反應(yīng)堆壓力容器頂蓋安全快速對孔探索與實(shí)踐

□王屹錕 王禮坤 張鋒國 劉忠武

2017年某核電站102機(jī)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(dǎo)向桿柱頭，導(dǎo)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(wù)風(fēng)險(xiǎn)因素，智能監(jiān)控設(shè)備替代人工觀測頂蓋法蘭盤螺栓孔(下簡稱：螺栓孔)與導(dǎo)向柱(下簡稱：導(dǎo)向柱)位置關(guān)系的新技術(shù)，并成功完成技術(shù)裝置的實(shí)驗(yàn)測試。

一、概述

核電機(jī)組大修期間壓力容器裝料完成后，需對壓力容器進(jìn)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(dǎo)向柱順利穿越螺栓通孔)、就位等五個(gè)階段[1]。其中對孔階段操作難度和風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)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(dǎo)向柱及預(yù)穿越頂蓋法蘭盤對應(yīng)的螺栓孔，通過目測得出導(dǎo)向柱和螺栓孔兩者水平二維坐標(biāo)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(dǎo)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(bào)信息內(nèi)容，分析并匯總后估算出容器頂蓋需要移動(dòng)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(jìn)行輔助旋轉(zhuǎn)，吊車司機(jī)對容器頂蓋進(jìn)行升降操作。經(jīng)過反復(fù)交互后，導(dǎo)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(biāo)系下保持包含關(guān)系，地面指揮通知司機(jī)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(dǎo)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(biāo)系下導(dǎo)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(jī)，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(jìn)行綜合與抽象分析，估算出頂蓋移動(dòng)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(jì)劑量較高。

三、技術(shù)裝置設(shè)計(jì)思路

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

(二)提供輔助參考坐標(biāo)系。在觀測設(shè)備視頻軟件中標(biāo)注出代表螺栓孔中心的電子分劃板，當(dāng)三根導(dǎo)向柱中心點(diǎn)同時(shí)落入三個(gè)電子分劃板某個(gè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，即表示導(dǎo)向柱對孔成功。

(三)提供對孔階段導(dǎo)向柱柱頭與容器頂蓋下表面的安全距離。在監(jiān)控設(shè)備上配備激光測距功能，實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示容器頂蓋法蘭盤與導(dǎo)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(shè)備控制面板調(diào)整攝像機(jī)變焦或調(diào)整光圈；對孔階段后，通過觀測設(shè)備控制面板監(jiān)控?cái)z像機(jī)移位，避讓導(dǎo)向柱向上穿越軌跡。

四、技術(shù)裝置總體設(shè)計(jì)

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

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

(二)監(jiān)控設(shè)備。向地面指揮提供近距離觀測螺栓孔與導(dǎo)向柱的水平坐標(biāo)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(shè)備。由4臺平板電腦設(shè)備組成，其上安裝有視頻監(jiān)控軟件，主要實(shí)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(dǎo)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(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)、攝像機(jī)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(diǎn)設(shè)計(jì)

(一)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。單路視頻圖像在觀測設(shè)備上呈現(xiàn)1,080p畫質(zhì)圖像，傳輸時(shí)需占用4～6Mbps無線數(shù)據(jù)帶寬[2]，四臺觀測設(shè)備同時(shí)開啟三路視頻后，整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)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(wù)需要，但此波長的無線信號繞射能力又較差，在實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)瞬間障礙物遮擋，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)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(luò)設(shè)計(jì)難題。監(jiān)控設(shè)備接入組網(wǎng)通信設(shè)備的2.4GHz無線頻段；觀測設(shè)備無線接入組網(wǎng)通信設(shè)備的5.8GHz無線頻段，同板塊內(nèi)兩個(gè)頻段無線網(wǎng)絡(luò)在AP內(nèi)進(jìn)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(luò)交換機(jī)來完成。

(二)監(jiān)控設(shè)備安裝點(diǎn)選定。技術(shù)裝置設(shè)計(jì)之初，監(jiān)控設(shè)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(shè)備自身重量(>5kg)，要實(shí)現(xiàn)吊具環(huán)軌位置安裝、拆卸風(fēng)險(xiǎn)性較高，增加高空墜物風(fēng)險(xiǎn)，消耗時(shí)間較長，可能會(huì)占用大修工作的主線時(shí)間，導(dǎo)致業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間增加；第二，監(jiān)控設(shè)備安裝后不便于安裝后的標(biāo)定和校準(zhǔn)；第三，吊具環(huán)軌上掛載的電葫蘆可能會(huì)遮擋觀測視角。另外，為避免和規(guī)避上述問題及風(fēng)險(xiǎn)，方案最終確定監(jiān)控設(shè)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(shí)驗(yàn)和測試，實(shí)驗(yàn)效果良好，達(dá)到替代人工觀測作業(yè)的效果。設(shè)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(shí)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(wù)存在問題和風(fēng)險(xiǎn)分析，對容器頂蓋扣蓋過程采用的技術(shù)改進(jìn)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(diǎn)和痛點(diǎn)，提高了容器頂蓋扣蓋效率，降低了責(zé)任事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，減少在輻射環(huán)境下的工作人員。這一技術(shù)創(chuàng)新對進(jìn)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。