Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС
Существует множество случаев выхода из строя деталей узлов или целых систем из-за несвоевременного выявления их отказа. Показана возможность сложных решений ремонта в критических для безопасности случаев, в том числе труднодоступных зонах промышленных установок в России. Речь идет о комплексных авто...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101238 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС / Р. Розерт, А.В. Шутиков, М.Е. Федосовский, Е.И. Лукин, М.В. Карасев // Автоматическая сварка. — 2012. — № 7 (711). — С. 35-39. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860062183502643200 |
|---|---|
| author | Розерт, Р. Шутиков, А.В. Федосовский, М.Е. Лукин, Е.И. Карасев, М.В. |
| author_facet | Розерт, Р. Шутиков, А.В. Федосовский, М.Е. Лукин, Е.И. Карасев, М.В. |
| citation_txt | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС / Р. Розерт, А.В. Шутиков, М.Е. Федосовский, Е.И. Лукин, М.В. Карасев // Автоматическая сварка. — 2012. — № 7 (711). — С. 35-39. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Существует множество случаев выхода из строя деталей узлов или целых систем из-за несвоевременного выявления их отказа. Показана возможность сложных решений ремонта в критических для безопасности случаев, в том числе труднодоступных зонах промышленных установок в России. Речь идет о комплексных автоматизированных и частично дистанционно управляемых системах, изготовленных в России и применяемых в газовой промышленности и энергетике.
There exists a multitude of cases of breakdown of parts of components or complete systems because of untimely detection of their failure. Shown is the possibility of complex repair solutions in safety-critical cases, including difficult-of-access zones of industrial plants in Russia. These are complex automated and partially remotely controlled systems made in Russia and applied in the field of gas and power engineering.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:05:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.019:620.192.7
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА
ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И РЕМОНТА ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКИ
РЕАКТОРА БИЛИБИНСКОЙ АЭС
Р. РОЗЕРТ, канд. техн. наук (г. Альтлайнинген, Германия),
А. В. ШУТИКОВ, М. Е. ФЕДОСОВСКИЙ, канд. техн. наук, Е. И. ЛУКИН, М. В. КАРАСЕВ, д-р техн. наук
(НПФ «Инженерный и технологический сервис», г. С.-Петербург, РФ)
Существует множество случаев выхода из строя деталей узлов или целых систем из-за несвоевременного выявления
их отказа. Показана возможность сложных решений ремонта в критических для безопасности случаев, в том числе
труднодоступных зонах промышленных установок в России. Речь идет о комплексных автоматизированных и
частично дистанционно управляемых системах, изготовленных в России и применяемых в газовой промышленности
и энергетике.
К л ю ч е в ы е с л о в а : восстановление с помощью сварки и
наплавки, газовая промышленность и энергетика, диагнос-
тика объектов, универсальные роботизированные комп-
лексы
Существует множество случаев выхода из строя
деталей, узлов и целых систем из-за несвоевре-
менного обнаружения или затрудненного доступа
к источникам повреждения. Восстановить объект
может помочь система, позволяющая провести ди-
агностику возможных слабых мест и обеспечить
замену или ремонт дефектного узла. К трудно-
доступным объектам часто относят трубчатые
конструкции или сосуды. Доступ может быть зат-
рудненным или невозможным при опасных дозах
излучения, высоких температурах или наличии
ядовитых газов. В последние годы для таких
условий разработаны автоматизированные и ро-
ботизированные диагностические системы, обс-
луживаемые человеком с помощью соответству-
ющего дистанционного управления и исключа-
ющие угрозу его здоровью.
Системы диагностики для газовой промыш-
ленности и энергетики. В этих отраслях перс-
пективно применение сложных технических ро-
ботизированных систем, характеризующихся сле-
дующими возможностями: перемещением на лю-
бой поверхности, в том числе в принудительном
положении и в тесном пространстве; использова-
нием для диагностики любых систем измерения;
установкой инструмента для проведения ремонта,
в частности, для очистки и сварки; проведением
монтажных работ; проведением работ в условиях
повышенной температуры и излучения.
Эти новые дистанционно управляемые систе-
мы все больше применяются для диагностики и
ремонта в труднодоступных и критических с точ-
ки зрения безопасности местах. При этом для
различных случаев разработаны разные системы.
