▲管道防腐作業(yè)機器人
“成功啦！成功啦！”看著這條直徑690毫米、長度45米的管道煥然一新，防腐工程師大大松了一口氣，揮揮拳頭不由得叫出聲來。
原來，由中國廣核集團下屬蘇州熱工研究院有限公司（簡稱“蘇州院”）、大亞灣核電運營管理有限責任公司（簡稱“大亞灣核電”）聯(lián)合自主研發(fā)的管道防腐作業(yè)機器人，在大亞灣核電站實現(xiàn)了首次應用。2021年5月1日，防腐工程師手持遙控器遠程操作，成功實施了海水管道內(nèi)壁自動化除銹、殘渣清理和噴涂修復工作。
經(jīng)機器人處理后的管道，無論在表面除銹還是鹽份去除上，都徹底而干凈，修復后的涂層均勻光亮，作業(yè)質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)人工方式。該項裝備與技術(shù)的成功應用，填補了國內(nèi)核電站管道防腐作業(yè)機器人領(lǐng)域的技術(shù)空白，國內(nèi)核電站自動化防腐作業(yè)開啟了新篇章。
▲機器人作業(yè)前后
瞄準痛點：“管道醫(yī)生”的實踐與思考
長期以來，國內(nèi)核電行業(yè)的管道作業(yè)方式比較傳統(tǒng)，普遍都是施工人員爬行進入狹窄的管道，開展高強度的打磨除銹與涂裝修復工作，耗時長、難度高、風險大。
“管道空間狹小，在里面待上一小會兒都會讓人感覺不大好受，幽暗濕熱的環(huán)境，凝固的空氣伴著些許海腥味兒，一趟下來渾身肯定是濕透了?！碧K州院研發(fā)負責人孫永亮介紹傳統(tǒng)作業(yè)方式時說道，“施工作業(yè)人員就更不用說了，或爬，或躺，或蜷縮蹲立，在這些姿勢下還要手持磨機進行打磨，火花四濺，粉塵彌漫，伸手不見五指，立體環(huán)繞雙聲道噪音更是時時刻刻縈繞耳旁，仿佛在跟你說：加油兄弟，再堅持個把小時，你就能出去歇歇腳了！”
不僅在高風險的作業(yè)環(huán)境下挑戰(zhàn)施工人員身心極限，傳統(tǒng)作業(yè)方式還面臨著管道表面鹽份無法徹底去除，導致修復后的涂層產(chǎn)生滲透壓鼓泡，管道壽期內(nèi)需要頻繁維修，成本耗費過高。
“修修補補又一輪，這個大修又得縫幾塊補丁上去了。”這是機組大修前防腐工程師們經(jīng)常吐槽的一句話。事實也的確如此，經(jīng)過一輪接一輪的大修洗禮，管道內(nèi)壁早已是形態(tài)各異的補丁。
▲防腐工程師“躺”在海水管道中進行作業(yè)
有沒有更好的辦法呢？蘇州院和大亞灣核電組建以黨員為核心骨干的聯(lián)合研發(fā)團隊，瞄準痛點，決心嘗試做一些改變。
創(chuàng)新智造: 機器人“超級馬里奧”上線
如何既能降低風險又能提升維修質(zhì)量？研發(fā)團隊在這個問題上絞盡腦汁。“我們通過開展國內(nèi)外廣泛調(diào)研，技術(shù)路線多次研討與思想碰撞，最終確定了自動化裝備研發(fā)的整體方向，選擇高壓水射流替代傳統(tǒng)磨機打磨，選擇自動無氣噴涂替代人工刷涂?！?/font>
說干就干，研發(fā)團隊于2019年初正式啟動了研發(fā)工作。
研發(fā)遇到的第一個關(guān)鍵問題就是：高壓水射流的水壓、流量、靶距等各項參數(shù)如何設(shè)置才能達到最優(yōu)效果呢？所謂高壓水射流，就是把自來水通過柱塞泵加壓到壓力2000bar以上，水就會以高速的射流狀態(tài)從噴槍中噴出，噴出來的水就叫高壓水射流。研發(fā)團隊不斷摸索嘗試，同時還對水射流表面處理后閃銹對涂層附著力影響，進行測試評價。
“在研發(fā)過程中，我們一次次嘗試、一次次推翻、一次次重來，任何一個小小的細節(jié)考慮不到位，都有可能導致試驗失敗?！睆母邏簾o氣噴涂噴幅搭接寬度、轉(zhuǎn)速與行進速度協(xié)同的理論計算到試驗驗證，從機器人本體、除銹模塊、噴涂模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計、負載計算和通過性分析，再到模擬臺架離線測試……研發(fā)團隊在“數(shù)不清多少次的失敗、調(diào)整、改進”中，逐漸找到一個個問題的解決方案。
