)窺鏡探頭在傳熱管間的進(jìn)出檢查。但由于EPR 堆型二次側(cè)筒體和圍板構(gòu)造所限，檢查工具在蒸發(fā)器內(nèi)部移動(dòng)和定位困難；另外，由于傳熱管管間距較小，手動(dòng)管間檢查只能使用特殊定制的φ3.9mm 口徑內(nèi)窺鏡探頭（常規(guī)探頭，口徑φ6.1mm），由于直徑的縮小，探頭整體的強(qiáng)度和韌性下降，工具操作難度較大。自動(dòng)檢查設(shè)備如上節(jié)所述。

按照檢驗(yàn)規(guī)程和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板的視頻檢查主要的實(shí)施范圍為外環(huán)廊、中心管廊，傳熱管間。外環(huán)廊區(qū)域的檢查使用爬行器加外環(huán)廊檢查頭部模塊完成。管間檢查區(qū)域?yàn)閭鳠峁荛g可達(dá)區(qū)域，可使用爬行器管間檢查頭部模塊。其中，僅傳熱管間檢查為清洗后專項(xiàng)檢查內(nèi)容，同時(shí)也是最耗時(shí)的檢查內(nèi)容。

表1 T100 小修手動(dòng)檢查、自動(dòng)檢查方案對(duì)比

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)使用實(shí)際反饋，對(duì)于兩種方法的各個(gè)性能指標(biāo)與效果對(duì)比如表1 所示。

其中，4 臺(tái)SG 現(xiàn)場(chǎng)檢查實(shí)施時(shí)間與效率對(duì)比如表2 所示。

表2 T100 小修SG 二次側(cè)視頻檢查實(shí)施時(shí)間記錄

由于手動(dòng)內(nèi)窺鏡檢查與自動(dòng)設(shè)備檢查視頻探頭進(jìn)入傳熱管間的方式有所不同，兩種技術(shù)手段在獲取的視頻呈現(xiàn)具體形式上也有不同，手動(dòng)內(nèi)窺鏡由于沒有支撐，僅靠貼近管板前進(jìn)；自動(dòng)視頻檢查設(shè)備采用柔性檢查帶，懸空前進(jìn)，俯視觀察，可視角度較寬，對(duì)于異物和泥渣的分析判斷更有利，但同時(shí)由于視角高度的原因，在靠近外環(huán)廊的傳熱管間，可能存在一定區(qū)域，檢查效果較差，需要依靠外環(huán)廊檢查作為補(bǔ)充。從圖像質(zhì)量上來看，自動(dòng)化視頻裝置的成像清晰度是優(yōu)于滿足條件的手動(dòng)內(nèi)窺鏡裝置的，同時(shí)，通過錄制視頻分析來看，自動(dòng)視頻檢查裝置在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，能夠更穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)，從而在相同的幀率下獲得更為穩(wěn)定的視頻圖像。

4 結(jié)語

由于目前國內(nèi)在建或待批復(fù)的核電機(jī)組均采用三代壓水堆技術(shù)，其蒸汽發(fā)生器的普遍特點(diǎn)都是傳熱管三角形排布且窄管間距，與EPR 機(jī)組的情況較為類似，這也意味著傳統(tǒng)的手動(dòng)內(nèi)窺鏡檢查方法將不再適用于未來的投產(chǎn)機(jī)組。同時(shí)，相比手動(dòng)檢查方式，基于柔性視頻檢查探頭的自動(dòng)化檢查技術(shù)與方法在圖像和人員安全等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，在后續(xù)的發(fā)展中，隨著國內(nèi)此類技術(shù)的進(jìn)一步成熟，人員經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)一步增加，檢查設(shè)備成本的進(jìn)一步降低，蒸汽發(fā)生器的自動(dòng)化視頻檢查技術(shù)將陸續(xù)廣泛應(yīng)用于各類核電機(jī)組中。