红外热像仪在核电调试安全管理中的创新应用

姜二龙工程师 陈帅江工程师 赵 岩高级工程师 穆圣楠高级工程师

(1.中国核电工程有限公司华东分公司，浙江 嘉兴 314000;2.中核核电运行管理有限公司，浙江 嘉兴 314000)

0 引言

调试是核电工程项目中跨建安、运行的重要、关键阶段，调试作业大多和土建、安装及运行处在交织状态，安全风险高、作业环境恶劣，是人员受伤和设备损坏的高发期。巴基斯坦卡拉奇核电站K-2/K-3项目是中国自主三代核电“华龙一号”海外首堆工程，项目现场中巴员工众多，工程高峰时期，中方员工达到5 000人，巴籍员工达到12 000人[1]；中方员工有来自国内的核电承包商，也有其他行业民用建筑承包商，作业人员安全意识参差不齐，巴籍员工受教育程度普遍很低，作业人员安全意识淡薄[2]。调试作业期间系统和设备常常处于高温高压和连续运行状态，建安承包商需要在调试系统和设备上与周围开展大量的消缺和尾项作业[3]，极易发生人员高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏事件。因此，如何全面精确地辨识高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏等安全风险，并将上述安全风险简单明了地告知和展示给周围作业人员，同时进行有效管控，成为K-2/K-3项目迫切需要解决的安全管理难题。基于此，本文利用手持式红外热像仪巡检调试作业场所被测物体的热图像和温度分布状况，对高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏等安全风险进行辨识，通过正确避让高温设备、设置安全警戒隔离、落实安全技术交底、减少在高温环境中的暴露时间和穿戴高温防烫防护用品等风险控制措施，以确保调试作业期间人员和设备的安全。

1 核电项目调试作业安全风险管控现状

调试作业是全面验证核电项目设计、设备制造和安装质量，对系统和设备在高温运行时的可靠性进行考验，暴露并消除缺陷的过程，此阶段与土建和安装作业深度交叉，安全风险存在如下特点：

(1)高温烫伤风险：调试作业期间人员经常在隔离边界内的设备和管道周围开展作业，部分高温设备和管道可能存在遗漏安装保温材料、依据设计文件不需要安装保温材料或保温安装质量不良等情况，其安全风险不能直接得到观察识别。例如，国内核电机组热态性能试验期间，现场人员在进行阀门消缺作业时，曾发生误碰阀门下游高温管道导致手指被烫伤事件。

(2)高温中暑风险：系统和设备高温运行期间，作业人员对主系统设备的保温安装质量和缺陷处理效果进行验证时，需要长时间暴露在高温环境中。例如，国内核电机组功率提升试验期间，现场人员对稳压器房间高温高压截止阀门内漏缺陷处理效果进行验证时，需要使用测温仪大量选点监测阀门下游管道温度，导致在高温环境中(温度约为45℃)暴露时间过长，发生高温中暑事件。

(3)重要设备损坏风险：调试作业期间，系统和设备需要根据核电机组状态长时间连续运行，存在重要设备电缆和转动设备轴承温度异常升高风险，如果温度异常而设备得不到及时发现将发生重要设备损坏事件。例如，国内核电机组调试作业期间曾发生因转动设备润滑油脂功能失效，未能及时发现轴承温度异常升高导致重要设备损坏事件。

2 红外热像仪应用的提出

为确保调试作业期间的安全风险得到有效管控，K-2/K-3项目亟需借助先进安全防护技术，创新性地开发一种高科技仪器以便安全高效地帮助作业人员掌握周围作业环境物体的温度分布状况，合理采用消除、替代、工程控制、管理控制和个体防护等安全风险管控措施，将高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏等安全风险降低在可接受范围内，提升调试作业本质安全水平。

2.1 红外热像仪应用的领域

红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，热像图上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。红外热像仪可将实际探测到的热量进行精确量化，同时测量物体表面各点温度的高低，直观显示物体表面的温度场，并以图像形式显示出来，被广泛应用在电气线路接线排过热、三相不平衡和电容器老化故障判断，干式变压器铁芯温度和绝缘套管温度监测，旋转类设备电机、轴承和连轴器温度巡检等领域[4]。

2.2 红外热像仪应用的提出

红外热像仪具有远距离、检测速度快、精度高、一次性获得大量温度数据、测温范围大、高低温自动捕捉、成像效果清晰、热像图层次和立体感饱满、受被测物体表面反光影响小、易于实现自动化和实时观测等特点[5]，相比红外测温仪只能测量物体表面某一点温度、远距离检测精度低和易受物体表面材质影响[6]等方面具有很大优势。因此，K-2/K-3项目将红外热像仪应用于调试作业，并拍摄红外热像仪现场试用安全专项视频，使用SmartView软件处理红外热像图，获得被测系统和设备的温度，通过监测温度有效确定故障位置，起到安全事故事件预警的效果[7]，实现把风险控制在隐患形成之前、把隐患消灭在事故前面的目的[8]，为后续国内核电项目推广使用红外热像仪技术提供坚实基础。

