蒸汽發(fā)生器自動視頻檢查技術及其應用

陶于春，武偉讓，李　江，余　桐，付東亮

(蘇州熱工研究院有限公司 技術支持部， 蘇州 215004)

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蒸汽發(fā)生器自動視頻檢查技術及其應用

陶于春，武偉讓，李江，余桐，付東亮

(蘇州熱工研究院有限公司 技術支持部， 蘇州 215004)

摘要：簡述了自動視頻檢查技術在蒸汽發(fā)生器二次側清潔度視頻檢查中的應用；重點介紹了自動視頻檢查技術的工作原理、設備組成、實際應用。指出手動視頻檢查技術無法改變其勞動強度大、輻射劑量高等缺點；并且，展望了自動視頻檢查技術的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：蒸汽發(fā)生器；視頻檢查；自動檢查技術

蒸汽發(fā)生器的功能是把一回路冷卻劑從核反應堆獲得的熱能傳給二回路水介質,并使其變?yōu)檎羝Ｕ麄€二回路中，管板上表面處于最低位[1]。蒸汽發(fā)生器在工作過程中會產(chǎn)生沉積泥渣。

沉積泥渣主要有三個來源：

(1) 二回路水中含有的各種化學添加劑、腐蝕產(chǎn)物和雜質。如水中的樹脂粒或微粒，運行初期經(jīng)清洗后仍會殘留少量的雜質和氧化物顆粒，運行中凝汽器的泄漏物等。

(2) 堿鹽類沉淀。水中含有某些二價和二價以上的金屬離子,這些離子會與某些陰離子形成溶解度很小的堿或鹽類，當超過其飽和溶解度后，就會沉淀形成一層堅硬的沉積物。

(3) 離子沸騰濃縮。蒸汽發(fā)生器在運行過程中，二次側水受熱蒸發(fā)，在沸騰濃縮的作用下，水中的雜質離子濃度不斷增大；當超過其溶解度后，這些離子相互結合形成泥渣。

形成的泥渣會在傳熱管與管板脹接處形成腐蝕環(huán)境，造成傳熱管腐蝕和減薄，甚至發(fā)生放射性泄露。

因此，根據(jù)國內(nèi)外核電站運行經(jīng)驗反饋，每次停堆檢修期間，蒸汽發(fā)生器二次側清潔度視頻檢查均是必做項目。蒸汽發(fā)生器二次側清潔度視頻檢查分為水力清洗前視頻檢查和水力清洗后視頻檢查；前者主要是為制定水力清洗方案提供依據(jù)；后者主要是驗證水力清洗的效果。如果次硬性泥渣得不到及時有效的清除，將會進一步沉積成硬性泥渣，硬性泥渣對傳熱管的損傷更大，且一旦形成，很難完全沖洗干凈[2]。

國內(nèi)一般使用工業(yè)內(nèi)窺鏡,采用手動方式開展視頻檢查，但該方法存在工作效率低、勞動強度大及輻射劑量高等缺點。筆者在簡述手動視頻檢查技術的基礎上，重點對自動視頻檢查技術的應用進行了介紹。

1手動視頻檢查技術

手動視頻檢查設備主要由工業(yè)內(nèi)窺鏡、探頭、導向工具、視頻采集錄制系統(tǒng)等部分組成。工業(yè)內(nèi)窺鏡和探頭主要用來獲取泥渣視頻信號；導向工具一般由PVC管材或PP板材結合使用經(jīng)驗反饋自制而成，主要用來輔助探頭定位和進出管間；視頻采集錄制系統(tǒng)的功能是將視頻信息采集到硬盤或電腦，并實時輸入字幕信息。工作時，將設備各部分連接在一起，操作人員站在蒸汽發(fā)生器手孔前，通過手動控制導向工具和探頭完成檢查，其原理如圖1所示。

