中國(guó)廣核集團(tuán)核電站在役檢查技術(shù)研發(fā)中心2023年度在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)理論研究、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開發(fā)、智能檢測(cè)裝備研發(fā)、無(wú)損檢測(cè)儀器等方面開展多項(xiàng)研發(fā)工作，在蒸汽發(fā)生器傳熱管脹管過(guò)渡段旋轉(zhuǎn)探頭雙推技術(shù)、蒸汽發(fā)生器傳熱管氦檢漏技術(shù)、反應(yīng)堆壓力容器相控陣檢測(cè)技術(shù)、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)熱套管測(cè)量系統(tǒng)、控制棒束組件檢查設(shè)備、基于深度學(xué)習(xí)的核電站射線自動(dòng)評(píng)片系統(tǒng)等研發(fā)工作上取得了許多進(jìn)展。

1 蒸汽發(fā)生器傳熱管脹管過(guò)渡段旋轉(zhuǎn)探頭雙推技術(shù)研究與應(yīng)用

蒸汽發(fā)生器作為核電廠一回路的重要設(shè)備，承擔(dān)著熱量交換及防止放射性泄漏的重要屏障作用。傳熱管脹管過(guò)渡段由于其在加工過(guò)程中存在尺寸變化、運(yùn)行過(guò)程中會(huì)存在泥渣堆積，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得該區(qū)域成為核電在役檢查的重要監(jiān)督對(duì)象。

常規(guī)MRPC渦流檢查技術(shù)使用單探頭采集信號(hào)，對(duì)大修關(guān)鍵路徑的影響較大，為了實(shí)現(xiàn)檢測(cè)效率提升，研發(fā)中心首創(chuàng)開發(fā)了蒸汽發(fā)生器傳熱管脹管過(guò)渡段旋轉(zhuǎn)探頭雙推技術(shù)，如圖1所示。

圖1 蒸汽發(fā)生器傳熱管脹管過(guò)渡段旋轉(zhuǎn)探頭雙推技術(shù)示意

研發(fā)中心開發(fā)的蒸汽發(fā)生器傳熱管脹管過(guò)渡段旋轉(zhuǎn)探頭雙推技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)雙探頭渦流檢測(cè)，傳熱管脹管過(guò)渡段檢測(cè)效率提升達(dá)30%。該技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下幾方面：

(1) 全自動(dòng)雙探頭采集控制軟件開發(fā)：成功實(shí)現(xiàn)MRPC雙探頭、全自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，大大降低了人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化程度達(dá)到領(lǐng)先水平，檢測(cè)效率提升達(dá)30%。

(2) 新型防卡澀導(dǎo)向裝置研制：減少檢測(cè)人員進(jìn)出核島污染工作區(qū)域達(dá)10次，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，人員受照劑量降低約20%。

(3) 高精度前置傳感器的應(yīng)用：有效提升剛性旋轉(zhuǎn)探頭進(jìn)出精準(zhǔn)度，降低了異物引入風(fēng)險(xiǎn)，解決了邊緣管采集難題。

2023年該技術(shù)首次在核電廠實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，順利完成檢測(cè)任務(wù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室到核電大修現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，檢測(cè)效率提升超過(guò)30%，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。其填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外技術(shù)空白，顯著提升了檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性，降低了異物引入風(fēng)險(xiǎn)和人工失誤風(fēng)險(xiǎn);適用于多機(jī)組、多堆型，對(duì)于提升核電站的安全運(yùn)行水平、降低運(yùn)營(yíng)成本具有重大意義。

圖2 雙推技術(shù)的核電現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

圖3 雙推技術(shù)控制軟件應(yīng)用示例

2 蒸汽發(fā)生器傳熱管氦檢漏技術(shù)研究與應(yīng)用

蒸汽發(fā)生器傳熱管如發(fā)生泄漏會(huì)嚴(yán)重影響核電站安全運(yùn)行，氦檢漏是傳熱管密封性能檢測(cè)的一種有效手段。研發(fā)團(tuán)隊(duì)面向核電工程應(yīng)用的重大使命，圍繞氦檢漏檢查工藝設(shè)計(jì)、泄漏信號(hào)識(shí)別、漏率定量和漏點(diǎn)定位等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，突破蒸汽發(fā)生器傳熱管氦檢漏系列關(guān)鍵核心技術(shù)。研發(fā)的首套蒸汽發(fā)生器傳熱管自主化氦檢漏裝備，可實(shí)現(xiàn)全范圍快速定位和檢查，漏點(diǎn)定位定量準(zhǔn)確可靠。

圖4 傳熱管氦檢漏系統(tǒng)組成

該裝備可同時(shí)檢查4根傳熱管;可快速識(shí)別傳熱管是否存在泄漏;可準(zhǔn)確地檢出單管總漏率?3Ncm3/h的泄漏傳熱管，并進(jìn)行漏率定量;可判斷泄漏傳熱管上的漏點(diǎn)數(shù)量，并分別對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行定位，定位精度?±1.0 m。

