加拿大達(dá)林頓核電站的CANDU堆翻修更換計(jì)劃提前完成，并且整個(gè)過程費(fèi)用低于預(yù)算。

1、電廠延期運(yùn)行

達(dá)林頓核電站正在更換所有四個(gè)CANDU堆

經(jīng)過30多年時(shí)間的運(yùn)行，加拿大安大略省達(dá)林頓(Darlington)核電站四個(gè)CANDU堆的一些部件已達(dá)到預(yù)定使用壽命，需要進(jìn)行翻修更換。

這項(xiàng)翻新計(jì)劃始于2016年10月，但之前已經(jīng)進(jìn)行了十多年的規(guī)劃，以確保該計(jì)劃的完美執(zhí)行。

第一個(gè)停機(jī)更換部件的是2號(hào)機(jī)組，2020年6月完成并恢復(fù)使用。

即使通過了多年的規(guī)劃，但是要在十年內(nèi)完成三次反應(yīng)堆部件的更換，同時(shí)保持項(xiàng)目按時(shí)、按預(yù)算交付，充滿個(gè)各種挑戰(zhàn)。其中關(guān)鍵是能夠從2號(hào)機(jī)組中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)真正應(yīng)用于后續(xù)的工作。

“我們獨(dú)立完成了2號(hào)機(jī)組的工作，因此可以從該項(xiàng)目中吸取所有教訓(xùn)，”安大略發(fā)電公司(OPG)新核增長(zhǎng)副總裁加里·羅斯(Gary Rose)解釋道，“然后我們開始了3號(hào)機(jī)組的工作，應(yīng)用了所有這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，取得了一些巨大的成功。”

在該項(xiàng)目的最新更新中，OPG宣布，渦輪機(jī)控制改造的靜態(tài)調(diào)試已經(jīng)完成，目前正在通過最終的現(xiàn)場(chǎng)變更和軟件升級(jí)。

達(dá)林頓2號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆拆除(圖源：OPG)

到目前為止，3號(hào)機(jī)組90%以上的工作已經(jīng)完成。獲得監(jiān)管部門批準(zhǔn)后，3號(hào)機(jī)組將開始恢復(fù)運(yùn)行，劃于2023年下半年開始運(yùn)行反應(yīng)堆。

“我們?cè)?020年9月開始3號(hào)機(jī)組工作，目前已接近完工。可能會(huì)在今年年中恢復(fù)使用，將提前于計(jì)劃。”羅斯說(shuō)。

在2022年底，3號(hào)機(jī)組在下部進(jìn)料管安裝完成后，共有6,240束新燃料裝入反應(yīng)堆。

OPG慶祝達(dá)林頓3號(hào)機(jī)組翻新工程獲得批準(zhǔn)(圖源：OPG)

在OPG的計(jì)劃中，達(dá)林頓的1號(hào)和3號(hào)機(jī)組幾乎同時(shí)進(jìn)行翻修。1號(hào)機(jī)組的翻修于2022年2月開始，目前大約已完成一半。

反應(yīng)堆拆卸正在進(jìn)行中，隨后將拆除所有反應(yīng)堆內(nèi)部部件，包括約480根排管和壓力管。

正如羅斯所說(shuō)：“1號(hào)機(jī)組與3號(hào)機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)。我們于去年1月(2022年)啟動(dòng)了1號(hào)機(jī)組，因此我們接近該機(jī)組的中點(diǎn)。”

據(jù)OPG稱，整個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)已進(jìn)入下半年。

2、翻修經(jīng)驗(yàn)不斷積累

1號(hào)機(jī)組與3號(hào)機(jī)組同時(shí)進(jìn)行翻修，兩者都在借鑒2號(hào)機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)。圖為渦輪機(jī)廠房(圖源：OPG)

與此同時(shí)，OPG正在根據(jù)從翻修早期階段工作中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)規(guī)劃4號(hào)機(jī)組的工作計(jì)劃。4號(hào)機(jī)組的更換預(yù)計(jì)將于今年第三季度開始。

羅斯說(shuō)：“一旦3號(hào)機(jī)組完工并恢復(fù)使用，我們將在今年晚些時(shí)候啟動(dòng)最后一個(gè)機(jī)組，即4號(hào)機(jī)組。到2026年，我們將完成所有四個(gè)機(jī)組。”

3號(hào)機(jī)組渦輪機(jī)廠房(圖源：OPG)

盡管CANDU堆是其標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式的一部分，但在運(yùn)行30年后更換它并不是一項(xiàng)容易的任務(wù)。

