加拿大CANDU核电站翻修经验

加拿大达林顿核电站的CANDU堆翻修更换计划提前完成，并且整个过程费用低于预算。

1、电厂延期运行

达林顿核电站正在更换所有四个CANDU堆

经过30多年时间的运行，加拿大安大略省达林顿(Darlington)核电站四个CANDU堆的一些部件已达到预定使用寿命，需要进行翻修更换。

这项翻新计划始于2016年10月，但之前已经进行了十多年的规划，以确保该计划的完美执行。

第一个停机更换部件的是2号机组，2020年6月完成并恢复使用。

即使通过了多年的规划，但是要在十年内完成三次反应堆部件的更换，同时保持项目按时、按预算交付，充满个各种挑战。其中关键是能够从2号机组中吸取经验教训，将其经验教训真正应用于后续的工作。

“我们独立完成了2号机组的工作，因此可以从该项目中吸取所有教训，”安大略发电公司(OPG)新核增长副总裁加里·罗斯(Gary Rose)解释道，“然后我们开始了3号机组的工作，应用了所有这些经验教训，取得了一些巨大的成功。”

在该项目的最新更新中，OPG宣布，涡轮机控制改造的静态调试已经完成，目前正在通过最终的现场变更和软件升级。

达林顿2号机组反应堆拆除(图源：OPG)

到目前为止，3号机组90%以上的工作已经完成。获得监管部门批准后，3号机组将开始恢复运行，划于2023年下半年开始运行反应堆。

“我们在2020年9月开始3号机组工作，目前已接近完工。可能会在今年年中恢复使用，将提前于计划。”罗斯说。

在2022年底，3号机组在下部进料管安装完成后，共有6,240束新燃料装入反应堆。

OPG庆祝达林顿3号机组翻新工程获得批准(图源：OPG)

在OPG的计划中，达林顿的1号和3号机组几乎同时进行翻修。1号机组的翻修于2022年2月开始，目前大约已完成一半。

反应堆拆卸正在进行中，随后将拆除所有反应堆内部部件，包括约480根排管和压力管。

正如罗斯所说：“1号机组与3号机组同时启动。我们于去年1月(2022年)启动了1号机组，因此我们接近该机组的中点。”

据OPG称，整个项目现已进入下半年。

2、翻修经验不断积累

1号机组与3号机组同时进行翻修，两者都在借鉴2号机组的经验。图为涡轮机厂房(图源：OPG)

与此同时，OPG正在根据从翻修早期阶段工作中吸取的经验教训规划4号机组的工作计划。4号机组的更换预计将于今年第三季度开始。

罗斯说：“一旦3号机组完工并恢复使用，我们将在今年晚些时候启动最后一个机组，即4号机组。到2026年，我们将完成所有四个机组。”

3号机组涡轮机厂房(图源：OPG)

尽管CANDU堆是其标准运行模式的一部分，但在运行30年后更换它并不是一项容易的任务。

罗斯解释道：“被更换的主要部件是反应堆堆芯。我们正在进行管道更新，拆除和更换压力管、排管和馈线管，这是发生核反应的地方。我们还查看了其余系统，并进行了部件状态评估，以了解需要更换哪些系统，来支持电厂30年延长寿命。”

例如，大多数蒸汽发生器在30年后也不需要更换，也进行两台蒸汽发生器的初级汽水分离器的更换工作。

罗斯指出：“达林顿电站的蒸汽发生器状况非常好。”

同样，尽管工厂的产量不会因翻新计划而改变，一些系统正在适当改进。

3号机组翻新的关键部件——定子，已抵达反应堆现场。

罗斯表示：“我们正在对涡轮机的控制系统进行升级，并进行维护工作。虽然没有更换任何叶片，但更换了定子。我们还进行了一些安全升级，以确保工厂项目的平衡，如电气系统和一些管道工程。”