基于客戶端/服務(wù)器架構(gòu)開發(fā)傳熱管氦檢漏采集和分析軟件，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)標(biāo)定、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)確定泄漏率大小和位置，以及異常信號(hào)自動(dòng)報(bào)警等功能。

該系統(tǒng)主要由質(zhì)譜儀、氣體混合器注射系統(tǒng)、以及數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)三部分組成。

項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于在役核電廠10年大修傳熱管檢查，滿足在運(yùn)核電機(jī)組規(guī)范強(qiáng)制檢查和傳熱管泄漏后的應(yīng)急查漏需求;還可推廣至華龍一號(hào)、EPR、螺旋管式蒸汽發(fā)生器高溫堆、海洋動(dòng)力平臺(tái)等堆型的傳熱管全管段檢漏服務(wù)，應(yīng)用前景良好。

3 反應(yīng)堆壓力容器相控陣檢測(cè)技術(shù)研究

反應(yīng)堆壓力容器(RPV)用來(lái)包容固定反應(yīng)堆堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，一般在高溫、高壓、高輻照等極端環(huán)境下服役，是保障核電安全運(yùn)行的重要核安全設(shè)備。RPV本體焊縫均為核電廠在役檢查規(guī)范的強(qiáng)制檢查對(duì)象，受材料差異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸偏厚等因素影響，檢測(cè)難度較大。

為滿足檢查要求，常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)需采用多探頭進(jìn)行組合檢查，方能完成缺陷探測(cè)和尺寸測(cè)量。前期準(zhǔn)備工作(參數(shù)設(shè)置、探頭標(biāo)定、探頭校準(zhǔn)等)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程(探頭安裝、更換等)所需時(shí)間占檢測(cè)總工作量的30%以上，大幅度增加人員受輻照時(shí)間和異物引入風(fēng)險(xiǎn)。

隨著材料、微加工、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，相控陣超聲(PAUT)檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，PAUT檢測(cè)技術(shù)在縮短人員作業(yè)受輻照時(shí)間、提高檢測(cè)效率、提高檢測(cè)安全穩(wěn)定性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

利用PAUT檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，通過(guò)聚焦法則的切換可以在不更換探頭的情況下，實(shí)現(xiàn)雙晶線陣和單晶面陣的切換、縱波探頭和橫波探頭的切換、不同聚焦深度的切換，能進(jìn)行焊縫全壁厚的缺陷探測(cè)和尺寸測(cè)量;同時(shí)，匹配反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的設(shè)備特點(diǎn)，通過(guò)超聲系統(tǒng)防水設(shè)計(jì)、衰減評(píng)估、信噪比測(cè)試、穩(wěn)定性試驗(yàn)等，開展基設(shè)備承載的PAUT檢查工藝研究，開發(fā)出滿足工程化應(yīng)用的檢查系統(tǒng)。

研究過(guò)程中完成RPV本體多個(gè)部件的工藝研究，分別在核設(shè)制造廠和核電現(xiàn)場(chǎng)兩次開展工程示范應(yīng)用，檢測(cè)過(guò)程和檢測(cè)結(jié)果均滿足規(guī)范要求，實(shí)現(xiàn)了基于PAUT技術(shù)的占堆關(guān)鍵路徑優(yōu)化策略實(shí)施的工程示范應(yīng)用，提升了RPV現(xiàn)場(chǎng)檢查效率。

圖5 RPV本體相控陣檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

4 控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)熱套管測(cè)量系統(tǒng)

控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)熱套管是核反應(yīng)堆頂蓋上起導(dǎo)向控制棒驅(qū)動(dòng)桿作用的關(guān)鍵部件，熱套管懸空吊掛在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)密封殼底部，在冷卻劑的流動(dòng)沖擊下，熱套管會(huì)發(fā)生振動(dòng)并與密封殼底部相互磨損，致使熱套管下沉發(fā)生嚴(yán)重情況下甚至斷裂，會(huì)影響控制棒落棒動(dòng)作。

研制了雙目三維測(cè)量系統(tǒng)、熱套管內(nèi)表面視頻檢查系統(tǒng)、變徑區(qū)超聲檢查系統(tǒng)，形成對(duì)熱套管磨損情況的完整檢查體系。

雙目三維測(cè)量系統(tǒng)將測(cè)量系統(tǒng)集成在無(wú)線遙控小車上，測(cè)量系統(tǒng)小型輕量化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熱套管外觀尺寸的三維測(cè)量(含磨損情況檢查)，精度為±1 mm，可定期跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，判斷熱套管磨損下沉量。

熱套管內(nèi)表面視頻檢查系統(tǒng)將專用管道鏡和推拔器集成在無(wú)線遙控小車上，有效將探頭伸入熱套管內(nèi)部，設(shè)備整體外徑小于50 mm，實(shí)現(xiàn)熱套管內(nèi)部清潔度檢查。

