Die Segmentierung eines Kernreaktors während der Stilllegungsprozesse ist äußerst komplex und stellt mehrere erhebliche Herausforderungen wie Strahlungsgefahren, Kontaminationskontrolle, Arbeitssicherheit, bauliche Stabilität, enge Räume, verschlechterte Bedingungen, Volumenreduzierung und Werkzeugzuverlässigkeit dar.
Die Segmentierung umfasst das Schneiden und Zerlegen von zwei Hauptkomponenten des Reaktors: dem Reaktordruckgefäß und den Innenteilen des Reaktordruckgefäßes. Traditionell wurde dies mit ferngesteuerten Geräten vorwiegend manuell und mit sehr wenig oder gar keiner Automatisierung durchgeführt. Aber was wäre, wenn wir diesen Prozess tatsächlich durch Automatisierung sicherer und effizienter gestalten könnten?
Für viele Branchen wie Biowissenschaften, industrielle Montage und Herstellung von Konsumgütern steht die Automatisierung im Mittelpunkt ihrer Produktion und wird meist mit verbesserter Leistung, Sicherheit und Kostenreduzierung in Verbindung gebracht. Jedoch läuft die Segmentierung von Kernreaktoren, insbesondere bei Druckwasserreaktoren (PWR), anders ab: Hier segmentieren die Betreiber wenige Komponenten, die aus sehr großen und schweren Abschnitten bestehen, im Gegensatz zu einer Vielzahl kleinerer Komponenten aus einer repetitiven Matrix, wie in den oben genannten Branchen.
Häufige Herausforderungen bei der Segmentierung
Bediener bevorzugen in der Regel manuelle Steuerungen, da sie die Möglichkeit haben möchten, Geschwindigkeiten, Fahrwege und Drücke direkt per Hand und im Jog-Modus zu steuern.
Automatisierung wird oft negativ mit unerprobter Anpassung, fehlender Robustheit, „flüchtigem“ Betrieb und einem hohen Maß an Komplexität verbunden, die Fehlerbehebung und Unterstützung vor Ort erschweren.
Aber muss es wirklich so sein?
Die Segmentierung von Reaktorinnenteilen und Druckbehältern kann mit geeigneten Automatisierungsgraden optimiert werden und muss nicht auf Kosten von Einfachheit, Robustheit und einer benutzerfreundlichen Bedienung erfolgen.
Warum ist Automatisierung bei der Stilllegung sinnvoll?
Auch wenn Automatisierung einschüchternd erscheinen mag, hat sie in vielen anderen Branchen für große Veränderungen gesorgt und sollte bei der Stilllegung von Kernkraftwerken nicht übersehen werden. Automatisierung erfordert in der Regel, dass die zu handhabenden Prozesse und Teilearten genau definiert sind. Dies wird traditionell durch eine Art Benutzerspezifikation bereitgestellt, in der Prozesse, Komponenten und die erforderlichen Ergebnisse detailliert definiert sind. Geschwindigkeiten, Zykluszeiten, Gewichte, Abmessungen, Beschleunigungen, Materialien, Oberflächenbeschaffenheit, Umgebung, Toleranzen, Materialfestigkeiten und Härte sowie zulässige Kontaktmaterialien werden in großer Detailtiefe spezifiziert, und die Abnahme der Ausrüstung ist direkt an diese Anforderungen geknüpft.
Die Automatisierung, die für diese Anwendungen erforderlich ist, konzentriert sich in der Regel auf Durchsatz, Zykluszeit und Qualität. Hochgeschwindigkeits-Handhabung und Pfadplanung liegen meist vollständig im Ermessen des Automatisierungsanbieters. Die Automatisierung zielt normalerweise darauf ab, sich wiederholende Bedieneraufgaben zu eliminieren und die Produktion zu verbessern. Komponenten sind relativ leicht, und alles über eine Tonne würde als schwer gelten. Das bereitgestellte System, die Prozesse und die Ausrüstung umfassen in der Regel Hochgeschwindigkeits-Messtechnik und Bildverarbeitungssysteme sowie qualifizierte Prozesse mit detaillierten Parametern. Meistens handelt es sich um Fabrikautomationsanwendungen, bei denen die Umgebung gut kontrolliert und relativ sauber ist.
Im Gegensatz dazu sind in Segmentierungsumgebungen die detaillierten Prozesse oft nicht gut definiert. Der Schnittplan wird mit Fokus auf die Abfallklassifizierung entwickelt, und die erforderliche Detailtiefe entspricht nicht der, die in anderen Märkten der industriellen Automatisierung üblich ist. Die tatsächliche Segmentierung kann stark von den Bedingungen vor Ort und dem tatsächlichen Zustand abhängen.
Die Teileigenschaften, die normalerweise für einen Automatisierungsdesigner oder -ingenieur in einem routinemäßigen Industrieautomatisierungsprojekt von entscheidender Bedeutung wären, sind bei der Segmentierung nicht relevant. Der Schnittabschluss ist meist nicht von Belang und die Endgröße ist sehr ungefähr und variabel. Das schließt jedoch eine Automatisierung nicht aus.
