紅外熱像儀在核電調(diào)試安全管理中的創(chuàng)新應(yīng)用

姜二龍工程師 陳帥江工程師 趙 巖高級(jí)工程師 穆圣楠高級(jí)工程師

(1.中國核電工程有限公司華東分公司，浙江 嘉興 314000;2.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

調(diào)試是核電工程項(xiàng)目中跨建安、運(yùn)行的重要、關(guān)鍵階段，調(diào)試作業(yè)大多和土建、安裝及運(yùn)行處在交織狀態(tài)，安全風(fēng)險(xiǎn)高、作業(yè)環(huán)境惡劣，是人員受傷和設(shè)備損壞的高發(fā)期。巴基斯坦卡拉奇核電站K-2/K-3項(xiàng)目是中國自主三代核電“華龍一號(hào)”海外首堆工程，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)中巴員工眾多，工程高峰時(shí)期，中方員工達(dá)到5 000人，巴籍員工達(dá)到12 000人[1]；中方員工有來自國內(nèi)的核電承包商，也有其他行業(yè)民用建筑承包商，作業(yè)人員安全意識(shí)參差不齊，巴籍員工受教育程度普遍很低，作業(yè)人員安全意識(shí)淡薄[2]。調(diào)試作業(yè)期間系統(tǒng)和設(shè)備常常處于高溫高壓和連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，建安承包商需要在調(diào)試系統(tǒng)和設(shè)備上與周圍開展大量的消缺和尾項(xiàng)作業(yè)[3]，極易發(fā)生人員高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞事件。因此，如何全面精確地辨識(shí)高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞等安全風(fēng)險(xiǎn)，并將上述安全風(fēng)險(xiǎn)簡單明了地告知和展示給周圍作業(yè)人員，同時(shí)進(jìn)行有效管控，成為K-2/K-3項(xiàng)目迫切需要解決的安全管理難題?；诖?，本文利用手持式紅外熱像儀巡檢調(diào)試作業(yè)場(chǎng)所被測(cè)物體的熱圖像和溫度分布狀況，對(duì)高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞等安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，通過正確避讓高溫設(shè)備、設(shè)置安全警戒隔離、落實(shí)安全技術(shù)交底、減少在高溫環(huán)境中的暴露時(shí)間和穿戴高溫防燙防護(hù)用品等風(fēng)險(xiǎn)控制措施，以確保調(diào)試作業(yè)期間人員和設(shè)備的安全。

1 核電項(xiàng)目調(diào)試作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)管控現(xiàn)狀

調(diào)試作業(yè)是全面驗(yàn)證核電項(xiàng)目設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和安裝質(zhì)量，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備在高溫運(yùn)行時(shí)的可靠性進(jìn)行考驗(yàn)，暴露并消除缺陷的過程，此階段與土建和安裝作業(yè)深度交叉，安全風(fēng)險(xiǎn)存在如下特點(diǎn)：

(1)高溫燙傷風(fēng)險(xiǎn)：調(diào)試作業(yè)期間人員經(jīng)常在隔離邊界內(nèi)的設(shè)備和管道周圍開展作業(yè)，部分高溫設(shè)備和管道可能存在遺漏安裝保溫材料、依據(jù)設(shè)計(jì)文件不需要安裝保溫材料或保溫安裝質(zhì)量不良等情況，其安全風(fēng)險(xiǎn)不能直接得到觀察識(shí)別。例如，國內(nèi)核電機(jī)組熱態(tài)性能試驗(yàn)期間，現(xiàn)場(chǎng)人員在進(jìn)行閥門消缺作業(yè)時(shí)，曾發(fā)生誤碰閥門下游高溫管道導(dǎo)致手指被燙傷事件。