其次，國土資源財稅管理部門應加強對相關財稅人員的業(yè)務培訓。比如，定期組織專業(yè)的業(yè)務培訓，聘請專業(yè)講師指導財稅人員的工作，進行適當?shù)呢敹愔R季度考核，這樣可以督促財稅工作人員不斷進行財稅知識的更新，為日后的財稅預算管理工作做好準備。

圖1　手動視頻檢查設備連接原理

通過二十年來的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，不斷優(yōu)化和改進了工具。例如：導向工具改進后能夠很好地固定在管間和手孔間，并能很好地調(diào)整探頭進入管間的角度，方便進入管間檢查；視頻采集錄制系統(tǒng)更集成化，簡化了現(xiàn)場連線和拆線工序，降低了故障排查難度；針對性的開發(fā)字幕疊加軟件，通過點擊切換的方式實時輸入管間位置信息，極大程度上解放了鍵盤手的勞動強度，同時提高了管間檢查的速度。

盡管上述優(yōu)化項能不斷提高檢查速度，但不能顯著改變手動視頻檢查勞動強度大、輻射劑量高的缺點。因此，自動視頻檢查技術不斷應用到蒸汽發(fā)生器二次側視頻檢查中。

2自動視頻檢查設備

為改善工作條件，自動視頻檢查技術開始應用在蒸汽發(fā)生器二次側清潔度視頻檢查中。其使用爬壁機器人代替手動操作、使用柔性檢查帶代替內(nèi)窺鏡探頭，通過遙控操作爬壁機器人在蒸汽發(fā)生器二次側內(nèi)壁上的運動、機械頭的角度調(diào)整和柔性帶的步進等實現(xiàn)清潔度視頻檢查。

整個過程中，操作人員只有安裝設備時才需要站在手孔前，持續(xù)時間不到10 min，其余時間只需在外環(huán)廊或其他低輻射劑量區(qū)遙控操作即可，此方法顯著降低了操作人員的輻射劑量。

自動視頻檢查設備由爬壁機器人、機械頭、柔性檢查帶、電源線防扭繞機構和控制系統(tǒng)組成，具體連接方法如圖2所示。

圖2　自動視頻檢查設備連接方法

2.1爬壁機器人爬壁機器人是實現(xiàn)自動視頻檢查的移動載體，其安裝有兩個磁輪，能夠吸附在蒸汽發(fā)生器內(nèi)壁，并在伺服電機的驅動下，能夠實現(xiàn)沿內(nèi)壁的移動和轉向。其兩側面均安裝有攝像頭和燈光，用來輔助運動，避免障礙物的干涉；其上安裝有激光二極管和傾斜儀，前者用來與參照方向調(diào)平，后者用來感知實際運動軌跡與參考方向的偏差，類似于定向巡航，能避免在操控爬壁機器人時迷失方向，造成爬壁機器人誤碰或摔落到管板。

圖3　兩種結構的機械頭

爬壁機器人設計有兩個難點：① 平衡。包括磁輪吸力與電機驅動力的平衡和自身重心的平衡，因為爬壁機器人在曲面上爬行，重心不當易造成跌落。② 緊湊的結構設計。手孔處可用空間有限，為方便將爬壁機器人引入到蒸汽發(fā)生器內(nèi)部，必須設計緊湊防水的結構。

2.2機械頭

機械頭是為了使爬壁機器人完成外環(huán)廊和管間檢查而專門設計的連接配件，安裝在爬壁機器人的前端，分為外環(huán)廊檢查機械頭和管間檢查機械頭兩部分，可在不同的檢查階段進行切換。前者結構如圖3(a)所示，其上安裝有檢查攝像頭，鹵素燈以及用于冷卻燈光的壓縮空氣通道，攝像頭可以實現(xiàn)三個軸向方向的旋轉，用以調(diào)整至最佳的觀察角度，尤其是觀察外環(huán)廊臨近管間2～3排傳熱管；后者結構如圖3(b)所示，其用來固定和步進柔性檢查帶，且可以沿軸向旋轉，以調(diào)整柔性檢查帶的進入角度，同時通過滾輪上的周向凸軸配合柔性檢查帶的孔實現(xiàn)柔性帶進出管間，完成管間視頻檢查。

