2016年年底,核动力运行研究所承担的AP1000全球首堆——三门核电1号机组首次役前检查工作圆满完成,意味着AP1000全球首堆向投入生产运营迈出了关键一步,标志着我国立足自主创新全面掌握了第三代核电在役检查等运维技术。
每一次成功都经历了破茧而出的挣扎,AP1000全球首堆首次役前检查也不例外。AP1000核电站采用的是我国引进的第三代核电技术,在堆型设计上有诸多革新,这决定了对其关键设备的检查急需开发多项新的在役检查技术。但在西屋电气向中方转让的AP1000技术转让包中只包含了部分检查技术内容,且对技转有着严格的要求。
对核动力运行研究所来说,“首堆”、“首次”,意味着肩负起国际三代核电在役检查技术在我国国产化的责任,以及中核集团、核电业主的重托,更意味着要在未知中披荆斩棘。从路线抉择中的深谋远虑到技术研发中的刻苦攻坚,从能力验证中的精益求精到现场实施中的万绪千头,核动力运行研究所以近30年核电站在役检查工作的技术和经验积累为基础,先后研发了蒸汽发生器水室与主泵连接焊缝检查等十几项关键技术,整体达到了国际先进水平,部分达到国际领先水平。
十字路口,自主研发的抉择
全球首堆的新堆型、新模式、新系统和新技术决定了核动力运行研究所要面临诸多未知困难。刚启程,该所就面临着十字路口的抉择。
选择接收引进的AP1000核电运维技术转让包,对于核动力运行研究所来说最稳妥,风险最小。但在当时,要顺利接收引进技术并不容易。首先是技转包当时尚不具备转让条件,且工程时间紧迫,进度倒逼,如果役前检查拖延则会影响到整个工程进度。其次,技术转让条件苛刻,受知识产权所限,今后的技术研究、技术成果应用和设备供货等都将受制于人。再次,购买AP1000核电运维技术转让包价格十分昂贵。
这种情况下,走全面自主研发之路,掌握具有自主知识产权的核电在役检查技术,就成为核动力运行研究所几经论证下的必然选择。然而,选择这条路,就意味着责任、风险,且毫无退路。
AP1000堆型关键设备的独特性使得首次役前检查需要配套新技术和新设备。如蒸汽发生器水室与主泵壳体直接由焊缝相连取代常见的管道连接,使得无损检验只能从内表面实施;反应堆压力容器安注管,喇叭状变径结构取代通径结构,常规的接触式超声检验方法无法达到检查要求……全新的技术开发需求不胜枚举,且在国际上尚无实施先例。与此同时,在时间进度上,留给技术准备的时间也不多,实际应用上必须达到一次性成功。
“下决心自主研发!与其被动接受和依赖,不如迎难而上!”经过反复考量与研讨,该所所长冯贤春为首次役前检查实施路线定了调。
这种决心绝不是一时冲动喊出的口号,而是源于核动力运行研究所一贯攻坚克难的传统。这种底气来自该所近30年在核电运维领域技术创新积累丰硕成果的骄人战绩。从上世纪90年代引进技术到消化吸收,到今天不断推出自己的原创技术和设备,自主创新已成为核动力运行研究所发展的最大动力和支撑。这种底气来自该所已经具备了国内现役所有堆型的在役检查能力的超凡实力。该所积累了丰富的工程实践经验,在核动力在役检查领域已处于国际先进、国内领先地位。这种底气来自于自身的优秀团队,他们擅长以技术创新提升核心竞争力,在长期的现场实施中积累了丰富的经验。
“只有具备原始创新能力,我们才可能摆脱‘人有我无’的追赶姿态,进而达到‘人有我优’的领跑境界。”冯贤春对技术创新之路如是解释。
在国家核能开发项目和中核集团自主研发项目支持下,核动力运行研究所把自主开发AP1000在役检查技术的研究重担压在肩上。全球范围内无任何先例可供参考,自己创新开发;经费存在缺口,自筹补足;新技术研发耗时费力,迅速抽调精兵强将组成研发团队。一场融汇机械、控制、计算机和电子信息等多个学科的研发攻关战役就此打响。
研发,99%的失败中寻找1%的成功
进入研发阶段,责任与压力变得具体化。狭窄检查部位的可达性,各种缺陷的全面检测能力,显示记录的精确定性,缺陷的准确定位和定量,设备检测系统的高可靠性……诸多技术难点急需研发团队逐一攻关。
在AP1000蒸汽发生器水室与主泵连接焊缝检查方面,针对复杂的空间环境及严苛的安全要求,项目团队经历了诸多尝试。方案不断完善优化,模型多次升级直至确定,工厂来去往返最终定型。运载平台、多轴机械手、伞状结构……一个个研发成果背后都蕴含着技术人员灵动的思路,也促使一个个具备完全自主知识产权的原创产品诞生。
在反应堆压力容器安注管焊缝检查技术研制中,在最小内径仅100.6毫米的狭小空间里,需设计一套同时满足安注管安全端焊缝、安注管接管焊缝和安注管内圆角区的检查工具,难度之大可想而知。经历多次挫折之后,研发团队果断放弃最常用的尾部伸缩支腿结构,采用弹性材料代替原有的伸缩缸,同时巧妙利用自推结构,一举解决了设备推进过程中的卡死和碰撞现象。
这样的例子不胜枚举,每一项背后都有一段生动感人的故事。