Для диагностики технического состояния внут-
ренних поверхностей трубопровода насосных и
компрессорных станций уже существуют комп-
лексные дистанционно управляемые системы. Как
правило, на таких станциях есть прямые и изог-
нутые во многих плоскостях трубы.
На рис. 1 показан робот, способный гибко пе-
ремещаться внутри сети труб как в горизонталь-
ном, так и вертикальном направлении. С помощью
установленных под углом 120° гусеничных лент,
которые могут перемещаться по высоте относи-
тельно друг друга, этим роботом можно контро-
лировать трубопроводы с номинальным внутрен-
ним диаметром от 700 до 1400 мм. Максимальная
зона перемещения 500 м.
© Р. Розерт, А. В. Шутиков, М. Е. Федосовский, Е. И. Лукин, М. В. Карасев, 2012
Рис. 1. Диагностический робот с электромагнитно-акустичес-
ким сенсором
7/2012 35
Благодаря различным взрывобезопасным сис-
темам измерения, установленным на роботе, мож-
но получить информацию о состоянии внутренней
поверхности трубы, положении и виде сварных
швов на основании визуального контроля; воз-
можных подрезов, внутренних дефектах, а также
трещинах и загрязнениях вследствие ультразву-
кового контроля; коррозии поверхности и изме-
рении толщины стенки или глубины эрозии; дан-
ных технического состояния системы труб с
целью определения необходимости ремонта или
замены участков труб.
С помощью этой системы в 2004–2010 гг. было
обследовано 130 км труб и трубных решеток. В
результате выявлено и отремонтировано более 500
различных опасных дефектных мест. Каждый из
них мог привести к взрыву газа. Перечень работ
за период 2008–2010 гг., проведенных с помощью
взрывобезопасной системы, представлен в таб-
лице.
В Санкт-Петербурге организовано обучение
работе с этой системой на опытном стенде со
встроенными трубами с различными дефектами,
на котором прослеживаются особенности работы
системы в реальных условиях (рис. 2).
На рис. 3 приведены встречающиеся на прак-
тике дефекты труб. Предусмотрено усовершенс-
твование автоматической диагностической систе-
мы таким образом, чтобы на длине до 1000 км
достичь производительности минимум 80 пог.
м/ч, получая при этом изображение в формате
3D.
Применение данной диагностической системы
позволяет значительно сэкономить средства по
сравнению с методом, когда пораженные участки
трубы вскрываются со всеми соответствующими
рабочими этапами. Опыт, накопленный при раз-
работке комплексной дистанционно управляемой
диагностической системы для газовой промыш-
ленности и энергетики, можно использовать при
разработке автоматизированных систем для диаг-
ностики и восстановления АЭС.
Разработка технологии диагностики и ре-
монта оборудования АЭС с использованием
сварки. В рамках предусмотренной ревизии ре-
актора № 1 на Билибинской АЭС (рис. 4) (Россия)
были обнаружены дефекты в так называемом био-
логическом защитном экране, заключенном во
внешнюю и внутреннюю стальную оболочку.
Поскольку речь идет о пространстве, крити-
ческом с точки зрения безопасности, труднодос-
тупном и угрожающем облучением, была разра-
ботана роботизированная технология, позволяю-
щая выполнять ремонтные работы на стальной
оболочке с внутренней стороны биологической
защиты. Мощность Билибинской АЭС (48 МВт)
— это наименьшая из работающих в мире АЭС
в зоне вечной мерзлоты. На ней установлено 4
кипящих графитовых канальных реактора [1].
Перечень работ за период с 2008 по 2010 г., выполненных
с помощью взрывобезопасной системы измерения
Перечень работ 2008 2009 2010
Количество обследованных компрессор-
ных станций
16 9 21
Длина обследованных труб, м 2411 1098 1593
Объем контроля:
визуальный и обмер сварных швов, шт.
ультразвуковой контроль всех труб, м
2411
23893
1098
21516
1593
25488
Обнаруженные дефекты, шт.