2.3柔性檢查帶

柔性檢查帶是完成管間視頻檢查的必備部件，其既要有一定的柔性，以方便在機械頭作用下進出管間；又要有一定的剛度，保證深入管間一定距離后保持一定高度，方便移動和觀察。

圖4　柔性檢查帶結構示意

2.4電源線防扭繞機構

電源線實際上是一種將電源線、視頻信號線和氣管等包覆在一起的復合線。由于爬壁機器人需要從180°手孔沿內(nèi)壁爬行到0°手孔，距離約6 m；若無法解決電源線懸松的問題，電源線將會沉落到管板上，易扭繞在一起，給爬壁機器人移動帶來較大的阻力，造成跌落。因此專門設計了防扭繞機構，安裝于手孔法蘭上，通過4個滾輪夾持電源線，其中兩側各有一個驅動輪，根據(jù)機器人的移動距離，通過驅動輪的作用， 實現(xiàn)電源線進出蒸汽發(fā)生器，并始終保持電源線處于拉緊狀態(tài)。

2.5控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)作為自動視頻檢查設備的“靈魂”，用于遠程操作爬壁機器人、調(diào)整攝像頭角度、柔性檢查帶進出管間、電源線防扭繞機構同步運動等，包含CPU、視頻采集、電源等模塊，是實現(xiàn)自動視頻檢查功能的核心部件。

3自動視頻檢查技術應用

3.1外環(huán)廊檢查外環(huán)廊檢查區(qū)域為蒸汽發(fā)生器內(nèi)壁和外圍傳熱管間以及外圍傳熱管2～3排管間區(qū)域，主要檢查泥渣堆積情況和有無外來物。使用爬壁機器人加外環(huán)廊檢查機械頭可以完成此項檢查。安裝完成后，操作人員只需控制爬壁機器人的移動和調(diào)整機械頭角度，即可完成外環(huán)廊檢查。整個操作過程簡單便捷，輻照劑量低。

操作時需注意以下三點：① 由于外環(huán)廊檢查時爬壁機器人移動距離過大，需時刻關注電源線防扭繞機構工作的視頻。② 由于移動過程中需要經(jīng)過眼孔處，需注意調(diào)整爬壁機器人的運動軌跡，防止陷入眼孔跌落。③ 整個過程中，機械頭的角度需要不斷調(diào)整，以便找到最佳角度，因為從內(nèi)壁看管間的角度隨著位置的變化而不斷變化。

3.2管間檢查

管間檢查區(qū)域為傳熱管間可達區(qū)域，主要檢查泥渣堆積情況和有無外來物。使用爬壁機器人和管間檢查機械頭可以完成此項檢查。爬壁機器人用于管間定位，機械頭用來調(diào)整柔性檢查帶進入管間的角度和驅動檢查帶進出管間。安裝完成后，操作人員只需遠程控制爬壁機器人的移動、調(diào)整機械頭角度和控制檢查帶進出管間，即可完成外環(huán)廊檢查。整個操作過程簡單便捷，輻照劑量低，但耗時較長。

操作需注意以下三點：① 調(diào)整好角度后才可驅動柔性檢查帶進出管間，避免強行驅動進出管間。② 切換管間時，速度不能過快，且要跟蹤視頻信息，避免進錯管間。③ 管間遇到有次硬性泥渣時，可適當提升檢查帶的高度以便通過。管間檢查示意如圖5所示。

圖5　管間檢查示意

3.3中心管廊檢查

由于結構限制，自動視頻檢查設備不適用于中心管廊檢查。一般采用安裝攝像頭的伸縮桿手動完成此項檢查，也有采用在導軌上移動的攝像頭來檢查中心管廊。但后者費時較長，安裝導軌復雜，且預防異物難度大。

