蒸汽发生器自动视频检查技术及其应用

陶于春，武伟让，李　江，余　桐，付东亮

(苏州热工研究院有限公司 技术支持部， 苏州 215004)



蒸汽发生器自动视频检查技术及其应用

陶于春，武伟让，李江，余桐，付东亮

(苏州热工研究院有限公司 技术支持部， 苏州 215004)

摘要：简述了自动视频检查技术在蒸汽发生器二次侧清洁度视频检查中的应用；重点介绍了自动视频检查技术的工作原理、设备组成、实际应用。指出手动视频检查技术无法改变其劳动强度大、辐射剂量高等缺点；并且，展望了自动视频检查技术的发展趋势。

关键词：蒸汽发生器；视频检查；自动检查技术

蒸汽发生器的功能是把一回路冷却剂从核反应堆获得的热能传给二回路水介质,并使其变为蒸汽。整个二回路中，管板上表面处于最低位[1]。蒸汽发生器在工作过程中会产生沉积泥渣。

沉积泥渣主要有三个来源：

(1) 二回路水中含有的各种化学添加剂、腐蚀产物和杂质。如水中的树脂粒或微粒，运行初期经清洗后仍会残留少量的杂质和氧化物颗粒，运行中凝汽器的泄漏物等。

(2) 碱盐类沉淀。水中含有某些二价和二价以上的金属离子,这些离子会与某些阴离子形成溶解度很小的碱或盐类，当超过其饱和溶解度后，就会沉淀形成一层坚硬的沉积物。

(3) 离子沸腾浓缩。蒸汽发生器在运行过程中，二次侧水受热蒸发，在沸腾浓缩的作用下，水中的杂质离子浓度不断增大；当超过其溶解度后，这些离子相互结合形成泥渣。

形成的泥渣会在传热管与管板胀接处形成腐蚀环境，造成传热管腐蚀和减薄，甚至发生放射性泄露。

因此，根据国内外核电站运行经验反馈，每次停堆检修期间，蒸汽发生器二次侧清洁度视频检查均是必做项目。蒸汽发生器二次侧清洁度视频检查分为水力清洗前视频检查和水力清洗后视频检查；前者主要是为制定水力清洗方案提供依据；后者主要是验证水力清洗的效果。如果次硬性泥渣得不到及时有效的清除，将会进一步沉积成硬性泥渣，硬性泥渣对传热管的损伤更大，且一旦形成，很难完全冲洗干净[2]。

国内一般使用工业内窥镜,采用手动方式开展视频检查，但该方法存在工作效率低、劳动强度大及辐射剂量高等缺点。笔者在简述手动视频检查技术的基础上，重点对自动视频检查技术的应用进行了介绍。

1手动视频检查技术

手动视频检查设备主要由工业内窥镜、探头、导向工具、视频采集录制系统等部分组成。工业内窥镜和探头主要用来获取泥渣视频信号；导向工具一般由PVC管材或PP板材结合使用经验反馈自制而成，主要用来辅助探头定位和进出管间；视频采集录制系统的功能是将视频信息采集到硬盘或电脑，并实时输入字幕信息。工作时，将设备各部分连接在一起，操作人员站在蒸汽发生器手孔前，通过手动控制导向工具和探头完成检查，其原理如图1所示。

其次，国土资源财税管理部门应加强对相关财税人员的业务培训。比如，定期组织专业的业务培训，聘请专业讲师指导财税人员的工作，进行适当的财税知识季度考核，这样可以督促财税工作人员不断进行财税知识的更新，为日后的财税预算管理工作做好准备。

图1　手动视频检查设备连接原理

通过二十年来的现场实践经验，不断优化和改进了工具。例如：导向工具改进后能够很好地固定在管间和手孔间，并能很好地调整探头进入管间的角度，方便进入管间检查；视频采集录制系统更集成化，简化了现场连线和拆线工序，降低了故障排查难度；针对性的开发字幕叠加软件，通过点击切换的方式实时输入管间位置信息，极大程度上解放了键盘手的劳动强度，同时提高了管间检查的速度。