▲團隊為研發(fā)工作搭建的1:1尺寸的試驗管道
“除銹效果看著還不錯，噴涂功能的實現(xiàn)看來問題也不大，可是到了現(xiàn)場除銹結(jié)束后，一大堆漆皮銹渣堆在管道里面，沒法開展噴涂?！贝髞啚澈穗姼呒壒こ處煱讟s國的一句話點破了研發(fā)工作存在的漏洞，“我們還需要再設(shè)計一套殘渣清理的功能模塊，才能實現(xiàn)全工藝鏈條上的自動化，機器人的研發(fā)也才能算大功告成”。
為了解決這個漏洞，研發(fā)團隊又開展了排渣功能模塊的設(shè)計開發(fā)工作。
2020年11月，一款集成除銹、排渣與噴涂修復功能的管道防腐作業(yè)機器人成套裝置研制完成。經(jīng)過機器人成套裝置在1:1尺寸模擬管道上的測試驗證，效果良好，實現(xiàn)了預期研發(fā)目標。
“機器人擁有穩(wěn)固、靈活的三足，可自行適應管道內(nèi)徑并做前進、后退、轉(zhuǎn)彎等動作。”孫永亮表示，機器人依次搭載配套設(shè)計的除銹模組、排渣模組和噴涂模組，可實現(xiàn)管道內(nèi)壁全工藝流程自動化作業(yè)，高質(zhì)量完成工程師交辦的防腐作業(yè)任務。
▲機器人通過離線試驗驗證實現(xiàn)研發(fā)目標
啃硬骨頭: 工程應用是檢驗研發(fā)成效的試金石
“研發(fā)測試效果不錯，2021年4月份大亞灣核電機組十年大修，正好有難得的解體窗口，咱們研制的這套裝置能不能直接用上去？”
這可是一塊“硬骨頭”。試驗測試和工作現(xiàn)場的條件存在著較大差異，這個讓研發(fā)團隊一下子心里沒了底。例如，“試驗測試管道只有5米，而核電站管道單根接近10倍長度；試驗場地空曠無物，而真實的工作現(xiàn)場在負6米的地下管廊；試驗測試的時候，用水用電取水排水都非常方便，可是現(xiàn)場卻有各項條件制約?！?/font>
更重要的是，現(xiàn)場這條管道是核安全相關(guān)設(shè)備，承擔著為機組排出熱量的重任，檢修工作不容有失。這項工作做得下來么？這成了研發(fā)團隊心中的疑問。
研發(fā)團隊進行了現(xiàn)場查勘、技術(shù)分析與方案論證，“咱們當初研發(fā)裝備的初心不就是為了解決工程問題嘛，這家伙可不能被供起來”，雖然心中有擔憂，但他們還是決定去啃這塊硬骨頭，“推向工程應用才是最終檢驗研發(fā)成效的試金石”。
▲研發(fā)團隊查勘現(xiàn)場，組織技術(shù)研討
經(jīng)過充分備戰(zhàn)，研發(fā)團隊最終成功完成大亞灣核電站指定海水管道的機器人自動化防腐作業(yè)。
它的優(yōu)勢有很多，“基于高壓水射流技術(shù)的除銹模組的集成，巧妙解決了傳統(tǒng)工藝難以避免的涂層鼓泡問題；高壓無氣噴涂模組的集成，相比較傳統(tǒng)人工刷涂在顯著提高作業(yè)效率的同時提升了涂層修復質(zhì)量”。最重要的是，機器人代替人進入管道，規(guī)避了傳統(tǒng)作業(yè)方式帶來的安全風險，顯著提升了本質(zhì)安全水平。
孫永亮介紹，“該項技術(shù)在核電及其非核行業(yè)有著巨大的應用前景，在國家大力倡導科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級的背景下，機器人輔助甚至替代人開展防腐作業(yè)，是大勢所趨?！?/font>
目前，研發(fā)團隊在機器人輕量化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、檢測功能集成方面啟動了新一輪的研發(fā)工作，為行業(yè)痛點尋求更優(yōu)解決方案而不懈努力。
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