羅斯解釋道：“被更換的主要部件是反應(yīng)堆堆芯。我們正在進(jìn)行管道更新，拆除和更換壓力管、排管和饋線管，這是發(fā)生核反應(yīng)的地方。我們還查看了其余系統(tǒng)，并進(jìn)行了部件狀態(tài)評(píng)估，以了解需要更換哪些系統(tǒng)，來(lái)支持電廠30年延長(zhǎng)壽命。”

例如，大多數(shù)蒸汽發(fā)生器在30年后也不需要更換，也進(jìn)行兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器的初級(jí)汽水分離器的更換工作。

羅斯指出：“達(dá)林頓電站的蒸汽發(fā)生器狀況非常好。”

同樣，盡管工廠的產(chǎn)量不會(huì)因翻新計(jì)劃而改變，一些系統(tǒng)正在適當(dāng)改進(jìn)。

3號(hào)機(jī)組翻新的關(guān)鍵部件——定子，已抵達(dá)反應(yīng)堆現(xiàn)場(chǎng)。

羅斯表示：“我們正在對(duì)渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，并進(jìn)行維護(hù)工作。雖然沒有更換任何葉片，但更換了定子。我們還進(jìn)行了一些安全升級(jí)，以確保工廠項(xiàng)目的平衡，如電氣系統(tǒng)和一些管道工程。”

CANDU堆的設(shè)計(jì)要求，在中期階段更換壓力管和排管容器管。

“達(dá)林頓的中期使用壽命約為23萬(wàn)有效滿功率小時(shí)，但當(dāng)然不能在到期那一天內(nèi)一下更換所有四臺(tái)機(jī)組，因此在18萬(wàn)小時(shí)左右就啟動(dòng)了2號(hào)機(jī)組的工作。當(dāng)我們工作到達(dá)最后一臺(tái)機(jī)組時(shí)，正好在需要更換的時(shí)間范圍內(nèi)。這種中期翻新是設(shè)計(jì)的要求，取決于機(jī)組的中期使用時(shí)間情況。”

3、在實(shí)踐中學(xué)習(xí)與改進(jìn)

翻修工作進(jìn)行中(圖源：布魯斯電力)

達(dá)林頓反應(yīng)堆更換計(jì)劃在核項(xiàng)目中幾乎是獨(dú)一無(wú)二的，它不僅在預(yù)算內(nèi)，而且完工期也提前了。

羅斯將這一顯著成果歸功于詳細(xì)的多年規(guī)劃，也歸功于他在各個(gè)機(jī)組間的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)：“很多經(jīng)驗(yàn)都來(lái)自于2號(hào)機(jī)組的工作。該團(tuán)隊(duì)跟蹤了大約3000種不同的工作經(jīng)驗(yàn)，其中包括一些是非常小的技巧，例如，我們更新了工作程序，使其更容易、更高效、更安全或質(zhì)量更好。”

他解釋了將詳細(xì)計(jì)劃轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)行動(dòng)所面臨的挑戰(zhàn)，以及對(duì)反應(yīng)堆更換部件等重大設(shè)施項(xiàng)目保持動(dòng)態(tài)方法的必要性。

達(dá)林頓2號(hào)機(jī)組正在裝載燃料(圖片：OPG)

“當(dāng)你第一次做任何事情時(shí)，可能都會(huì)制定很好的計(jì)劃，但一旦進(jìn)入這些計(jì)劃和工作面的實(shí)際行動(dòng)，就很難完全按照你的計(jì)劃進(jìn)行。團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)吸取了教訓(xùn)。包括調(diào)整焊機(jī)的參數(shù)，以優(yōu)化這些給水管與集管的焊接。通過學(xué)習(xí)如何焊接2號(hào)機(jī)組上的饋線，使后續(xù)機(jī)組的效率更高。”

其中一個(gè)關(guān)鍵問題是改變概念團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)，在OPG員工和第三方承包商之間建立一個(gè)更具凝聚力的單位。

工人們慶祝達(dá)林頓電站2號(hào)機(jī)組的重建(圖源：OPG)

羅斯說(shuō)：“我們學(xué)到的一大教訓(xùn)是‘一個(gè)團(tuán)隊(duì)’的概念。當(dāng)我們開始2號(hào)機(jī)組工作時(shí)，我們采用了傳統(tǒng)的EPC方式，其中OPG是總承包商，我們有一個(gè)供應(yīng)商是EPC。”

他繼續(xù)說(shuō)道：“在完成2號(hào)機(jī)組的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，與其讓我們的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行監(jiān)督，不如讓我們成為一個(gè)整體的團(tuán)隊(duì)。因此，我們將OPG監(jiān)督團(tuán)隊(duì)與供應(yīng)商團(tuán)隊(duì)整合到這個(gè)整體團(tuán)隊(duì)的概念中。你不知道誰(shuí)在為哪家公司工作，這也無(wú)關(guān)緊要。一切都是為了一個(gè)共同的目標(biāo)而合作，并按時(shí)按預(yù)算完成翻新工作。”