變徑區(qū)超聲檢查系統(tǒng)利用多功能底座通過(guò)剛性推力桿將專用探頭送入熱套管內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)熱套管變徑區(qū)高精度超聲檢查。

雙目三維測(cè)量系統(tǒng)、熱套管內(nèi)表面視頻檢查系統(tǒng)、變徑區(qū)超聲檢查系統(tǒng)組成的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)熱套管測(cè)量系統(tǒng)可有效應(yīng)用于CPR1000、EPR、華龍一號(hào)等堆型的反應(yīng)堆壓力容器頂蓋熱套管檢查，有助于核電站運(yùn)行安全性提升。

圖6 控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)熱套管測(cè)量系統(tǒng)

5 控制棒束組件檢查設(shè)備開發(fā)

隨著核電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，反應(yīng)堆壓力容器控制棒束(RCCA)的磨損程度日益嚴(yán)重，需定期進(jìn)行RCCA超聲渦流檢查，目前CRP機(jī)組已廣泛實(shí)現(xiàn)定期檢測(cè)，但EPR機(jī)組RCCA檢查設(shè)備國(guó)內(nèi)處于技術(shù)空白，由于EPR機(jī)組RCCA控制棒結(jié)構(gòu)存在差異，檢測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)工具不匹配、水下標(biāo)定難題及檢驗(yàn)盲區(qū)等問(wèn)題。

研發(fā)中心通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出一套EPR機(jī)組RCCA檢查設(shè)備，設(shè)計(jì)一體式適配器，確保無(wú)易松動(dòng)件，從源頭杜絕異物風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)聲學(xué)匹配材料匹配層、阻尼塊等復(fù)合材料及導(dǎo)電滑環(huán)的研究，完成EPR機(jī)組專用RCCA超聲傳感器研制。

研發(fā)的RCCA檢查設(shè)備成功應(yīng)用于核電站，為國(guó)內(nèi)外首次在EPR機(jī)組上完成全范圍RCCA超聲渦流檢查。該設(shè)備的自主化打破了國(guó)外在該堆型核電站檢查項(xiàng)目上的壟斷，減少了設(shè)備購(gòu)入成本及檢查費(fèi)用。

圖7 RCCA檢查設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

6 基于深度學(xué)習(xí)的核電站射線自動(dòng)評(píng)片系統(tǒng)研發(fā)

核電站在建及在役過(guò)程中，射線檢測(cè)的底片需求量大，且其保存?zhèn)}儲(chǔ)環(huán)境有著較為嚴(yán)苛的要求，通過(guò)基于深度學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)應(yīng)用于底片管理和評(píng)定，可應(yīng)對(duì)大量底片的管理挑戰(zhàn)，確保數(shù)據(jù)完整可靠，同時(shí)也能釋放評(píng)片人員的時(shí)間，使其能夠更專注于復(fù)雜的評(píng)定工作，符合未來(lái)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，將機(jī)械化和自動(dòng)化引入到底片管理和評(píng)定領(lǐng)域，從而提高工作質(zhì)量和效率。

通過(guò)高清度掃描儀將底片進(jìn)行數(shù)字化處理，并對(duì)電子底片進(jìn)行智能管理(包括其智能歸檔、智能評(píng)定等評(píng)片階段的全流程功能)。利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，訓(xùn)練海量底片數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)焊縫和缺陷的智能識(shí)別，替代繁重人工工作，顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高檢測(cè)效率。將OCR技術(shù)應(yīng)用于底片圖像的處理，使圖像中的文字能夠被自動(dòng)識(shí)別并提取，這有助于進(jìn)一步的分析和處理。數(shù)字底片疊加過(guò)程涉及圖像配準(zhǔn)和圖像融合，由基于特征點(diǎn)匹配的圖像配準(zhǔn)方法可以精準(zhǔn)高效的找到特征點(diǎn)并進(jìn)行圖像疊加。

(a) 基于深度學(xué)習(xí)的焊縫缺陷識(shí)別

(b) OCR光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)

(c) 雙片匹配疊加

圖8 基于深度學(xué)習(xí)的核電站射線檢測(cè)自動(dòng)評(píng)片平臺(tái)

該評(píng)片系統(tǒng)已在核電廠實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用，憑借后期導(dǎo)入訓(xùn)練的大量缺陷底片數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，此技術(shù)具備在核電站射線檢測(cè)中應(yīng)用的能力。

中國(guó)廣核集團(tuán)在役檢查技術(shù)研發(fā)中心2023年在無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用技術(shù)理論研究、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開發(fā)、智能檢測(cè)系統(tǒng)裝備、無(wú)損檢測(cè)儀器等方面開展了多項(xiàng)研發(fā)工作，取得了以上進(jìn)展，可為核電行業(yè)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提供一些參考，保障核電廠系統(tǒng)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。