▲管道防腐作業(yè)機(jī)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(tuán)下屬蘇州熱工研究院有限公司（簡稱“蘇州院”）、大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)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(jī)器人，在大亞灣核電站實現(xiàn)了首次應(yīng)用。2021年5月1日，防腐工程師手持遙控器遠(yuǎn)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(fù)工作。
經(jīng)機(jī)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(fù)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(yīng)用，填補(bǔ)了國內(nèi)核電站管道防腐作業(yè)機(jī)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(jī)器人作業(yè)前后
瞄準(zhǔn)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(jìn)入狹窄的管道，開展高強(qiáng)度的打磨除銹與涂裝修復(fù)工作，耗時長、難度高、風(fēng)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。”蘇州院研發(fā)負(fù)責(zé)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(jī)進(jìn)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(fēng)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(dǎo)致修復(fù)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(bǔ)補(bǔ)又一輪，這個大修又得縫幾塊補(bǔ)丁上去了?！边@是機(jī)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(bǔ)丁。
▲防腐工程師“躺”在海水管道中進(jìn)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(tuán)隊，瞄準(zhǔn)痛點，決心嘗試做一些改變。
創(chuàng)新智造: 機(jī)器人“超級馬里奧”上線
如何既能降低風(fēng)險又能提升維修質(zhì)量？研發(fā)團(tuán)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(jī)打磨，選擇自動無氣噴涂替代人工刷涂。”
說干就干，研發(fā)團(tuán)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(dá)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(tuán)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(jìn)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(xì)節(jié)考慮不到位，都有可能導(dǎo)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(jìn)速度協(xié)同的理論計算到試驗驗證，從機(jī)器人本體、除銹模塊、噴涂模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計、負(fù)載計算和通過性分析，再到模擬臺架離線測試……研發(fā)團(tuán)隊在“數(shù)不清多少次的失敗、調(diào)整、改進(jìn)”中，逐漸找到一個個問題的解決方案。
▲團(tuán)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。”大亞灣核電高級工程師白榮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(jī)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(tuán)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(fù)功能的管道防腐作業(yè)機(jī)器人成套裝置研制完成。經(jīng)過機(jī)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(yù)期研發(fā)目標(biāo)。
“機(jī)器人擁有穩(wěn)固、靈活的三足，可自行適應(yīng)管道內(nèi)徑并做前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等動作?！睂O永亮表示，機(jī)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(wù)。
▲機(jī)器人通過離線試驗驗證實現(xiàn)研發(fā)目標(biāo)
啃硬骨頭: 工程應(yīng)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(jī)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(tuán)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(fù)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(dān)著為機(jī)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(tuán)隊心中的疑問。
研發(fā)團(tuán)隊進(jìn)行了現(xiàn)場查勘、技術(shù)分析與方案論證，“咱們當(dāng)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(dān)憂，但他們還是決定去啃這塊硬骨頭，“推向工程應(yīng)用才是最終檢驗研發(fā)成效的試金石”。
▲研發(fā)團(tuán)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(tuán)隊最終成功完成大亞灣核電站指定海水管道的機(jī)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(fù)質(zhì)量”。最重要的是，機(jī)器人代替人進(jìn)入管道，規(guī)避了傳統(tǒng)作業(yè)方式帶來的安全風(fēng)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(yīng)用前景，在國家大力倡導(dǎo)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級的背景下，機(jī)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(tuán)隊在機(jī)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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