羅斯強(qiáng)調(diào)了從傳統(tǒng)EPC模式向綜合項(xiàng)目交付模式轉(zhuǎn)變的重要性，這是成功的關(guān)鍵組成部分。

此外，OPG方法還意味著有勇氣改變CANDU堆更換的模式。

羅斯解釋道：“我們?cè)?號(hào)機(jī)組上還學(xué)到了其他一些東西，例如，我們首先拆除了壓力管，然后將排管串聯(lián)起來(lái)。這就是我們之前進(jìn)行的10次翻新的方式。但在2號(hào)機(jī)組工作期間，我們開始考慮一些可能的效率改進(jìn)，其中一位工程師提出了將壓力管和排管一起拆除的想法，這種方式更快，事實(shí)上更安全，因?yàn)閺姆磻?yīng)堆到廢物流的壓力管運(yùn)輸更少。在3號(hào)機(jī)組工作中，這為我們節(jié)省了30多天的時(shí)間，至少也為1號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組節(jié)省了時(shí)間。這項(xiàng)投資最終節(jié)省了90天的時(shí)間，考慮到所有參與該項(xiàng)目人員的成本、資本化利息等，這是一筆相當(dāng)可觀的費(fèi)用。”

4、工具和測(cè)試

作為達(dá)林頓翻新計(jì)劃的一部分，OPG對(duì)渦輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行了大修，并正在安裝新的數(shù)字渦輪控制裝置。

設(shè)計(jì)一種同時(shí)取出壓力管和排管器的新程序，既要改變工藝，又要開發(fā)新設(shè)備和新裝置。所有這些變化也必須經(jīng)過認(rèn)定。

正如羅斯所說(shuō)：“對(duì)工具、程序和表面工作的修改——在核領(lǐng)域，每項(xiàng)任務(wù)都需要認(rèn)證，所以我們必須有程序，必須有檢查點(diǎn)，所有與過程變化相關(guān)的需要做的事情也需要完成。”

OPG還盡可能采用了新的數(shù)字化和自動(dòng)化工具。

這不僅意味著工廠設(shè)備，如蒸汽輪機(jī)的新數(shù)字控制，而且還意味著翻新過程。

“我們正在拆除反應(yīng)堆中已經(jīng)存在了30年的部件，拆除階段使用的許多工具都應(yīng)用了數(shù)字化和自動(dòng)化工具，使過程更安全、更容易。其中許多工具由一名操作員控制。該操作員遠(yuǎn)離實(shí)際工作地點(diǎn)，提高了工人的安全性。”

羅斯說(shuō)：“在工具方面進(jìn)行了許多數(shù)字化改進(jìn)，并繼續(xù)推進(jìn)工作自動(dòng)化和提高工人安全。”

3號(hào)機(jī)組使用新的拆卸工具(圖源：OPG)

從2號(hào)機(jī)組中學(xué)習(xí)到的經(jīng)驗(yàn)，主要是最大程度地利用自動(dòng)化工具。

他說(shuō)：“我們的許多給水管焊接工具都是自動(dòng)化的。可以鎖定這些焊工，校準(zhǔn)所有工具，并通過計(jì)算機(jī)輔助流程進(jìn)行焊接。但要獲得正確的參數(shù)來(lái)確保焊接合格是非常困難的。這是2號(hào)機(jī)組工作學(xué)到的教訓(xùn)之一。”

“隨后對(duì)每個(gè)焊縫進(jìn)行檢查，在2號(hào)機(jī)組中，射線檢查每個(gè)區(qū)域。我們?cè)陔S后的機(jī)組中進(jìn)行了數(shù)字射線檢查，3號(hào)機(jī)組中通過數(shù)字射線檢查，不需要工人走出安全區(qū)進(jìn)行射線照相。這是另一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步。”

實(shí)體模型的使用和新工具對(duì)程序的詳細(xì)建模，對(duì)翻新方案總體成功也很重要。

達(dá)林頓能源綜合體中的反應(yīng)堆模型(圖片：OPG)

“該項(xiàng)目的另一個(gè)關(guān)鍵經(jīng)驗(yàn)是，我們?cè)诰嚯x發(fā)電站約1.5公里的達(dá)林頓能源綜合體創(chuàng)建了一個(gè)完整的排管區(qū)模型。在工廠使用的每一個(gè)工具，都在功能測(cè)試期間在工廠進(jìn)行了一次全面測(cè)試，也在我們的模型內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試。”