(2)高溫中暑風(fēng)險(xiǎn)：系統(tǒng)和設(shè)備高溫運(yùn)行期間，作業(yè)人員對(duì)主系統(tǒng)設(shè)備的保溫安裝質(zhì)量和缺陷處理效果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，需要長時(shí)間暴露在高溫環(huán)境中。例如，國內(nèi)核電機(jī)組功率提升試驗(yàn)期間，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)穩(wěn)壓器房間高溫高壓截止閥門內(nèi)漏缺陷處理效果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，需要使用測(cè)溫儀大量選點(diǎn)監(jiān)測(cè)閥門下游管道溫度，導(dǎo)致在高溫環(huán)境中(溫度約為45℃)暴露時(shí)間過長，發(fā)生高溫中暑事件。

(3)重要設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)：調(diào)試作業(yè)期間，系統(tǒng)和設(shè)備需要根據(jù)核電機(jī)組狀態(tài)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，存在重要設(shè)備電纜和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備軸承溫度異常升高風(fēng)險(xiǎn)，如果溫度異常而設(shè)備得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)將發(fā)生重要設(shè)備損壞事件。例如，國內(nèi)核電機(jī)組調(diào)試作業(yè)期間曾發(fā)生因轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備潤滑油脂功能失效，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承溫度異常升高導(dǎo)致重要設(shè)備損壞事件。

2 紅外熱像儀應(yīng)用的提出

為確保調(diào)試作業(yè)期間的安全風(fēng)險(xiǎn)得到有效管控，K-2/K-3項(xiàng)目亟需借助先進(jìn)安全防護(hù)技術(shù)，創(chuàng)新性地開發(fā)一種高科技儀器以便安全高效地幫助作業(yè)人員掌握周圍作業(yè)環(huán)境物體的溫度分布狀況，合理采用消除、替代、工程控制、管理控制和個(gè)體防護(hù)等安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施，將高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞等安全風(fēng)險(xiǎn)降低在可接受范圍內(nèi)，提升調(diào)試作業(yè)本質(zhì)安全水平。

2.1 紅外熱像儀應(yīng)用的領(lǐng)域

紅外熱像儀利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，熱像圖上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。紅外熱像儀可將實(shí)際探測(cè)到的熱量進(jìn)行精確量化，同時(shí)測(cè)量物體表面各點(diǎn)溫度的高低，直觀顯示物體表面的溫度場(chǎng)，并以圖像形式顯示出來，被廣泛應(yīng)用在電氣線路接線排過熱、三相不平衡和電容器老化故障判斷，干式變壓器鐵芯溫度和絕緣套管溫度監(jiān)測(cè)，旋轉(zhuǎn)類設(shè)備電機(jī)、軸承和連軸器溫度巡檢等領(lǐng)域[4]。

2.2 紅外熱像儀應(yīng)用的提出

紅外熱像儀具有遠(yuǎn)距離、檢測(cè)速度快、精度高、一次性獲得大量溫度數(shù)據(jù)、測(cè)溫范圍大、高低溫自動(dòng)捕捉、成像效果清晰、熱像圖層次和立體感飽滿、受被測(cè)物體表面反光影響小、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和實(shí)時(shí)觀測(cè)等特點(diǎn)[5]，相比紅外測(cè)溫儀只能測(cè)量物體表面某一點(diǎn)溫度、遠(yuǎn)距離檢測(cè)精度低和易受物體表面材質(zhì)影響[6]等方面具有很大優(yōu)勢(shì)。因此，K-2/K-3項(xiàng)目將紅外熱像儀應(yīng)用于調(diào)試作業(yè)，并拍攝紅外熱像儀現(xiàn)場(chǎng)試用安全專項(xiàng)視頻，使用SmartView軟件處理紅外熱像圖，獲得被測(cè)系統(tǒng)和設(shè)備的溫度，通過監(jiān)測(cè)溫度有效確定故障位置，起到安全事故事件預(yù)警的效果[7]，實(shí)現(xiàn)把風(fēng)險(xiǎn)控制在隱患形成之前、把隱患消滅在事故前面的目的[8]，為后續(xù)國內(nèi)核電項(xiàng)目推廣使用紅外熱像儀技術(shù)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 紅外熱像儀應(yīng)用的研究