в сварном шве
в теле трубы
205
671
89
656
249
1466
Незамедлительно требуется ремонт тела
трубы
273 72 75
Рис. 2. Опытный стенд с искусственными и естественными
дефектами
Рис. 3. Виды дефектов: а — дефекты соединения в корне
сварного шва (труба D = 1000 мм, s = 16 мм); б — подобный
трещине дефект длиной 1,5…4,0 мм (труба D = 10000 мм, s =
= 14 мм)
Рис. 4. Внешний вид реактора № 1 Билибинской АЭС [2]
36 7/2012
Отключение реактора Билибино-1, введенного в
строй в 1974 г., запланировано на 2019 г. Внут-
ренняя оболочка биологической защиты выпол-
нена из нелегированной стали S 255 (Ст.3) тол-
щиной 20 мм. Была поставлена задача обследо-
вать внутреннюю стенку защитной емкости с точ-
ки зрения наличия дефектов, классифицировать
их и устранить. Процесс сварки в защитном газе
порошковой проволокой был выбран при выпол-
нении ремонта прежде всего потому, что этот спо-
соб легко поддается автоматизации. Отремонти-
рованные места должны были гарантировать гер-
метичность. В связи с необходимостью заваривать
дефектные места в вынужденных пространствен-
ных положениях использовали бесшовную рути-
ловую порошковую проволоку с быстрозатверде-
вающим шлаком.
Все применяемые системы, приборы и приса-
дочные материалы нуждались в допуске соответ-
ствующих органов атомной энергетики Российс-
кой Федерации. Перед началом ремонта про-
водилась всесторонняя подготовка. Ремонт вклю-
чал диагностику поверхности на предмет выяв-
ления возможных дефектов; определение вида де-
фектов; подготовку дефектных мест для последу-
ющей восстановительной наплавки; выполнение
наплавки.
Для предварительных опытов были созданы
натурные опытные стенды, позволяющие отра-
батывать отдельные этапы работы и определять
все необходимые параметры управления (рис. 5).
Для измерения толщины слоя поверхности ме-
талла стальной стенки, поврежденной коррозией,
применяли электромагнитно-акустический сен-
сор, функционирующий без контактной жидкос-
ти. Для визуального контроля использовали спе-
циальные хорошо освещенные камеры.
В рабочей зоне разработан специальный дис-
танционно управляемый робот (рис. 6), на котором
закреплен измерительный и рабочий инструмент.
Робот, состоящий примерно из 1000 отдельных де-
талей, может перемещаться вертикально и горизон-
тально, распознавать и преодолевать различные
препятствия, например, усиление в стенке.
Наиболее трудной оказалась задача обеспече-
ния подачи проволоки. Во-первых, порошковую
проволоку необходимо транспортировать на рас-
стояние до 20 м, а во-вторых, гарантировать ста-
бильное горение сварочной дуги. В отраслевом
институте атомной промышленности всего было
сварено и протестировано более 400 образцов.
В результате предложены следующие опти-
мальные параметры режима сварки: скорость по-
дачи проволоки 2,7…3,5 м/мин; сварочный ток
110…130 А; сварочное напряжение 21 В; ско-
рость сварки 4 см/мин; амплитуда колебания в
положении, когда вертикальный угловой шов сни-
зу вверх, 50 мм, в нижнем положении 20 мм; за-
щитный газ М21 (75 % Ar + 25 % CO2); усиление
шва 2…4 мм; производительность плавления
1,5…2,0 кг/ч.
В связи со специфическим для ведения про-
цесса сварки диаметром сварочным кабелем
(диаметр 16 мм2) дуга могла гореть только 1,5–
2 мин, после чего требовалось охлаждение. На
Рис. 5. Опытный стенд из стали S 223 толщиной 20 мм
Рис. 6. Внешний вид робота с электромагнитно-акустическим
сенсором (а), инструментом для абразивной зачистки (б) и
сварочной горелкой (в)
7/2012 37
рис. 7 схематически представлена рабочая ситу-
ация при ремонте стальной стенки наплавкой.
После подготовительных работ, касающихся в
основном последовательности проведения ремон-
та, систему впервые применили в Билибино. Вна-
чале исследовали внутреннюю стальную стенку.
