柔性视频检查技术在EPR 机组蒸汽发生器二次侧视频检查中的应用

余桐，付东亮，王复晓

（苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

在压水堆核电站中，蒸汽发生器作为一二回路的边界设备，承担者将一回路核裂变产生的能量传递给二回路并加热形成蒸汽推动汽轮机发电的重要设备，类似于常规火电机组中的锅炉。在核电站运行期间，二回路系统中产生的腐蚀产物在蒸汽发生器二次侧形成沉积物，严重影响了蒸汽发生器传热管的安全，造成了传热管降质风险的增加。因此，需要定期对管板上表面的泥渣沉积物进行高压水清洗，并通过管板上表面视频检查判断其清洗效果。如果局部有大量的次硬质泥渣残留而得不到有效的清洗，则会进一步沉积成硬性泥渣。一旦形成，很难冲洗完全。因此，在压水堆核电机组的实际运行周期内，蒸汽发生器二次侧的水力清洗和视频检查往往作为每次换料大修期间的例行执行项实施，这也体现了此项工作的重要性。

1 传统检查技术

针对蒸汽发生器二次侧传统视频检查方式采用圆形内窥装置实现，手动操作实现对蒸汽发生器内部的检查。基于通用内窥装置的手动视频检查技术应用广泛，涉及工业制造检测、航天检修和民用核能检测，主要通过内窥镜探头对容器内部缺陷分布和形态的视频检查。手动视频检查设备通常由内窥检查系统，信号转换、字符叠加系统和视频录制系统等组成。

目前，由于手动视频检查设备具有便携性、简单易用性、稳定可靠性、经济性等特性，在国内蒸汽发生器二次侧视频清洁度视频检查领域得到了广泛应用。但由于检查设备受制于蒸汽发生器的结构，存在很大的局限性。另外，蒸汽发生器二次侧工作环境区域的放射性辐照剂量水平较高，手动视频检查需要作业人员长期在蒸汽发生器手孔处进行操作，产生较多的积累剂量，不满足核电厂对辐射防护最优化原则的要求，增加了职业安全风险。

2 柔性自动视频检查技术

与传统的手动视频检查技术相比，自动化检查是整个核电机组在役检查的趋势。因此，针对蒸汽发生器二次侧的检查需求，法国及美国先后开发了基于柔性视频检查带的蒸汽发生器二次侧自动化视频检查技术。此类自动化技术的通用原理，是通过能够在蒸汽发生器内壁上运动的小型爬行器作为平台搭载不同的功能模块，能够实现对外环廊和管间的检查。一般来说，完整的设备由爬行平台装置、头部功能模块、柔性视频检查带、线缆输送装置、控制系统等其他附件组成。

其中，对于蒸汽发生器二次侧的自动化视频检查技术来说，其关键的技术来自针对传热管间检查的柔性视频检查带。此类特殊内窥装置，要求能够在厚度满足进入传热管间的前提下，水平方向上具备足够的弯曲和柔韧性能，并在竖直方向上具备较高的强度和韧性，使其能够在传热管间的约束条件下深入长度达到3 米时，而不会出现扭曲变形的现象。目前，国内尚无此类成熟技术产品，国外也仅有两到三家公司能提供满足条件的柔性视频检查探头。

自动化视频检查装置的应用可以有效地避免手动检查方式带来的人员劳动强度大、接受环境辐射剂量高的缺点。实际使用中，操作人员仅需要花费不足15 分钟将设备按步骤安装至蒸汽发生器内部筒壁上，随后即可将控制电缆引出至低环境剂量区域，通过遥控操作的方式实施检查与记录。

3 EPR 机组蒸汽发生器现场应用

EPR 机组作为三代压水堆，蒸汽发生器型号为79/19 型，其内部传热管为了增加换热效率将排分方式更改为三角形，管间可用距仅为4.72mm。而国内应用较广的M310 堆形的传热管排列分布为正方形分布，管壁间距约为8.42mm。相比M310 堆型，EPR 机组传热管的管间距小且密集，检查难度更大。

台山EPR 机组于2019 年年初开展了首次在役期间的T100 小修工作，由于蒸汽发生器的视频检查项目是关键路径工作，因此，采用了两台蒸汽发生器同时检测的策略，由于仅有一套自动化视频检查设备，因此采用了手动和自动检查同时实施的方案，这也给两种方法的直接对比创造了良好的条件。手动视频检查方式依旧采用手动控制的导向板实现特定内窥镜探头在传热管间的进出检查。但由于EPR 堆型二次侧筒体和围板构造所限，检查工具在蒸发器内部移动和定位困难；另外，由于传热管管间距较小，手动管间检查只能使用特殊定制的φ3.9mm 口径内窥镜探头（常规探头，口径φ6.1mm），由于直径的缩小，探头整体的强度和韧性下降，工具操作难度较大。自动检查设备如上节所述。

按照检验规程和相关行业标准的要求，对于蒸汽发生器二次侧管板的视频检查主要的实施范围为外环廊、中心管廊，传热管间。外环廊区域的检查使用爬行器加外环廊检查头部模块完成。管间检查区域为传热管间可达区域，可使用爬行器管间检查头部模块。其中，仅传热管间检查为清洗后专项检查内容，同时也是最耗时的检查内容。

表1 T100 小修手动检查、自动检查方案对比

经过现场使用实际反馈，对于两种方法的各个性能指标与效果对比如表1 所示。

其中，4 台SG 现场检查实施时间与效率对比如表2 所示。

表2 T100 小修SG 二次侧视频检查实施时间记录

由于手动内窥镜检查与自动设备检查视频探头进入传热管间的方式有所不同，两种技术手段在获取的视频呈现具体形式上也有不同，手动内窥镜由于没有支撑，仅靠贴近管板前进；自动视频检查设备采用柔性检查带，悬空前进，俯视观察，可视角度较宽，对于异物和泥渣的分析判断更有利，但同时由于视角高度的原因，在靠近外环廊的传热管间，可能存在一定区域，检查效果较差，需要依靠外环廊检查作为补充。从图像质量上来看，自动化视频装置的成像清晰度是优于满足条件的手动内窥镜装置的，同时，通过录制视频分析来看，自动视频检查装置在驱动机构的作用下，能够更稳定地运动，从而在相同的帧率下获得更为稳定的视频图像。

4 结语

由于目前国内在建或待批复的核电机组均采用三代压水堆技术，其蒸汽发生器的普遍特点都是传热管三角形排布且窄管间距，与EPR 机组的情况较为类似，这也意味着传统的手动内窥镜检查方法将不再适用于未来的投产机组。同时，相比手动检查方式，基于柔性视频检查探头的自动化检查技术与方法在图像和人员安全等方面有着明显的优势，因此，在后续的发展中，随着国内此类技术的进一步成熟，人员经验的进一步增加，检查设备成本的进一步降低，蒸汽发生器的自动化视频检查技术将陆续广泛应用于各类核电机组中。