3.1 巡檢調(diào)試作業(yè)場(chǎng)所物體溫度

在K-2/K-3項(xiàng)目管道位移和支架檢查系統(tǒng)試驗(yàn)開展過程中，作業(yè)人員通過管夾和支撐桿打點(diǎn)測(cè)量管道位移時(shí)，部分被測(cè)管道口徑大，且通過止回閥連接一回路系統(tǒng)，溫度較高(最高處約200℃)，作業(yè)人員常因不清楚相連接管道的溫度分布，誤碰高溫管道被燙傷。通過采用紅外熱像儀檢測(cè)與臨時(shí)保溫支撐桿連接處管道溫度分布狀況，根據(jù)熱像儀屏幕上顯示的溫度場(chǎng)可以清晰地觀察到管道的整體溫度分布(如圖1、2)，在高溫管道處懸掛“注意高溫、當(dāng)心燙傷”安全警示標(biāo)識(shí)，將高溫燙傷安全風(fēng)險(xiǎn)展現(xiàn)給周圍作業(yè)人員，同時(shí)記錄高溫管道位號(hào)，對(duì)作業(yè)人員開展現(xiàn)場(chǎng)安全技術(shù)交底，避免發(fā)生人員高溫燙傷事件。

圖1 支撐桿處管道熱像圖

3.2 繪制高溫區(qū)域紅外熱像圖

在K-2/K-3項(xiàng)目調(diào)試作業(yè)期間，通過應(yīng)用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和設(shè)備的溫度，辨識(shí)需要進(jìn)蒸汽設(shè)備和管道的高溫區(qū)域，如汽輪機(jī)旁路、輔助蒸汽分配和主蒸汽等系統(tǒng)的設(shè)備和管道需要進(jìn)蒸汽，根據(jù)廠房平面圖制作高溫區(qū)域紅外熱像圖(如圖3)，按照安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控原則[9]，采用安全警戒隔離、現(xiàn)場(chǎng)安全技術(shù)交底和穿戴高溫防燙防護(hù)用品等安全管控措施，使人員知曉周圍作業(yè)環(huán)境的安全風(fēng)險(xiǎn)，有效管控高溫燙傷風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生人員高溫燙傷事件。

圖2 阻尼器連接處支座熱像圖

圖3 高溫區(qū)域紅外熱像圖

3.3 診斷溫度異常設(shè)備

在K-2/K-3項(xiàng)目熱態(tài)性能試驗(yàn)期間，穩(wěn)壓器建立汽腔需投用電加熱器組，1 872kW電加熱器組長時(shí)間大電流運(yùn)行，存在電纜散熱異常的風(fēng)險(xiǎn)。通過采用紅外熱像儀對(duì)電加熱器電纜溫度進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)，根據(jù)熱像儀屏幕上顯示的熱圖像色彩可以清晰地觀察到電纜溫度(如圖4)，診斷散熱異常電纜，并及時(shí)進(jìn)行維修或更換，避免發(fā)生電氣火災(zāi)和電加熱器損壞事件。

圖4 散熱異常和正常電纜熱像圖

3.4 監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備溫度

在K-2/K-3項(xiàng)目調(diào)試作業(yè)期間，通過應(yīng)用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)等泵的電機(jī)和軸承溫度(如圖5)、循環(huán)水處理系統(tǒng)熱熔斷器溫度，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常部件，采用更換溫度異常部件的方式，從根本上消除危險(xiǎn)源，避免發(fā)生重要設(shè)備損壞事件。