反應(yīng)堆模型用于測(cè)試工具和程序，以及培訓(xùn)工作人員(圖源：OPG)

“我們將在盡可能真實(shí)的情況下對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，把它們放在塑料套裝中，并讓它們完成操作過程。我們甚至?xí)噲D打斷它，然后把異物扔出去，確保應(yīng)對(duì)各種可能性。如果你在模型中充分測(cè)試了該工具，并在工人進(jìn)入實(shí)際工作之前對(duì)他們進(jìn)行了充分培訓(xùn)，成功可能性會(huì)更高。”

OPG與第三方承包商SNC-Lavalin公司合作，但工具分包給了許多不同的公司，包括ATS、Cambridge、Rolls-Royce等。CANDU還生產(chǎn)了一些工具。

盡管達(dá)林頓的實(shí)體模型帶來(lái)了許多優(yōu)勢(shì)，但由于藍(lán)圖和竣工工廠之間的實(shí)際差異，仍會(huì)存在各種問題。

這需要額外修整過程，如對(duì)現(xiàn)有工廠進(jìn)行藍(lán)色激光掃描，以了解各個(gè)部件的實(shí)際位置。

“我們將其作為規(guī)劃的一部分，”羅斯說(shuō)，“這些反應(yīng)堆是30年前建造的，盡管有設(shè)計(jì)圖紙等，但就確切位置而言，這些部件是有點(diǎn)錯(cuò)位的。當(dāng)你重建部件時(shí)，我們需要明確其中差異，所以我們對(duì)核島進(jìn)行了全面的激光掃描，然后創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)字模型。”

5、規(guī)劃的重要性

按時(shí)按預(yù)算交付任何類型的核項(xiàng)目，因其復(fù)雜性和獨(dú)特性，很難具體量化過程，但達(dá)林頓核電站的翻新工程是通過嚴(yán)格的規(guī)劃過程實(shí)現(xiàn)的，包括實(shí)物模型和建模。

“實(shí)際上，其經(jīng)驗(yàn)可以歸結(jié)為‘細(xì)致規(guī)劃’。規(guī)劃不能保證成功，但缺乏規(guī)劃就可能會(huì)失敗。我們對(duì)這項(xiàng)工作規(guī)劃得非常好。我們受到安大略省能源委員會(huì)的效率監(jiān)管，必須向他們提交我們的計(jì)劃和成本估算時(shí)間表。獨(dú)立核算專家表示，他們還沒有看到一個(gè)項(xiàng)目如此細(xì)致的執(zhí)行計(jì)劃。因此，我們有很好的計(jì)劃必須堅(jiān)持下去。”

布魯斯核電站3號(hào)機(jī)組于3月1日從斷開電網(wǎng)，這一步驟被稱為“斷路器斷開”，準(zhǔn)備翻修工作(圖源：布魯斯電力)

“項(xiàng)目規(guī)劃得確實(shí)可圈可點(diǎn)，建立了風(fēng)險(xiǎn)登記冊(cè)，然而在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，所有這些似乎都被擱置和遺忘了。因?yàn)閷?duì)項(xiàng)目規(guī)劃得太好了，我們知道我們每天工作進(jìn)度，如果我們沒有達(dá)到效率，也是顯而易見的。我們每天都有一個(gè)問題，我們?yōu)槭裁礇]有實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的進(jìn)展，以及我們正在做什么來(lái)解決這些問題。每天一絲不茍的專注驅(qū)使我們?nèi)〉昧顺晒ΑＨ绻霈F(xiàn)問題，我們會(huì)詢問原因，并盡早修復(fù)和糾正。”

然而，他還補(bǔ)充說(shuō)明深入規(guī)劃所帶來(lái)的內(nèi)在靈活性。

羅斯說(shuō)：“在每個(gè)項(xiàng)目中我們都有意外開支。每個(gè)項(xiàng)目都有風(fēng)險(xiǎn)，我們有提取意外開支的機(jī)制，過去常常為意外開支提取資金。通過2號(hào)機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)?號(hào)機(jī)組中把預(yù)算放回到意外開支中，以防發(fā)生其他事情。我們創(chuàng)建了與風(fēng)險(xiǎn)登記相對(duì)應(yīng)的所謂機(jī)會(huì)登記冊(cè)，在管理風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)積極尋找創(chuàng)新機(jī)會(huì)。”

一旦翻新計(jì)劃在2026年完成，這個(gè)128億加元(94億美元)的項(xiàng)目將使達(dá)林頓核電站能夠再運(yùn)行30多年，但對(duì)CANDU堆的相關(guān)學(xué)習(xí)可能會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間，從而降低反應(yīng)堆更換的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

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