Анализ обнаруженных дефектов показал опреде-
ленные отклонения от величин, указанных заказ-
чиком при постановке задачи ремонта. Установ-
лено, что вследствие коррозии откололись слои
толщиной до 5 мм вместо максимальных 2 мм.
Расстояние от биологического защитного экрана
до корпуса реактора всего 408 вместо 420 мм.
Высота ступеней между отдельными секциями
стальных пластин на внутренней стенке достигала
вместо 10 до 18 мм. Кроме того, в шлюзовой зоне
робота обнаружены не указанные в документации
трубочки для термопар. Все приведенные отличия
требовали обязательной адаптации используемой
техники. По этой причине дополнительно возник
показанный на рис. 6, б робот с инструментом
для абразивной зачистки. Скорость зачистки по-
верхности этой системой была значительно уве-
личена. Кроме того, после сварки появилась воз-
можность очистить поверхность от шлака и ос-
татков проволоки, приставших при зажигании,
что повышает герметичность наплавленных учас-
тков. При первой зачистке поверхности внутрен-
ней стенки биологической защиты (2,5 м2) сис-
тема выявила 21 дефект. Поскольку при любой
технологии диагностическая система без абразив-
ной зачистки не могла обнаружить десяти повер-
хностных дефектов, явно видно преимущество
усовершенствованной системы очистки. Трещи-
ны, обнаруженные в сварном шве между двумя
секциями внутренней стальной стенки (рис. 8),
можно устранить наплавкой. Поскольку после
первого слоя наплавки дефект не был полностью
устранен, то процесс следовало повторить. При
этом применили новую концепцию абразивной за-
чистки поверхности.
Поверхности пораженного участка после свар-
ки, представленного на рис. 9, были устранены с
помощью наплавки.
В октябре 2010 г. отдел концерна «РОСА-
ТОМ», ответственный за эксплуатацию установки
в Билибино, провел приемку ремонтных работ и
запустил реактор.
Выводы
1. Создана универсальная роботизированная сис-
тема небольших размеров, которая может пере-
мещаться в принудительном положении в замкну-
Рис. 7. Схема сварки на внутренней стенке биологического
защитного экрана: 1 — ремонтный робот; 2 — приспособле-
ние для равномерной подачи проволоки; 3, 6 — соответст-
венно внутренняя и внешняя стальная стенка; 4 — механизм
подачи проволоки; 5 — канал для подачи проволоки; 7 —
биологическая защита из бетона
Рис. 8. Внешний вид дефекта № 11 — сеть трещин в соеди-
нительном шве между двумя секциями (×2)
Рис. 9. Устраненные наплавкой дефекты на внутренней сталь-
ной оболочке (выделенный участок поверхности, где перева-
рена сеть трещин, показанная на рис. 8)
38 7/2012
том пространстве под воздействием радиоак- тив-
ного излучения. Эта система может применяться
для диагностики, измерения толщины стенки, ви-
зуального контроля, сварки или наплавки с целью
обеспечения герметичных соединений, выпол-
нения работ по зачистке поверхности от шлака,
коррозионных поврежедений или краски.
2. С помощью разработанной системы осущес-
твляется зачистка поверхности внутренней сталь-
ной стенки биологического защитного экрана пло-
щадью 2,5 м2. При этом выявлено 10 или более
трещин, которые можно подвергать ремонту.
3. Разработана технология исправления тре-
щин и герметизации поврежденных мест путем
одно- или многослойной наплавки.
4. Приобретенный при ремонте опыт послужит
основанием для дальнейших работ по обеспече-
нию безопасности Билибинской АЭС, а также
других АЭС концерна «РОСАТОМ».
1. http://atomas.ru/rosatom/safety-gp.html.
2. http://atomas.ru/rosatom/bilibino.html.
There exists a multitude of cases of breakdown of parts of components or complete systems because of untimely detection
of their failure. Shown is the possibility of complex repair solutions in safety-critical cases, including difficult-of-access
zones of industrial plants in Russia. These are complex automated and partially remotely controlled systems made in
Russia and applied in the field of gas and power engineering.
Поступила в редакцию 05.04.2012
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ
ДЛЯ ДИСПЕРСИОННОГО ЛОКАЛЬНОГО УКРЕПЛЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ
НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
Научно-исследовательская работа по указанной теме была завершена в
2011 г. в Институте электросварки им. Е. О. Патона (руководитель темы —
академик НАН Украины К. А. Ющенко).