圖5 監(jiān)測(cè)泵驅(qū)動(dòng)端軸承溫度

3.5 快速驗(yàn)證保溫層性能

在K-2/K-3項(xiàng)目熱態(tài)性能試驗(yàn)期間，為防止一回路熱量損失過大，影響核電機(jī)組汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)和發(fā)電效率，需要對(duì)一回路主系統(tǒng)的保溫外殼溫度進(jìn)行測(cè)量，但主系統(tǒng)設(shè)備周圍環(huán)境溫度約為40℃，容易發(fā)生人員高溫中暑事件。通過采用紅外熱像儀對(duì)一回路主系統(tǒng)的保溫外殼溫度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)熱像儀屏幕上顯示的熱圖像色彩可以直觀地觀察到保溫外殼表面各點(diǎn)溫度的高低(如圖6)，快速定位高溫區(qū)域，找出保溫安裝缺陷位置[10]，避免使用紅外測(cè)溫儀大量選點(diǎn)測(cè)量保溫外殼溫度時(shí)，增加人員在高溫環(huán)境中暴露的頻次和時(shí)間，從而有效管控人員高溫中暑風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 主系統(tǒng)設(shè)備熱像圖

4 紅外熱像儀應(yīng)用的效果

利用紅外熱像儀在溫度測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)K-2/K-3項(xiàng)目調(diào)試作業(yè)期間系統(tǒng)和設(shè)備的溫度進(jìn)行測(cè)量，通過熱圖像上的溫度分布狀況，從視覺感知信息的角度將安全風(fēng)險(xiǎn)信息迅速快捷地傳遞給作業(yè)人員，避免發(fā)生因不清楚系統(tǒng)和設(shè)備溫度狀況的安全事件。

通過在K-2/K-3項(xiàng)目調(diào)試階段應(yīng)用手持式紅外熱像儀巡視132kV倒送電和500kV倒送電試驗(yàn)期間輸變線路絕緣子溫度、監(jiān)測(cè)冷態(tài)性能試驗(yàn)期間泵和軸承溫度、巡檢安全殼打壓試驗(yàn)期間系統(tǒng)和設(shè)備溫度、監(jiān)測(cè)熱態(tài)性能試驗(yàn)和功率提升試驗(yàn)期間高溫高壓設(shè)備及周圍環(huán)境溫度，確保調(diào)試重大節(jié)點(diǎn)的安全順利實(shí)施，取得調(diào)試階段無人員高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞的良好安全生產(chǎn)業(yè)績。

5 結(jié)論

根據(jù)紅外熱像儀在K-2/K-3項(xiàng)目調(diào)試階段的創(chuàng)新應(yīng)用，可以得出如下結(jié)論：

(1)紅外熱像儀在調(diào)試階段得到成功應(yīng)用，此階段未發(fā)生高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞等安全事件，保障人員和重要設(shè)備的安全。

(2)通過應(yīng)用紅外熱像儀，作業(yè)人員可以簡單直觀地觀察周圍作業(yè)環(huán)境物體的溫度分布狀況，精準(zhǔn)識(shí)別高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞等安全風(fēng)險(xiǎn)，采用更換溫度異常部件、人員安全站位、設(shè)置安全警戒區(qū)、發(fā)布安全提醒、佩戴高溫燙傷防護(hù)用品等安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施，保證K-2/K-3項(xiàng)目的良好安全生產(chǎn)業(yè)績。

(3)紅外熱像儀在K-2/K-3項(xiàng)目調(diào)試階段應(yīng)用的良好實(shí)踐，證明該方法在核電項(xiàng)目高溫燙傷、高溫中暑和重要設(shè)備損壞等安全風(fēng)險(xiǎn)管控方面的有效性，后續(xù)可以將紅外熱像儀的應(yīng)用領(lǐng)域推廣到建安階段，如設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)保養(yǎng)、管道蒸汽吹掃作業(yè)和高壓輸送線路溫度監(jiān)測(cè)等。并借助先進(jìn)安防技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)式紅外熱像儀，持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和設(shè)備溫度，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)平臺(tái)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理溫度異常系統(tǒng)和設(shè)備，提升核電工程項(xiàng)目本質(zhì)安全水平。