3 红外热像仪应用的研究

3.1 巡检调试作业场所物体温度

在K-2/K-3项目管道位移和支架检查系统试验开展过程中，作业人员通过管夹和支撑杆打点测量管道位移时，部分被测管道口径大，且通过止回阀连接一回路系统，温度较高(最高处约200℃)，作业人员常因不清楚相连接管道的温度分布，误碰高温管道被烫伤。通过采用红外热像仪检测与临时保温支撑杆连接处管道温度分布状况，根据热像仪屏幕上显示的温度场可以清晰地观察到管道的整体温度分布(如图1、2)，在高温管道处悬挂“注意高温、当心烫伤”安全警示标识，将高温烫伤安全风险展现给周围作业人员，同时记录高温管道位号，对作业人员开展现场安全技术交底，避免发生人员高温烫伤事件。

图1 支撑杆处管道热像图

3.2 绘制高温区域红外热像图

在K-2/K-3项目调试作业期间，通过应用红外热像仪监测系统和设备的温度，辨识需要进蒸汽设备和管道的高温区域，如汽轮机旁路、辅助蒸汽分配和主蒸汽等系统的设备和管道需要进蒸汽，根据厂房平面图制作高温区域红外热像图(如图3)，按照安全风险分级管控原则[9]，采用安全警戒隔离、现场安全技术交底和穿戴高温防烫防护用品等安全管控措施，使人员知晓周围作业环境的安全风险，有效管控高温烫伤风险，避免发生人员高温烫伤事件。

图2 阻尼器连接处支座热像图

图3 高温区域红外热像图

3.3 诊断温度异常设备

在K-2/K-3项目热态性能试验期间，稳压器建立汽腔需投用电加热器组，1 872kW电加热器组长时间大电流运行，存在电缆散热异常的风险。通过采用红外热像仪对电加热器电缆温度进行日常监测，根据热像仪屏幕上显示的热图像色彩可以清晰地观察到电缆温度(如图4)，诊断散热异常电缆，并及时进行维修或更换，避免发生电气火灾和电加热器损坏事件。

图4 散热异常和正常电缆热像图

3.4 监测运行设备温度

在K-2/K-3项目调试作业期间，通过应用红外热像仪监测反应堆冷却剂系统、化学和容积控制系统、辅助给水系统等泵的电机和轴承温度(如图5)、循环水处理系统热熔断器温度，可以及时发现温度异常部件，采用更换温度异常部件的方式，从根本上消除危险源，避免发生重要设备损坏事件。

图5 监测泵驱动端轴承温度

3.5 快速验证保温层性能

在K-2/K-3项目热态性能试验期间，为防止一回路热量损失过大，影响核电机组汽轮机冲转和发电效率，需要对一回路主系统的保温外壳温度进行测量，但主系统设备周围环境温度约为40℃，容易发生人员高温中暑事件。通过采用红外热像仪对一回路主系统的保温外壳温度进行测量，根据热像仪屏幕上显示的热图像色彩可以直观地观察到保温外壳表面各点温度的高低(如图6)，快速定位高温区域，找出保温安装缺陷位置[10]，避免使用红外测温仪大量选点测量保温外壳温度时，增加人员在高温环境中暴露的频次和时间，从而有效管控人员高温中暑风险。

图6 主系统设备热像图

4 红外热像仪应用的效果

利用红外热像仪在温度测量方面的优势，对K-2/K-3项目调试作业期间系统和设备的温度进行测量，通过热图像上的温度分布状况，从视觉感知信息的角度将安全风险信息迅速快捷地传递给作业人员，避免发生因不清楚系统和设备温度状况的安全事件。

通过在K-2/K-3项目调试阶段应用手持式红外热像仪巡视132kV倒送电和500kV倒送电试验期间输变线路绝缘子温度、监测冷态性能试验期间泵和轴承温度、巡检安全壳打压试验期间系统和设备温度、监测热态性能试验和功率提升试验期间高温高压设备及周围环境温度，确保调试重大节点的安全顺利实施，取得调试阶段无人员高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏的良好安全生产业绩。

5 结论

根据红外热像仪在K-2/K-3项目调试阶段的创新应用，可以得出如下结论：

(1)红外热像仪在调试阶段得到成功应用，此阶段未发生高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏等安全事件，保障人员和重要设备的安全。

(2)通过应用红外热像仪，作业人员可以简单直观地观察周围作业环境物体的温度分布状况，精准识别高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏等安全风险，采用更换温度异常部件、人员安全站位、设置安全警戒区、发布安全提醒、佩戴高温烫伤防护用品等安全风险管控措施，保证K-2/K-3项目的良好安全生产业绩。

(3)红外热像仪在K-2/K-3项目调试阶段应用的良好实践，证明该方法在核电项目高温烫伤、高温中暑和重要设备损坏等安全风险管控方面的有效性，后续可以将红外热像仪的应用领域推广到建安阶段，如设备预测性维护保养、管道蒸汽吹扫作业和高压输送线路温度监测等。并借助先进安防技术，开发应用在线监测式红外热像仪，持续监测系统和设备温度，同时将数据传输至监测平台，及时发现、处理温度异常系统和设备，提升核电工程项目本质安全水平。