Automatizované nedestruktivní kontroly zajišťuje ŠKODA JS na jaderných elektrárnách již desítky let

Speciální oddělení ŠKODA JS a.s. pro automatizované nedestruktivní kontroly materiálů strojních zařízení i loni v létě úspěšně zvládlo všechny naplánované činnosti v rámci odstávky 2. bloku Jaderné elektrárny Temelín. V tomto článku se podíváme na specifickou oblast nedestruktivních kontrol (dále jen NDT kontroly) trochu blíže.

Do oblasti NDT kontrol materiálů začala automatizace procesů pronikat v průběhu druhé poloviny minulého století v souvislosti s rozvojem robotizace a automatizace. Ve společnosti ŠKODA JS, jejíž historie začíná v roce 1956, se obor NDT kontrol začal vyvíjet prakticky od samotného začátku. Otcové zakladatelé dnešního oddělení automatizovaných kontrol tvořili první speciální skupinu v době výstavby jaderné elektrárny A1 v Jaslovských Bohunicích. V roce 1971 prováděli první ultrazvukové kontroly „kesonové“ nádoby.

Takto získané zkušenosti a znalosti v oblasti NDT kontrol následně na začátku 80. let úspěšně převedli do oblasti automatizace a robotizace. První automatizovaně prováděné NDT kontroly byly zaměřeny na materiál těles tlakových nádob reaktorů (dále jen TNR). Ve Švédsku byl zakoupen první robotický manipulátor TRC, se kterým byly prováděny kontroly TNR metodou ultrazvukovou a vizuální. Kontrolami pomocí manipulátoru TRC postupně prošly reaktory jaderných elektráren Jaslovské Bohunice, Paks (Maďarsko) a Dukovany. Na začátku 90. let byl manipulátor TRC nahrazen novým, již škodováckým manipulátorem SKIN (SKoda INside), který spolehlivě pracoval až do roku 2015. Manipulátor SKIN má tak „na svědomí“ pravidelné kontroly reaktorů jaderných elektráren Dukovany, Paks, Mochovce, Temelín, ale také třeba v Arménii a na Ukrajině. A také asi největší exotiku – dvě kontroly na jaderné elektrárně Kola za polárním kruhem.

Manipulátor SKIN byl nahrazen rovněž škodováckým manipulátorem MKS (Modulární Kontrolní Systém), který lze v této době pravidelně potkávat na jaderných elektrárnách Temelín, Dukovany a Paks.

Skupina automatizovaných kontrol, ve které aktuálně vládne již třetí generace pracovníků, pak postupně rozšířila automatizované kontroly na další zařízení primárního okruhu jaderných elektráren. Zejména na NDT kontroly svarových spojů hlavních cirkulačních potrubí primárního okruhu, parogenerátorů, kompenzátorů objemu a tepelných výměníků a chladičů všemožných druhů a typů.

Samotné základní portfolio prováděných metod NDT kontrol se moc nemění. Stále vychází z fyzikálních výhod a nevýhod jednotlivých NDT metod pro automatizaci. Základem zůstává automatizovaně prováděná kontrola ultrazvukem pomocí různých technik (odrazová, TOFD, Phased Array). Ve velkém měřítku se k ní v 90. letech připojuje metoda vířivých proudů. Obě metody pak doplňuje metoda vizuální nepřímá, která je pochopitelně na jaderných elektrárnách prováděná pomocí radiačně odolných kamer.

Pod hlavičkou speciálního oddělení ŠKODA JS a.s. bylo od roku 1982 provedeno více než 80 kontrol reaktorů z vnitřního povrchu a více než 60 kontrol reaktorů z vnějšího povrchu. Dále bylo zkontrolováno už téměř 1000 svarů smyček různých hlavních cirkulačních potrubí. Sondy vířivých proudů určené pro kontroly celistvosti teplosměnných trubek parogenerátorů, tepelných výměníků a chladičů najezdily při kontrolách metodou vířivých proudů již více než 100 000 km.