CANDU堆的设计要求，在中期阶段更换压力管和排管容器管。

“达林顿的中期使用寿命约为23万有效满功率小时，但当然不能在到期那一天内一下更换所有四台机组，因此在18万小时左右就启动了2号机组的工作。当我们工作到达最后一台机组时，正好在需要更换的时间范围内。这种中期翻新是设计的要求，取决于机组的中期使用时间情况。”

3、在实践中学习与改进

翻修工作进行中(图源：布鲁斯电力)

达林顿反应堆更换计划在核项目中几乎是独一无二的，它不仅在预算内，而且完工期也提前了。

罗斯将这一显著成果归功于详细的多年规划，也归功于他在各个机组间的经验学习：“很多经验都来自于2号机组的工作。该团队跟踪了大约3000种不同的工作经验，其中包括一些是非常小的技巧，例如，我们更新了工作程序，使其更容易、更高效、更安全或质量更好。”

他解释了将详细计划转化为现场行动所面临的挑战，以及对反应堆更换部件等重大设施项目保持动态方法的必要性。

达林顿2号机组正在装载燃料(图片：OPG)

“当你第一次做任何事情时，可能都会制定很好的计划，但一旦进入这些计划和工作面的实际行动，就很难完全按照你的计划进行。团队实时吸取了教训。包括调整焊机的参数，以优化这些给水管与集管的焊接。通过学习如何焊接2号机组上的馈线，使后续机组的效率更高。”

其中一个关键问题是改变概念团队结构，在OPG员工和第三方承包商之间建立一个更具凝聚力的单位。

工人们庆祝达林顿电站2号机组的重建(图源：OPG)

罗斯说：“我们学到的一大教训是‘一个团队’的概念。当我们开始2号机组工作时，我们采用了传统的EPC方式，其中OPG是总承包商，我们有一个供应商是EPC。”

他继续说道：“在完成2号机组的过程中，我们发现，与其让我们的团队进行监督，不如让我们成为一个整体的团队。因此，我们将OPG监督团队与供应商团队整合到这个整体团队的概念中。你不知道谁在为哪家公司工作，这也无关紧要。一切都是为了一个共同的目标而合作，并按时按预算完成翻新工作。”

罗斯强调了从传统EPC模式向综合项目交付模式转变的重要性，这是成功的关键组成部分。

此外，OPG方法还意味着有勇气改变CANDU堆更换的模式。

罗斯解释道：“我们在2号机组上还学到了其他一些东西，例如，我们首先拆除了压力管，然后将排管串联起来。这就是我们之前进行的10次翻新的方式。但在2号机组工作期间，我们开始考虑一些可能的效率改进，其中一位工程师提出了将压力管和排管一起拆除的想法，这种方式更快，事实上更安全，因为从反应堆到废物流的压力管运输更少。在3号机组工作中，这为我们节省了30多天的时间，至少也为1号机组和4号机组节省了时间。这项投资最终节省了90天的时间，考虑到所有参与该项目人员的成本、资本化利息等，这是一笔相当可观的费用。”

4、工具和测试

作为达林顿翻新计划的一部分，OPG对涡轮发电机进行了大修，并正在安装新的数字涡轮控制装置。

设计一种同时取出压力管和排管器的新程序，既要改变工艺，又要开发新设备和新装置。所有这些变化也必须经过认定。

正如罗斯所说：“对工具、程序和表面工作的修改——在核领域，每项任务都需要认证，所以我们必须有程序，必须有检查点，所有与过程变化相关的需要做的事情也需要完成。”

OPG还尽可能采用了新的数字化和自动化工具。

这不仅意味着工厂设备，如蒸汽轮机的新数字控制，而且还意味着翻新过程。

“我们正在拆除反应堆中已经存在了30年的部件，拆除阶段使用的许多工具都应用了数字化和自动化工具，使过程更安全、更容易。其中许多工具由一名操作员控制。该操作员远离实际工作地点，提高了工人的安全性。”

罗斯说：“在工具方面进行了许多数字化改进，并继续推进工作自动化和提高工人安全。”

3号机组使用新的拆卸工具(图源：OPG)

