智能检测技术在核电管道阀门维修中的创新应用

引言

智能检测技术以其“非接触式、高精度、实时性、自动化”为技术特点成为核电管道阀门维修的新生力量。因此，创新智能检测技术在核电管道阀门维修中应用对提升核电行业设备智能化管理、保障机组安全稳定运行具有重要的现实意义和理论意义。

一、核电管道阀门维修的现状

1. 传统检测方式的局限性

传统的人工检查，通常指通过以人工检测为主的检查办法，即：外观检查，压力检查，手试检查。外观检查仅能发现阀门表面腐蚀、变形等表面宏观问题，却不能发现阀门裂纹等密封面损坏问题；压力检测试验需停止介质供给，且压力检测仅能发现阀门有无泄漏，无法确定检测试验阀门的泄漏点及泄漏原因；手试检测通过人的手触摸阀门开关，通过手触摸感觉来确定阀门的开关灵活性，对阀门执行机构的磨损情况难以量化。

2. 维修流程的效率瓶颈

传统维修工艺为“故障－停机－拆卸－检查－维修－复装－调试”方式，平均维修周期为 2-3 天，阀关出现故障，主机不运行，造成巨大的经济损失。如某核电站主机蒸汽管道阀门的维修，传统维修工艺为：拆除阀保温，断开管道，拆卸阀件，拆卸及组装时间长达 12h 以上，且在检修后还需进行多次试验，才能恢复正常，延长了停机时间。

3. 故障诊断的精准度不足

核电管道阀门故障类型包括密封面磨损型、阀杆裂纹、阀芯卡涩、执行机构故障等，且故障现象表现交叉重叠，有时通过人工诊断存在误判现象。例如，阀门内漏可能由密封面磨损、阀芯变形、介质杂质卡涩等多种原因引起，人工仅通过压力下降速度难以精准定位故障根源，导致维修针对性不足，反复维修现象频发。

二、智能检测技术在核电管道阀门维修中的核心应用

1. 超声相控阵检测技术

超声相控阵检测技术是利用超声波传播的原理，通过控制阵列探头中若干晶片在阵列不同方位、不同时段激发，形成聚焦、可偏转的超声波束，对阀门各位置进行扫描；超声相控阵检测技术与常规单晶片超声检测技术相比，扫描区域大，超声波束经电子控制，可偏转角度大，聚焦深度小、聚焦区范围窄，无需移动探头即可扫过阀体、焊缝、密封面等；缺陷定位准，通过成像技术可实时获得二维 / 三维超声图形图像，缺陷定位精度高（可达 ±0.1mm, ），密封面微孔磨损（深度小于 0.05mm^' ）、阀体内壁腐蚀坑均可被准确检出；无需拆检，可进行水浸式或耦合剂辅助式检测，有利于阀门在线检测。在核电阀门检测领域，超声相控阵超声图像主要用于检测阀体焊缝裂纹、阀座密封面裂纹。以主蒸汽阀阀体焊缝为例，通过将定制弧形阵列式探头贴合在阀体，对主蒸汽阀阀体焊缝 100% 扫查，检查效率提升 3 倍以上，缺陷检出率从传统方法的 75% 提升至 98% 以上。

2. 红外热成像检测技术

红外热像检测是利用物体热辐射原理，通过红外热像仪采集了物体表面的温度分布状态图，通过热传播原理推测出物体是否存在缺陷，常用来检测核电管阀，核电管阀在运行中存在堵塞、密封失效、阀门断裂等缺陷时，会导致阀的局部温度低或高，比如密封面漏热导致阀的局部温度低，内部堵塞导致局部温度高。红外热像成像具有以下应用于电网阀阀检的特点：实视实时，可实时获取温度分布状态图像、温度异常位置、区域，响应速度<0.1s ；可远距离检测，检测半径可达 5-10m ，无需靠近辐射点，可规避辐射风险；全天检测，红外热像检测不受光照、粉尘等因素限制，在核岛厂区等场合均可使用。红外热像技术通常可以应用于检测阀门封堵、阀卡预警。例如，对稳压器安全阀而言，通过跟踪检测密封面温度，当密封面温度出现泄漏，泄漏的介质带走热量，致使密封面温度出现下降，温度下降 5-10^∘C ，系统提前提前数小时检测到密封面温度出现异常信号，及时预警，发现密封面失活前，而压力测试没有发现温度出现异常信号。

3. 电磁超声检测技术

电磁超声检测法 (EMAT) 不耦合一不需要耦合剂，通过电磁感应在金属体内产生超声波，对阀门的阀值进行非接触检测。完全适用于核电阀门温压高的情况，其优点有：不需要耦合剂，解决了电磁超声检测中耦合剂失效的问题，可在 工作，适合于主给水阀门、蒸汽阀门等的检测；不受表面氧化皮、油污等杂质的影响，对表面不需要进行预先处理；电磁超声检测速度极快，超声传播速度可达 5000m ／ s，单条电磁超声检测线可达到 1m ／ s 的扫描速度，适应于阀门的阀杆、阀体壁厚等快速检测。电磁超声法核电上的应用主要是对于阀门的阀壁腐蚀和阀杆裂纹进行检测。如：某回路冷却剂管道阀门上的电磁超声传感器安装对阀体壁厚进行检测，当阀壁腐蚀减薄量达到设计值的 10% 以上，系统发出寿命告警，为维修提供数据支持。

4. 基于数字孪生的智能监测技术

数字孪生通过对阀门进行 3D 建模，结合历史数据、实时数据、物理算法，进行模拟预测，实现阀门全生命周期。数字孪生应用于核电阀门检修，模拟仿真实验、状态监测、检修计划的作用主要体现在以下3 方面：一是虚拟仿真实验，通过数字孪生进行仿真实验，对阀门工况进行仿真，提前预知阀门可能会出现的一些工况，如阀杆卡涩工况。二是状态监测。通过温度、压力、震动等传感器等安装到数字孪生模型当中，实时传输到数字孪生模型当中，实现阀门状态监测。三是寿命预测与检修计划。通过历史数据、机器学习建立阀门寿命预测模型，预测阀门寿命周期，检修周期，避免阀门过度维修和维修不足。如核电站循环水泵出口阀门维修，在数字孪生模型上安装：温度传感器振动频率、压力传感器前后差压、压力传感器温度传感，预测阀门寿命，在阀杆卡涩( 振动频率大于50HZ) 前72H 发出预警，检修计划提前 72H，通过介质腐蚀寿命、阀门运行时间等数据，预测阀门寿命，生成检修计划，由72H 停机时间降低到 24H. 。

三、结语

总之，智能检测技术应用于核电管道阀门检修工作中还存在着一些问题，但是随着技术的融合创新，智能检测技术必将会实现“全覆盖、全工况、全寿命周期”，实现核电行业检修从“被动响应”到“主动预测”的转变，为核电行业的安全稳定运行保驾护航。

参考文献：

[1] 戚华峰 . 基于神经网络技术的核电厂阀门故障诊断 [D]. 哈尔滨工程大学 ,2014.

[2] 赵二 . 数字化核电厂阀门新故障模式分析 [J]. 科技视界 ,2016(10):1.

[3] 李佳 , 曹祖庭 , 孙震啸 , 等 . 核电厂智能型电动执行机构故障的在线处理 [J]. 电力安全技术 , 2018, 20(7):5.

[4] 田骏等 .“核电厂电动阀状态在线监测及故障诊断系统 .”,CN112683521B. 2023.