中国广核集团核电站在役检查技术研发中心2024年度在智能检测装备研发、无损检测理论研究及检测技术开发、无损检测仪器研发等方面开展了多项工作。
具体来说，研发中心在CPR1000机组ASME规范在役检查技术及装备开发、稳压器Co60源高剂量射线检查装备开发、高性能超声检测仪器开发、气动给水泵转子轮槽相控阵检测技术研发、燃料组件四面检查装备开发等项目的研发工作中取得了良好进展。
1 CPR1000机组ASME规范在役检查技术及装备开发 国家核安全局于2023年1月发布的《核电厂反应堆冷却剂系统定期水压试验与在役检查策略技术见解》规定，如核电厂申请不执行一回路水压试验，为确保无损检验有效性，反应堆冷却剂系统部件（核安全一级）及其支撑的在役检查策略应按照ASME规范XI卷规定执行。 为满足核电厂上述ASME规范在役检查需求，研发团队开展ASME规范在役检查技术及装备研发。过程中突破了一批关键核心技术，研发多自由度自适应探头耦合机构、三维复杂轨迹扫查算法，实现RPV（反应堆压力容器）接管与筒体焊缝、接管内圆角区等复杂结构检查能力；开发系列化、多规格自动、半自动管道检查设备，降低人员集体剂量，减少现场检测不可达比例；突破了RPV主螺栓螺旋式扫查技术，检查时间比以往缩短50%，极大提升了检测效率；开发适应于压力容器检查机的12小时水下标定技术，实现设备不出水标定，提升整体检测效率。 项目能力过程中，共申请11项发明专利，3项PCT专利，形成了具有自主知识产权的CPR1000机组ASME规范全范围在役检查能力，并顺利通过国家核监管当局的能力验证考核。图1所示为基于ASME规范的RPV在役检查装备现场应用。 图1 基于ASME规范的RPV在役检查装备现场应用 此项目成果已在H208、Y207等多机组大修应用，为中广核集团内首次自主实施ASME规范在役检查，反应堆压力容器检测技术与装备在H208大修创184小时国内同类机组最短记录，规范切换各项工作节约整体大修工期87小时，助力电厂实现十年大修39.93天的最优工期。
2 稳压器Co60源高剂量射线检查装备开发 稳压器独特的设计结构及厚壁尺寸对射线检验放射源的选择提出了较高的技术要求，通常采用危险系数高、辐射穿透能力强、安全管控难度大的Co60放射源执行。 该检验是整个核岛在役检查活动中唯一使用Co60放射源的无损检测项目，由于Co60放射源本身具备的危险系数高、操作难度大等不利因素，加上稳压器开孔作业，涉及防异物一级高风险、高沾污作业风险，使得稳压器Co60射线探伤成为核电站大修高风险作业项。 研发中心人员针对以上技术难点，对射线检查设备进行全方位改进及优化升级，设备安装引入可视化技术手段，降低放射源卡涩风险，提升放射源异常事件处理能力；精简工具架设计结构，优化定位方式，使结构简单化、轻量化、模块化，提升操作便捷性，大幅度降低了异物掉落风险；工作过程增加视频监控、激光定位功能，提升设备可靠性，提高检验成功率；该装备设计结构具有通用性、推广性，可应用在其他堆型机组检验方法中。 项目组完成了华龙一号机组新型稳压器Co60射线检验装备开发并在F301大修成功应用，总质量优化60%以上，安装时间单次节省2小时以上，降低集体剂量单次预计1050 μSv/人，易松动部件由228个减至48个，优化比例接近80%，大幅降低了防异物风险。 目前该装备已在防城港F301大修及惠州一二号机役前检查稳压器射线检验成功应用，验证了完整役前/在役检查稳压器厚壁焊缝Co源射线检查能力。图2所示为稳压器Co60源高剂量射线检查装备的现场应用。 图2 稳压器Co60源高剂量射线检查装备现场应用