3.4檢查結果

針對國內(nèi)某核電站蒸汽發(fā)生器，應用上述自動視頻檢查設備開展了視頻檢查工作。以外環(huán)廊視頻檢查為例，其檢查結果圖像對比如圖6所示。

圖6　外環(huán)廊檢查結果

相比手動視頻檢查設備，從靜態(tài)圖像來看相差不大，只是自動視頻檢查設備采用更高像素的攝像頭和輔助光源，圖像更加明亮清晰；但從動態(tài)視頻來看，自動視頻檢查設備易于勻速檢查，便于實時調(diào)節(jié)攝像頭的角度，消除了手動檢查抖動的因素，能夠更清楚徹底地檢查管間間隔，圖像穩(wěn)定，清晰度高，連續(xù)性好。

4結語

自動視頻檢查技術應用于蒸汽發(fā)生器二次側清潔度視頻檢查是一個必然趨勢，因為它操作便捷，顯著降低了操作者的勞動強度和輻照劑量。與手動視頻檢查結果相比，自動視頻檢查圖像穩(wěn)定清晰，連續(xù)性好。此外，對于某些手動視頻檢查不可達的區(qū)域，自動視頻檢查設備憑借其靈活的特性可以到達。然而，目前自動視頻檢查技術存在兩點不足：

(1) 管間檢查時間長，需要不斷進出管間。為保證圖像的清晰穩(wěn)定，進出速度有所限制。如果完成管間全檢的話，需要約30 h；而手動視頻完成管間檢查的時間僅為10 h，但視頻圖像抖動較嚴重。

(2) 防異物風險大。由于進出蒸汽發(fā)生器的零部件較多，操作不當會導致爬壁機器人跌落磁吸到管板，給取出帶來一定的難度。雖然設計時已經(jīng)考慮了防異物風險，比如盡量減少松動部件的數(shù)量，緊固件涂螺紋膠加固等，還專門設計了取出吸附到管板爬壁機器人的專用工具，但防異物的風險依然存在。

自動視頻檢查技術具有手動視頻檢查不可比擬的優(yōu)勢，隨著技術的成熟、管間檢查速度的提升、檢查范圍的優(yōu)化(國外針對泥渣分布規(guī)律，只做中心管廊兩側約10排管間)等，自動視頻檢查技術會普遍應用于蒸汽發(fā)生器二次側清潔度視頻檢查中。

參考文獻：

[1]丁訓慎. 核電廠蒸汽發(fā)生器凹痕腐蝕,二次側水化學處理及其清洗[J].清洗世界，2010，15(6)：29-35.

[2]丁訓慎.核電站蒸汽發(fā)生器二次側遠距離目視檢查[J].無損檢測，2001，23(6)：266-267.

[3]BARBITO K, ROGOSKY D. Remote visual inspection-an eye for steam generator maintenance[J].Nuclear Engineering International,1999,44:21-23.

Automatic TV Inspection Technology and its Application for the Steam Generator

TAO Yu-chun, WU Wei-rang, LI Jiang, YU Tong, FU Dong-liang

(Technique Support Department，Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China)

Abstract：In this paper, the application of automatic TV inspection technology on SG secondary side cleanliness was briefly described, the working principle, equipment components and practical application were highly emphasized .It was pointed out that manual TV inspection technology cannot change the situation of heavy labor and high radiation, Meanwhile, its development tendency was forecasted.

Key words:Steam generator; TV inspection; Automatic inspection technology

收稿日期：2015-08-08

作者簡介：陶于春(1973-)，男，高級工程師，主要從事核電站核島在役檢查技術研究及技術管理、項目組織與實施工作。通信作者:武偉讓(1986-),男,工程師,主要從事蒸汽發(fā)生器水力清洗和視頻檢查設備開發(fā)工作,E-mail: wuweirang@cgnpc.com.cn。

DOI:10.11973/wsjc201605012

中圖分類號：TG115.28

文獻標志碼：B

文章編號：1000-6656(2016)05-0045-04