尽管上述优化项能不断提高检查速度，但不能显著改变手动视频检查劳动强度大、辐射剂量高的缺点。因此，自动视频检查技术不断应用到蒸汽发生器二次侧视频检查中。

2自动视频检查设备

为改善工作条件，自动视频检查技术开始应用在蒸汽发生器二次侧清洁度视频检查中。其使用爬壁机器人代替手动操作、使用柔性检查带代替内窥镜探头，通过遥控操作爬壁机器人在蒸汽发生器二次侧内壁上的运动、机械头的角度调整和柔性带的步进等实现清洁度视频检查。

整个过程中，操作人员只有安装设备时才需要站在手孔前，持续时间不到10 min，其余时间只需在外环廊或其他低辐射剂量区遥控操作即可，此方法显著降低了操作人员的辐射剂量。

自动视频检查设备由爬壁机器人、机械头、柔性检查带、电源线防扭绕机构和控制系统组成，具体连接方法如图2所示。

图2　自动视频检查设备连接方法

2.1爬壁机器人爬壁机器人是实现自动视频检查的移动载体，其安装有两个磁轮，能够吸附在蒸汽发生器内壁，并在伺服电机的驱动下，能够实现沿内壁的移动和转向。其两侧面均安装有摄像头和灯光，用来辅助运动，避免障碍物的干涉；其上安装有激光二极管和倾斜仪，前者用来与参照方向调平，后者用来感知实际运动轨迹与参考方向的偏差，类似于定向巡航，能避免在操控爬壁机器人时迷失方向，造成爬壁机器人误碰或摔落到管板。

图3　两种结构的机械头

爬壁机器人设计有两个难点：① 平衡。包括磁轮吸力与电机驱动力的平衡和自身重心的平衡，因为爬壁机器人在曲面上爬行，重心不当易造成跌落。② 紧凑的结构设计。手孔处可用空间有限，为方便将爬壁机器人引入到蒸汽发生器内部，必须设计紧凑防水的结构。

2.2机械头

机械头是为了使爬壁机器人完成外环廊和管间检查而专门设计的连接配件，安装在爬壁机器人的前端，分为外环廊检查机械头和管间检查机械头两部分，可在不同的检查阶段进行切换。前者结构如图3(a)所示，其上安装有检查摄像头，卤素灯以及用于冷却灯光的压缩空气通道，摄像头可以实现三个轴向方向的旋转，用以调整至最佳的观察角度，尤其是观察外环廊临近管间2～3排传热管；后者结构如图3(b)所示，其用来固定和步进柔性检查带，且可以沿轴向旋转，以调整柔性检查带的进入角度，同时通过滚轮上的周向凸轴配合柔性检查带的孔实现柔性带进出管间，完成管间视频检查。

2.3柔性检查带

柔性检查带是完成管间视频检查的必备部件，其既要有一定的柔性，以方便在机械头作用下进出管间；又要有一定的刚度，保证深入管间一定距离后保持一定高度，方便移动和观察。

图4　柔性检查带结构示意

2.4电源线防扭绕机构

电源线实际上是一种将电源线、视频信号线和气管等包覆在一起的复合线。由于爬壁机器人需要从180°手孔沿内壁爬行到0°手孔，距离约6 m；若无法解决电源线悬松的问题，电源线将会沉落到管板上，易扭绕在一起，给爬壁机器人移动带来较大的阻力，造成跌落。因此专门设计了防扭绕机构，安装于手孔法兰上，通过4个滚轮夹持电源线，其中两侧各有一个驱动轮，根据机器人的移动距离，通过驱动轮的作用， 实现电源线进出蒸汽发生器，并始终保持电源线处于拉紧状态。

2.5控制系统

控制系统作为自动视频检查设备的“灵魂”，用于远程操作爬壁机器人、调整摄像头角度、柔性检查带进出管间、电源线防扭绕机构同步运动等，包含CPU、视频采集、电源等模块，是实现自动视频检查功能的核心部件。

3自动视频检查技术应用

3.1外环廊检查外环廊检查区域为蒸汽发生器内壁和外围传热管间以及外围传热管2～3排管间区域，主要检查泥渣堆积情况和有无外来物。使用爬壁机器人加外环廊检查机械头可以完成此项检查。安装完成后，操作人员只需控制爬壁机器人的移动和调整机械头角度，即可完成外环廊检查。整个操作过程简单便捷，辐照剂量低。