Každá provedená automatizovaná NDT kontrola byla a je zdrojem cenných zkušeností a znalostí, díky kterým se automatizované kontroly prováděné ve ŠKODA JS a.s. stávají kvalitnější a přesnější. Domovskými jadernými elektrárnami pro pracovníky oddělení automatizovaných kontrol jsou jaderné elektrárny Dukovany a Temelín. Pro získávání zkušeností a znalostí jsou ale nesmírně důležité i NDT kontroly realizované na zahraničních jaderných zdrojích.

V současné době se provádí automatizované kontroly na jaderných elektrárnách na mnoha různých zařízeních a jejich částech. Popis všech používaných manipulátorů a zkušebních systémů by dalece přesahoval rozsah běžného článku v tomto časopisu. Proto jsou dále uvedeny příklady třech automatizovaných kontrol zařízení, které tvoří srdce každého jaderného bloku s tlakovodním reaktorem (reaktor chlazený a moderovaný tlakovou lehkou vodou).

Společnost ŠKODA JS se kromě samotné realizace automatizovaných NDT kontrol věnuje i vlastnímu vývoji a výzkumu směrem k jejich zkvalitňování a zpřesňování. Jak bylo uvedeno výše, jde jednak o oblast konstrukce a výroby vlastních manipulátorů a případně jejich modernizací. Ale také o oblast rozvoje samotných NDT metod. A to především postupnou realizaci náročných kvalifikací všech zkušebních systémů v souladu s filozofií a předpisy Mezinárodní agentury pro atomovou energii. Díky tomu je oblast automatizovaných NDT kontrol ŠKODA JS velmi oceňována a vyhledávána jak u českých, tak i zahraničních provozovatelů jaderných elektráren i jiných zákazníků.

Automatizované kontroly tělesa tlakových nádob reaktorů

Pro kontrolu materiálu tělesa TNR z vnitřního povrchu se používá manipulátor MKS. Pro kontroly TNR z vnějšího povrchu jsou pak určeny manipulátory systémů USK-213 nebo SK-187. Manipulátor MKS byl vyvinut a vyroben ve ŠKODA JS. Manipulátory USK-213 pro jaderné elektrárny typu VVER 440 a SK-187 pro jaderné elektrárny typu VVER 1000 byly vyvinuty v rámci projektu výstavby jaderných elektráren typu VVER. ŠKODA JS je však postupně modernizovala pro aplikace moderních metod NDT kontrol.

Automatizovaná NDT kontrola TNR sestávala z kontrol svarových spojů, antikorozního návaru a hrdel TNR pomocí ultrazvukové (odrazové a TOFD techniky) a vizuální metody (VT) a metody vířivých proudů (ET). Pomocí těchto metod se detekují případné necelistvosti ve svarových spojích a základním materiálu TNR, na rozhraní austenitického návaru a základního materiálu (tzv. nepřilnutí návaru a podnávarové trhliny) i necelistvosti v samotném návaru.

Většina jaderných elektráren požaduje provádět kontrolu TNR v nepřetržitém režimu. Celková doba kontroly TNR z jednoho povrchu včetně všech potřebných montáží, přemontáží a demontáží trvá zpravidla 14 dní. Za tuto dobu hlavice manipulátoru najezdí po vnitřním nebo vnějším povrchu TNR běžně dráhu dlouhou až 25 km.

Uvedené parametry kontroly jsou náročné i na personální kapacitu. Kontrolu TNR provádí tým složený z minimálně 20 vysoce kvalifikovaných expertních pracovníků pro různé průmyslové oblasti (NDT pracovníci, elektrikáři, mechanici).

Samotné provádění automatizovaných NDT kontrol se v mnohém odlišuje od provádění běžných ručních nedestruktivních kontrol. Především veškerá data získaná ze zkušebních sond jsou ukládána na pevné disky PC a teprve následně zpracována a vyhodnocována. Proto je také celý pracovní tým rozdělen na dvě skupiny. První skupina se stará o provoz manipulátorů a zkušebních přístrojů. Jejich odpovědností je nastavit a kontrolovat veškeré parametry kontrol. Druhá skupina se pak stará o zpracování elektronických dat a vyhodnocení kontrol. Běžná velikost dat získaných při kontrole TNR je průměrně 50 GB. Tato data musí nezávisle zpracovat a vyhodnotit vždy minimálně dva pracovníci, tak aby bylo dosaženo vysoké kvality a spolehlivosti výsledků.