3 高性能超声检测仪器开发 核电在役检查高性能超声检测仪器和软件长期依赖进口，尚未实现自主化，当前大量超声数据只能通过国外供货软件打开，无法确保数据安全性，缺乏大数据背景下的数据重建、管理与智能化分析的能力。 进口超声仪器及软件价格昂贵且不具备自主维修和升级能力，维护与升级成本也会逐年增高；随着机组逐年增多，对高性能核用超声仪与分析软件需求也急剧增加，自主化可为成本控制提供支撑。 研发团队开发涵盖多通道超声仪器硬件、超声数据采集和分析软件、满足核电关键部件需求、功能丰富且性能指标不低于国外进口设备的高性能超声检测仪，如图3所示，实现了高性能核用超声仪器及软件的自主化。 图3 自研高性能超声检测仪实物 研发过程中相继解决了超声仪整体架构设计、信噪比提升、抗电磁干扰、高速数据处理等一系列难题，最终实现了高性能超声仪自主化。高性能核用超声仪采用级联自组网方式实现16通道并行超声检测，采用板级噪声抑制技术+软件算法优化，提升了信号质量。 多通道超声板卡可设置带宽，能够克服市面上常规商业级多通道超声板卡存在的频率分辨率不足、本底噪声过大等问题，并可实现真正意义的多通道并行检测，检测速度较常规8通道串行激励同类产品快约4倍，有效提高检测效率。 目前，超声检测仪性能指标已通过省级以上计量院测试认证，超声仪整机通过权威机构可靠性测试，全系统已完成模拟体测试验证及现场条件下的功能适应性测试，具备工程应用推广条件。
4 气动给水泵转子轮槽相控阵检测技术研发 国内核电站更换气动给水泵转子过程中，拆除叶片检修发现轮槽表面多处裂纹，影响核电运行安全。由于核电站暂无相关叶片拆装经验，拆除叶片检查转子轮槽势必增加大修工期，同时反复拆装叶片会造成转子各部件表面及其配合精度二次损伤，为实现转子轮槽原位检查，研发团队开展给水泵转子轮槽相控阵检测技术研发。 研发团队通过3D建模、工艺仿真以及扫查架设计开发，成功开发转子轮槽相控阵检测技术。该技术工艺缺陷检测灵敏度可达0.5 mm，分辨率达5 mm，检测结果与国外厂家高度吻合，且能给出第一齿尖裂纹深度。 该技术工艺搭配定制扫查器，具有高效、可记录、可视化等优点，检测工期由48小时缩短至12小时，且可节约聘请国外人员的成本。其已成功应用于集团核电厂大修中，如图4所示，技术工艺可推广至拥有类似结构转子的核电、火电机组的检测中。 图4 气动给水泵转子轮槽相控阵现场检测
5 燃料组件四面检查设备开发 核电站燃料组件卸料期间的外观检查是确保核电运营安全、评价燃料组件寿命以及降低运维成本的关键环节。传统外观检查技术主要依赖进口设备与技术，不仅成本高昂，且供货周期长。 为打破国外技术垄断，提高设备国产化率，集团研发中心相关单位联合攻关，研发出高可靠性、高清晰度并能长期稳定工作的自主化燃料组件卸料同步四面检查系统，如图5所示。 图5 燃料组件四面检查设备应用现场 研发团队通过自主设计、集成，实现系统从硬件、软件到控制平台的全流程化，不仅减少了对国外供应商的依赖，且有效降低了设备采购及后期运维成本。 该系统创新性地实现了燃料组件在卸料期间的四面同步高清可视化检查，利用多角度摄像头及光照系统对燃料组件全方位成像。 系统采用定制化的抗辐照元器件与防护材料，在高辐照环境下仍能保障画面清晰稳定且可实现连续工作，且在卸料过程中不需额外增加操作时间，有效提高了检修效率。 该系统在Y306大修中成功应用，设备连续稳定工作时间超30小时，有效降低卸料期间燃料组件外观检查时间，实现对卸料进度零影响，满足电厂对检查系统可靠性及清晰度的要求。核燃料检测关键设备的自主化替代减少了对外部技术依赖，未来可推广应用于各核电现场。
结语 2024年，中国广核集团核电站在役检查技术研发中心针对核电现场实际需求，在核电站关键设备智能检测技术、装备、仪器方面取得了一系列成果，并在核电站实现推广应用。 未来，研发中心将继续聚焦核电站生产运营重点、难点问题，重点围绕先进无损检测技术、智能检测系统装备、无损检测仪器传感器、无损检测数字化等方面开展研发工作，搭建核电站在役检查技术研发、交流平台，与各界同仁精诚合作、加强交流，共同保障核电站系统设备的安全可靠运行。
作者：陈怀东，雷屹坤，黄春明，林戈
工作单位：中国广核集团核电站在役检查技术研发中心
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