操作时需注意以下三点：① 由于外环廊检查时爬壁机器人移动距离过大，需时刻关注电源线防扭绕机构工作的视频。② 由于移动过程中需要经过眼孔处，需注意调整爬壁机器人的运动轨迹，防止陷入眼孔跌落。③ 整个过程中，机械头的角度需要不断调整，以便找到最佳角度，因为从内壁看管间的角度随着位置的变化而不断变化。

3.2管间检查

管间检查区域为传热管间可达区域，主要检查泥渣堆积情况和有无外来物。使用爬壁机器人和管间检查机械头可以完成此项检查。爬壁机器人用于管间定位，机械头用来调整柔性检查带进入管间的角度和驱动检查带进出管间。安装完成后，操作人员只需远程控制爬壁机器人的移动、调整机械头角度和控制检查带进出管间，即可完成外环廊检查。整个操作过程简单便捷，辐照剂量低，但耗时较长。

操作需注意以下三点：① 调整好角度后才可驱动柔性检查带进出管间，避免强行驱动进出管间。② 切换管间时，速度不能过快，且要跟踪视频信息，避免进错管间。③ 管间遇到有次硬性泥渣时，可适当提升检查带的高度以便通过。管间检查示意如图5所示。

图5　管间检查示意

3.3中心管廊检查

由于结构限制，自动视频检查设备不适用于中心管廊检查。一般采用安装摄像头的伸缩杆手动完成此项检查，也有采用在导轨上移动的摄像头来检查中心管廊。但后者费时较长，安装导轨复杂，且预防异物难度大。

3.4检查结果

针对国内某核电站蒸汽发生器，应用上述自动视频检查设备开展了视频检查工作。以外环廊视频检查为例，其检查结果图像对比如图6所示。

图6　外环廊检查结果

相比手动视频检查设备，从静态图像来看相差不大，只是自动视频检查设备采用更高像素的摄像头和辅助光源，图像更加明亮清晰；但从动态视频来看，自动视频检查设备易于匀速检查，便于实时调节摄像头的角度，消除了手动检查抖动的因素，能够更清楚彻底地检查管间间隔，图像稳定，清晰度高，连续性好。

4结语

自动视频检查技术应用于蒸汽发生器二次侧清洁度视频检查是一个必然趋势，因为它操作便捷，显著降低了操作者的劳动强度和辐照剂量。与手动视频检查结果相比，自动视频检查图像稳定清晰，连续性好。此外，对于某些手动视频检查不可达的区域，自动视频检查设备凭借其灵活的特性可以到达。然而，目前自动视频检查技术存在两点不足：

(1) 管间检查时间长，需要不断进出管间。为保证图像的清晰稳定，进出速度有所限制。如果完成管间全检的话，需要约30 h；而手动视频完成管间检查的时间仅为10 h，但视频图像抖动较严重。

(2) 防异物风险大。由于进出蒸汽发生器的零部件较多，操作不当会导致爬壁机器人跌落磁吸到管板，给取出带来一定的难度。虽然设计时已经考虑了防异物风险，比如尽量减少松动部件的数量，紧固件涂螺纹胶加固等，还专门设计了取出吸附到管板爬壁机器人的专用工具，但防异物的风险依然存在。

自动视频检查技术具有手动视频检查不可比拟的优势，随着技术的成熟、管间检查速度的提升、检查范围的优化(国外针对泥渣分布规律，只做中心管廊两侧约10排管间)等，自动视频检查技术会普遍应用于蒸汽发生器二次侧清洁度视频检查中。

参考文献：

[1]丁训慎. 核电厂蒸汽发生器凹痕腐蚀,二次侧水化学处理及其清洗[J].清洗世界，2010，15(6)：29-35.

[2]丁训慎.核电站蒸汽发生器二次侧远距离目视检查[J].无损检测，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

作者简介：陶于春(1973-)，男，高级工程师，主要从事核电站核岛在役检查技术研究及技术管理、项目组织与实施工作。通信作者:武伟让(1986-),男,工程师,主要从事蒸汽发生器水力清洗和视频检查设备开发工作,E-mail: wuweirang@cgnpc.com.cn。

DOI:10.11973/wsjc201605012

中图分类号：TG115.28

文献标志码：B

文章编号：1000-6656(2016)05-0045-04