Es hat sich gezeigt, dass für die Segmentierung verschiedene Automatisierungsgrade und -typen geeignet sind. Es gibt viele Arten und Konfigurationen von Werkzeugen, bei denen diese Ansätze angewandt werden können. Auch wenn die Beispiele für die Automatisierung für diejenigen, die mit industriellen Standardbedingungen vertraut sind, trivial erscheinen mögen, stellen sie doch einen Automatisierungsgrad dar, der für die Segmentierungsumgebung geeignet ist und zu mehr Sicherheit, Effizienz und Kosten beiträgt. Die im Folgenden beschriebene Automatisierung bietet betriebliche Flexibilität, um vollständig im Jog-Modus zu arbeiten oder bei Bedarf einige einfache automatisierte Bewegungen zu wählen.
Der Ansatz zur Anwendung geeigneter Automatisierungsgrade für die Segmentierung von Kernreaktoren
Es hat sich gezeigt, dass für die Segmentierung verschiedene Automatisierungsgrade und -typen geeignet sind. Segmentierungssysteme wie das MultiFlex™-System zur Segmentierung von Kernkraftanlagen, auf das ich gleich noch näher eingehen werde, können bereitgestellt werden, um die Menge und Größe der Segmentierungsausrüstung erheblich zu reduzieren und den Einrichtungsaufwand zu minimieren. Bei korrekter Anwendung kann Automatisierung die betriebliche Flexibilität maximieren, während die Robustheit und bewährte Schnittmethoden beibehalten werden. Diese Art der Automatisierung ergänzt den grundlegenden manuellen Betrieb, während sie dem Bediener Optionen für kombinierte Bewegungen bietet, um bedienerabhängige Koordination zu minimieren, die Schnitteffizienz zu verbessern, die Belastung des Bedieners zu reduzieren und das Fehlerpotenzial zu verringern.
Dieser Ansatz basiert stark darauf, dem Bedienpersonal Optionen für eine einfache Steuerung zu bieten, ersetzt jedoch nicht die Fähigkeit, im völlig manuellen Modus zu arbeiten. Dadurch kann der Bediener je nach Situation und den tatsächlichen Feldbedingungen den besten Betriebsmodus auswählen.
MultiFlex™ verwendet elektrische Servoachsen für präzise, programmierbare Bewegungen. Das Bedienpersonal kann bei Bedarf alles weiterhin manuell steuern, hat jedoch auch die Möglichkeit, automatisierte Bewegungen für mehr Effizienz zu nutzen.
Wie einfache Automatisierung die Effizienz bei der Segmentierung verbessert
Bewegung über einfache Distanzen
Die MultiFlex™-Systeme zur Segmentierung von Kernkraftanlagen ermöglichen vertikale Schnitte von einer Position zur anderen, ohne dass Bedienpersonal eingreifen muss. Für Automatisierungsdesigner mag dies nur knapp den Anforderungen für Automatisierung entsprechen, aber es wurde in der Segmentierung eingesetzt und hat sich als ein angemessenes Niveau einfacher und effektiver Automatisierung erwiesen.
Einfache koordinierte Bewegung
Das Bild links veranschaulicht eine koordinierte Bewegung im ATS MultiFlex™-System zur Segmentierung von Kernkraftanlagen. Diese automatisierte Bewegung ermöglicht horizontale Schnitte entlang eines gekrümmten Pfades, um dem Radius des Reaktordruckbehälters zu folgen, und verhindert, dass das Bedienpersonal zwei Achsen gleichzeitig steuern muss, wie es bei einem manuellen Betrieb üblich wäre.
Punkt-zu-Punkt-Bewegungen
Diese automatisierte Bewegung ermöglicht horizontale Schnitte entlang eines gekrümmten Pfads von Punkt B zu Punkt C in derselben Art wie die koordinierte Bewegung, jedoch ergänzt durch eine anfängliche Abwärtsbewegung von Punkt A zu Punkt B.
Dies ermöglicht es, Schnitte auf zufällig vorkommenden komplexen Geometrien zu machen, bei denen das Bedienpersonal basierend auf den Bedingungen vor Ort die Kontrolle über die Auswahl von Punkten hat und dann per Automatisierung mehrere Achsen koordinieren kann, auf eine Weise, die für einen Bediener nahezu unmöglich zu kontrollieren wäre.
Durch die Integration geeigneter Automatisierungsgrade können wir die Einrichtungszeit verkürzen, die betriebliche Flexibilität verbessern und robuste Schneidmethoden beibehalten. Dieser hybride Ansatz ermöglicht es den Bedienern, je nach Situation den besten Betriebsmodus zu wählen, wobei sowohl Sicherheit als auch Effizienz gewährleistet werden. Dies beweist, dass Automatisierung nicht übermäßig kompliziert sein muss.
Es ist entscheidend, dass die angewandte Automatisierung den Unterschied zwischen einer standardmäßigen industriellen Automatisierungsumgebung und der nuklearen Segmentierung berücksichtigt, um Überautomatisierung und Übertechnisierung von Lösungen zu vermeiden. Mit der richtigen Balance kann sie den Segmentierungsprozess bei der Stilllegung von Kernreaktoren erheblich verbessern.
Sprechen Sie mit einem Mitglied unseres Kernkraftteams, um mehr darüber zu erfahren, wie unser MultiFlex™-System zur Segmentierung von Kernkraftanlagen Ihnen bei der Bewältigung Ihrer Stilllegungsherausforderungen helfen kann.