从2号机组中学习到的经验，主要是最大程度地利用自动化工具。

他说：“我们的许多给水管焊接工具都是自动化的。可以锁定这些焊工，校准所有工具，并通过计算机辅助流程进行焊接。但要获得正确的参数来确保焊接合格是非常困难的。这是2号机组工作学到的教训之一。”

“随后对每个焊缝进行检查，在2号机组中，射线检查每个区域。我们在随后的机组中进行了数字射线检查，3号机组中通过数字射线检查，不需要工人走出安全区进行射线照相。这是另一项技术进步。”

实体模型的使用和新工具对程序的详细建模，对翻新方案总体成功也很重要。

达林顿能源综合体中的反应堆模型(图片：OPG)

“该项目的另一个关键经验是，我们在距离发电站约1.5公里的达林顿能源综合体创建了一个完整的排管区模型。在工厂使用的每一个工具，都在功能测试期间在工厂进行了一次全面测试，也在我们的模型内进行了测试。”

反应堆模型用于测试工具和程序，以及培训工作人员(图源：OPG)

“我们将在尽可能真实的情况下对其进行测试，把它们放在塑料套装中，并让它们完成操作过程。我们甚至会试图打断它，然后把异物扔出去，确保应对各种可能性。如果你在模型中充分测试了该工具，并在工人进入实际工作之前对他们进行了充分培训，成功可能性会更高。”

OPG与第三方承包商SNC-Lavalin公司合作，但工具分包给了许多不同的公司，包括ATS、Cambridge、Rolls-Royce等。CANDU还生产了一些工具。

尽管达林顿的实体模型带来了许多优势，但由于蓝图和竣工工厂之间的实际差异，仍会存在各种问题。

这需要额外修整过程，如对现有工厂进行蓝色激光扫描，以了解各个部件的实际位置。

“我们将其作为规划的一部分，”罗斯说，“这些反应堆是30年前建造的，尽管有设计图纸等，但就确切位置而言，这些部件是有点错位的。当你重建部件时，我们需要明确其中差异，所以我们对核岛进行了全面的激光扫描，然后创建了一个数字模型。”

5、规划的重要性

按时按预算交付任何类型的核项目，因其复杂性和独特性，很难具体量化过程，但达林顿核电站的翻新工程是通过严格的规划过程实现的，包括实物模型和建模。

“实际上，其经验可以归结为‘细致规划’。规划不能保证成功，但缺乏规划就可能会失败。我们对这项工作规划得非常好。我们受到安大略省能源委员会的效率监管，必须向他们提交我们的计划和成本估算时间表。独立核算专家表示，他们还没有看到一个项目如此细致的执行计划。因此，我们有很好的计划必须坚持下去。”

布鲁斯核电站3号机组于3月1日从断开电网，这一步骤被称为“断路器断开”，准备翻修工作(图源：布鲁斯电力)

“项目规划得确实可圈可点，建立了风险登记册，然而在项目执行过程中，所有这些似乎都被搁置和遗忘了。因为对项目规划得太好了，我们知道我们每天工作进度，如果我们没有达到效率，也是显而易见的。我们每天都有一个问题，我们为什么没有实现计划的进展，以及我们正在做什么来解决这些问题。每天一丝不苟的专注驱使我们取得了成功。如果出现问题，我们会询问原因，并尽早修复和纠正。”

然而，他还补充说明深入规划所带来的内在灵活性。

罗斯说：“在每个项目中我们都有意外开支。每个项目都有风险，我们有提取意外开支的机制，过去常常为意外开支提取资金。通过2号机组的经验，我们在3号机组中把预算放回到意外开支中，以防发生其他事情。我们创建了与风险登记相对应的所谓机会登记册，在管理风险的同时积极寻找创新机会。”

一旦翻新计划在2026年完成，这个128亿加元(94亿美元)的项目将使达林顿核电站能够再运行30多年，但对CANDU堆的相关学习可能会持续更长的时间，从而降低反应堆更换的成本和风险。