Automatizované kontroly svarů hlavního cirkulačního potrubí (dále jen HCP)

Pro kontrolu svarových spojů HCP se používá manipulátor MIMIC. Jedná se o zařízení vyrobené anglickou společnosti Sonomatic především pro kontroly svarových spojů potrubí ropovodů a plynovodů. Proto musel být manipulátor ve ŠKODA JS před jeho nasazením na jaderných elektrárnách značně modifikován.

Hlavní cirkulační potrubí, které propojuje reaktor s parogenerátory a čerpadly, má úctyhodné rozměry. U bloků typu VVER 440 (EDU) je vnější průměr HCP 570 mm a tedy obvod jeho svarového spoje je 1,79 m. U bloků typu VVER 1000 (ETE) je vnější průměr HCP 990 mm a obvod svarového spoje více jak 3,1 m.

Standardní automatizovaná NDT kontrola svarových spojů HCP manipulátorem MICIC se provádí pomocí ultrazvukové metody (odrazové a případně TOFD techniky). Pomocí této metody se detekují necelistvosti ve svarových spojích a v okolním základním materiálu.

Při odstávce je většinou naplánována kontrola až deseti svarových spojů. Aby byla kontrola svarových spojů provedena opravdu kvalitně, musí manipulátor MIMC každý svarový spoj objet minimálně dvakrát. Ultrazvukové sondy musí postupně při každém objezdu přejíždět kolmo přes svarový spoj. Tyto přejezdy se vykonávají po každých 5 milimetrech. Celkem tak sondy ujedou na každém svarovém spoji HCP dráhu dlouhou až 160 metrů (typ VVER 1000).

Stejně jako v případě NDT kontrol TNR, tak i při automatizovaných kontrolách HCP jsou data získaná z ultrazvukových sond ukládána přístrojem v elektronické podobě na pevný disk. A následně podstoupena pro zpracování a vyhodnocení speciální expertní skupině pracovníků.

Automatizované kontroly parogenerátorů (dále jen PG)

Pro automatizované kontroly různých částí PG se používá několik typů speciálních manipulátorů. Tím největším jsou manipulátory IRIS určené pro realizaci NDT kontrol v prostoru primárních kolektorů. Tyto manipulátory byly vyvinuty a vyrobeny ve společnosti VÚJE a.s.

Pomocí manipulátorů IRIS se kontroluje především stav teplosměnných trubek parogenerátorů. Využívá se metoda vířivých proudů (ET). Teplosměnná trubka tvoří důležité rozhraní mezi primárním a sekundárním okruhem jaderné elektrárny. Má tloušťku jen 1,4 mm a průměrnou délku 10 metrů. V jednom parogenerátoru elektrárny typu VVER 440 (EDU) je umístěno 5 536 trubek. V případě elektrárny typu VVER 1000 (ETE) je to pak téměř dvojnásobek, tedy 11 000 trubek. Součet délek všech trubek v jednom parogenerátoru typu VVER 440 je tedy větší než 55 km, typu VVER 1000 pak 110 km.

Dále se v prostoru primárních kolektorů parogenerátorů provádí pomocí manipulátoru IRIS kontroly svarových spojů a základního materiálu kolektorů pomocí ultrazvukové metody (odrazovou a TOFD technikou) a metody vířivých proudů (ET).

A opět, stejně jako v případě NDT kontrol TNR a HCP i v případě automatizovaných kontrol parogenerátorů jsou data získaná z měřících sond ukládána přístroji v elektronické podobě na pevný disk a následně zpracována a vyhodnocena. V případě kontrol teplosměnných trubek je dokonce zavedeno tzv. sekundární zpracování a vyhodnocení dat. Tedy stejné činnosti provádí dva nezávislé expertní týmy. To znamená, že data z každé trubky zpracovávají a vyhodnocují nezávisle minimálně čtyři pracovníci.

Ing. Lukáš Stainer
vedoucí odboru Provozní prohlídky
ŠKODA JS a.s.