“搞研发就是要在99%失败中寻找到那1%成功的机会!”这是研发技术人员的感悟,也是研发过程的真实写照。雄厚的技术实力为支撑,坚韧的意志作驱动,总结、整合、推新,集无损检验技术之大成,孕育出反应堆压力容器进出水接管焊缝检查、一体化顶盖自动化检查等十几项具有完全自主知识产权的研发成果,其中5项是为AP1000机组开发的专用检查和维修技术,6项为在M310机组检查技术基础上创新的先进技术,申报专利20余项,软件著作权4项,专有名称2项。
2012年11月30日,国家能源局组织对“AP1000核电在役检查与维修关键技术研究”项目进行了为期一周的全面测试和技术鉴定,认为项目研究成果整体达到国际先进水平,其中4项原创技术达到国际领先水平。
能力验证,用事实说话
新技术的出炉固然令人振奋,但是按照ASME(美国机械工程师协会)规范要求,“技术是否可行,设备是否可靠,人员是否具备检验资质”还必须通过技术能力验证来判断。
对AP1000堆型无损检验技术进行能力验证,是国家核安全局组织开展的具有重大意义的能力验证。能力验证方案在三门核电厂设计规范的能力验证相关要求基础上,结合了“欧洲检验和能力验证联盟”能力验证体系的要求,相对于其他堆型的能力验证要求,无论是从内容上,还是难度上都更加严格。
从2012年6月到2016年7月,AP1000在役检查技术能力验证共52项验证子项目,分为4个阶段分别进行验证。验证项目多、周期长、涉及面广。核动力运行研究所按照“严于标准、高于标准”的要求自我加压,文件准备、试块设计、技术开发、设备研制、方法试验依次展开。对于疑问,从不放过;对于难题,集思广益。
艰苦准备换来了令人欣慰的成绩,反应堆压力容器进出水接管与安全端连接焊缝超声检验、奥氏体不锈钢管道焊缝超声检验、蒸发器传热管涡流检验......一个个能力验证项目陆续顺利完成。成绩背后,是核动力运行研究所对于检查规范无数次的深入研磨,是对国家核安全局严格要求的认真执行,是对能力验证实施过程中每一个难题的创造性解决。这正是核动力运行研究所多年来在大项目、急任务中练就的定力。
在不断超越自我的追求中,从2012年能力验证工作启动,到2016年11月21日全部完成,核动力运行研究所成为首家全面完成AP1000堆型核电无损检验技术能力验证的单位,具备了全面实施AP1000堆型核电无损检验的能力和资质,成为AP1000堆型核电无损检验技术服务的引领者。
现场实施,完美收官
随着三门1号机组首次役前检查现场实施的启动,核动力运行研究所自主研发的AP1000在役检查技术真正迎来了工程实践的考验,一时间吸引了国内外诸多关注。
传热管涡流检查首战告捷!
三门1号机组蒸汽发生器传热管涡流检查的正式开始是AP1000全球首堆首次役前检查现场实施的前奏曲,意味着AP1000全球首堆首次役前检查正式进入“核动力运行研究所时间”。
“工作过程中遇到任何困难都请告诉我们,我们会全力帮助和配合你们。”三门核电业主的协调配合为现场检查工作实施创造了良好条件。“开始采集远端数据”、“数据质量合格,数据存储完毕”、“在线数据分析完成”,自主研制的关键设备、自主开发的涡流数据采集和分析软件表现优异,成为首战告捷的最大功臣。
主系统管道自动超声波检查连战连胜!
AP1000管道自动超声检查分四个阶段进行,受检管道规格十余种,通用自动管道设备规格8种,1:1专用管道设备规格10种,是核动力运行研究所目前为止数量最庞大的自动超声波检查项目。
庞大并不意味着杂乱,依靠丰富多样的自研AUMA系列扫查器、精细明确的人员分工、详细规整的工作记录、时刻警惕的安全理念,管道自动超声波检查在工期紧张、高空作业、密闭空间等不利条件下连战连捷。
蒸汽发生器与主泵连接焊缝检查一次成功!
2016年6月22日,全球首次AP1000蒸汽发生器与主泵连接焊缝内部超声检查正式开始。自主研发的超声自动检测系统从人孔安装进入,在水室调整状态展开,最后在主泵进水口就位,开始自动扫查。同时,三维运动仿真系统对扫查装置与核设备的磕碰风险进行识别,并根据运载路径的空间限制对扫查装置的状态进行调整,实现了在AP1000主泵壳体及蒸发器水室内部特殊结构及恶劣环境下的自动检查。蒸汽发生器SG1B-冷端与主泵连接焊缝超声检查完成,标志着三门1号机组蒸发器与主泵连接焊缝役前检查圆满完成。
反应堆压力容器检查震撼登场!
2016年12月13日,三门1号机组反应堆压力容器检查正式开始。这是反应堆压力容器自动检查系统REAS的表演舞台,升降起落、百转千回,像“千手观音”一样,REAS通过变换末端扫查器,实现筒体环焊缝、进出水接管焊缝、安注管焊缝、安注管内圆角区自动化检查。项目团队控制组、机械组、采集组等默契配合,各个步骤环环相扣,合力呈现了一场完美演出。
“表演”完美谢幕,也标志着核动力运行研究所实施的三门1号机组役前检查工作全部结束。整个役前检查全面涵盖了包括非能动系统在内的所有核岛主设备,核一、二、三级部件及其支承件,安全壳等全部项目。检查堆内构件部件4388个、管道焊缝703条、液体渗透检查部件1015个、目视检查部件489个、射线检查焊缝63条……巨大的工作量背后是核动力运行研究所对技术服务的精益求精与持之以恒。检查结果得到三门核电业主及国家核安全局一致认可,为三门1号机组获取装料许可走出了关键一步。(郑会燕)