Обоснован выбор перспективных износоустойчивых материалов для локаль-
ного укрепления контактных поверхностей лопаток. Изготовлены исследуемые
материалы на базе никелевых жаропрочных сплавов ЖСЗ2 и IN738, содержащие
30 об. % Ti (19 мас. %) в виде слитков и порошковых композиций, полученных
механическим легированием.
С помощью методов электроискрового нанесения покрытий, микроплазменной
наплавки и реакционно-диффузионной сварки испытана технология локального
нанесения материалов для укрепления контактных поверхностей лопаток.
Металлографические исследования полученных сплавов и образцов наплавлен-
ного металла из исследуемых износоустойчивых материалов указывают на рав-
номерное распределение упрочняющей карбидной фазы TiC в основной матрице,
имеющей размеры в пределах 0,2…30 мкм. Следует ожидать увеличения контак-
тной износоустойчивости новых материалов в 1,5…2 раза по сравнению с
серийными технологиями и материалами.
7/2012 39
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101238 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:05:22Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Розерт, Р. Шутиков, А.В. Федосовский, М.Е. Лукин, Е.И. Карасев, М.В. 2016-06-01T08:46:16Z 2016-06-01T08:46:16Z 2012 Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС / Р. Розерт, А.В. Шутиков, М.Е. Федосовский, Е.И. Лукин, М.В. Карасев // Автоматическая сварка. — 2012. — № 7 (711). — С. 35-39. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101238 621.791.019:620.192.7 Существует множество случаев выхода из строя деталей узлов или целых систем из-за несвоевременного выявления их отказа. Показана возможность сложных решений ремонта в критических для безопасности случаев, в том числе труднодоступных зонах промышленных установок в России. Речь идет о комплексных автоматизированных и частично дистанционно управляемых системах, изготовленных в России и применяемых в газовой промышленности и энергетике. There exists a multitude of cases of breakdown of parts of components or complete systems because of untimely detection of their failure. Shown is the possibility of complex repair solutions in safety-critical cases, including difficult-of-access zones of industrial plants in Russia. These are complex automated and partially remotely controlled systems made in Russia and applied in the field of gas and power engineering. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС Automated system for diagnostics and repair of reactor containment at Bilibin NPP Article published earlier |
| spellingShingle | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС Розерт, Р. Шутиков, А.В. Федосовский, М.Е. Лукин, Е.И. Карасев, М.В. Производственный раздел |
| title | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС |
| title_alt | Automated system for diagnostics and repair of reactor containment at Bilibin NPP |
| title_full | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС |
| title_fullStr | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС |
| title_full_unstemmed | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС |
| title_short | Автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора Билибинской АЭС |
| title_sort | автоматизированная система для диагностики и ремонта защитной оболочки реактора билибинской аэс |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101238 |
| work_keys_str_mv | AT rozertr avtomatizirovannaâsistemadlâdiagnostikiiremontazaŝitnoioboločkireaktorabilibinskoiaés AT šutikovav avtomatizirovannaâsistemadlâdiagnostikiiremontazaŝitnoioboločkireaktorabilibinskoiaés AT fedosovskiime avtomatizirovannaâsistemadlâdiagnostikiiremontazaŝitnoioboločkireaktorabilibinskoiaés AT lukinei avtomatizirovannaâsistemadlâdiagnostikiiremontazaŝitnoioboločkireaktorabilibinskoiaés AT karasevmv avtomatizirovannaâsistemadlâdiagnostikiiremontazaŝitnoioboločkireaktorabilibinskoiaés AT rozertr automatedsystemfordiagnosticsandrepairofreactorcontainmentatbilibinnpp AT šutikovav automatedsystemfordiagnosticsandrepairofreactorcontainmentatbilibinnpp AT fedosovskiime automatedsystemfordiagnosticsandrepairofreactorcontainmentatbilibinnpp AT lukinei automatedsystemfordiagnosticsandrepairofreactorcontainmentatbilibinnpp AT karasevmv automatedsystemfordiagnosticsandrepairofreactorcontainmentatbilibinnpp |