《CPA系统水下电极PVC管道检查及清理机器人》——中广核核电运营有限公司发电机主任工程师陈俊达

2025年11月14日，中广核核电运营有限公司发电机主任工程师陈俊达在深圳核博会“AI+核能创新应用产经路演”上发表《CPA系统水下电极PVC管道检查及清理机器人》主旨报告。

分享介绍了用于核电厂CPA系统水下电极PVC管道检查和清理的机器人项目，旨在替代高风险、高成本的人工潜水作业。该机器人通过远程遥控、超空化射流清洁、视频检查和稳定姿态控制，实现对管道海生物附着物的清理与检查，并已在大亚湾核电厂相关机组成功应用和推广。

关键点
1. 项目主题与汇报结构（00:05）
汇报人来自中国核电运营有限公司，介绍的项目是CPA系统水下电极PVC管道检查和清理机器人。汇报内容包括研发背景、研发难点、技术方案、知识产权和发展前景。

2. 研发背景：海生物附着影响系统保护效果（00:40）
核电厂泵站CPA系统的保护电极固定在海水中的PVC管道上，管道周围会附着海生物，影响设备保护极性，因此需要在机组停机期间进行清洁和检查。传统方式依赖潜水员使用铲刀手工清理，存在窒息、溺水等风险，在核电厂被列为一级高风险作业，同时单次大修费用约七万元，受人力安排和价格上涨影响。

3. 研究内容与机器人功能设想（02:00）
项目研究重点包括水下机器人清洁能力、水下运动稳定性以及装置集成自动化。为响应核电厂潜水作业安全改进要求，项目组考虑使用水下机器人替代人工完成清理检查，具备远程遥控、岸上操控到达作业点、水下观测、海生物清理和视频检查评估等功能。

4. 研发难点：清洁能力与防损伤要求（03:12）
海生物在管道表面的附着力较强，常规水流和压缩空气难以有效清理。同时，清理过程中还需要避免对PVC管道和卡箍造成损伤。

5. 研发难点：水下稳定运动与姿态控制（03:38）
机器人在水下可能受到海水流动影响，并需搭载清理、摄像、照明等多功能模块，因此运动时需要保持稳定。清洁作业过程中还要保持稳定姿态和深度，覆盖管道四周，避免清洁死角，并适应海生物附着导致的管壁不平整。

6. 技术方案：超空化射流清洁（04:46）
项目选择超空化射流技术以确保清洁效果，将普通水流转化为高压射流，对PVC管道周围附着的海生物进行有效清理。通过确定射流水压和喷射距离，在保证清洁效果的前提下保护卡箍和管道免受损伤。

7. 喷头配置与全面清理设计（05:35）
机器人设置多种可转换喷头以适应不同清理需求：单喷头可左右往返清理，双喷头可上下直喷清理，三喷头可结合上下直喷和侧喷，实现更全面的管道清理。

8. 多功能控制提升水下稳定性（05:58）
机器人配置多方向布局推进系统，并内置高精度陀螺仪传感器，持续监控水下运动姿态。通过自动推力控制保持定身模式，借助导向机构适应墙体表面不平整工况，并通过反作用喷射装置使机身贴近墙面或管壁表面运动。

9. 知识产权成果（06:51）
该项目已经获得一项实用新型发明专利。

10. 应用场景与行业需求（07:04）
核电厂冷源关键设备旋转滤网运行过程中，其配套应急保护的水下电极PVC管道会附着大量海生物和污垢，影响应急保护系统效果和稳定性，需要定期清洁检查。传统潜水作业属于高风险、高成本、低能效模式，而当前全球范围内尚无可完全替代人工完成该类作业的智能机器人装置。

11. 复杂水下环境增加作业难度（07:57）
作业环境通常位于核电厂取水口旋转滤网附近，水深约七米，并伴随藤壶、贝壳等海生物聚集。水流湍急、光照不足、能见度低等因素叠加，使清洁检查作业更困难，也增加潜水员身体和心理负担。

12. 创新价值与经济性（09:04）
机器人搭载多功能模块，可实现海生物有效清洁，避免重大安全风险，提升核电厂大修工作的本质安全水平。其单次应用成本低、可重复使用，长期运营经济效益较显著。

13. 实际应用与推广前景（09:33）
该成果于2023年5月在大亚湾核电厂二号机组泵站成功应用，结果符合预期，并已推广到大亚湾核电基地多个机组完成水下维护任务。后续项目组计划推动其在国内其他核电站及国际同类机型中部署，实现跨基地、跨机型全面推广，填补核电厂冷源系统智能维护装备领域空白。

时间线
00:05 - 开场介绍汇报人、项目名称和汇报框架，明确主题为CPA系统水下电极PVC管道检查和清理机器人。
00:40 - 说明核电厂泵站CPA系统管道受海生物附着影响，需要停机期间清洁检查，并指出人工潜水方式的安全风险和成本问题。
02:00 - 转入研究内容，提出用水下机器人替代人工潜水，概述远程遥控、清理、观测和视频检查等功能。
03:12 - 集中分析研发难点，包括海生物附着强、常规清理方式效果有限、不能损伤管道卡箍以及机器人水下稳定控制要求。
04:46 - 介绍技术方案，重点说明超空化射流、多喷头清理设计和推进控制、传感器、导向机构等稳定性设计。
06:51 - 简要介绍项目知识产权成果，指出已获得相关实用新型专利。
07:04 - 阐述发展前景和行业痛点，说明冷源系统相关管道清洁检查需求普遍存在，传统潜水作业受环境复杂性和人员风险制约。
09:04 - 总结机器人在安全性、经济性和创新性方面的价值，并介绍大亚湾核电厂的实际应用成果及后续推广计划。

AI 延伸阅读(下文由AI生成，其内容可能存在偏差，请注意甄别)：

CPA系统水下电极PVC管道检查及清理机器人的研发与应用

陈俊达分享的“CPA系统水下电极PVC管道检查及清理机器人”项目，聚焦核电厂泵站CPA系统保护电极所在PVC管道的水下检查与清理问题。由于这些管道长期处于海水环境中，周围容易附着藤壶、贝壳、污垢等海生物，附着物不仅会影响保护电极极性和系统运行效果，也会对冷源系统相关应急保护功能的稳定性带来潜在影响，因此需要在机组停机或大修期间定期开展清洁和检查。

过去，这类作业主要依靠潜水员下水完成。潜水员需携带装备进入取水口、旋转滤网附近等复杂水域，使用铲刀等工具对管道表面进行手工清理。该区域通常水深约7米，存在水流湍急、光照不足、能见度低以及海生物密集等问题，潜水员长时间作业体力消耗大，面临窒息、溺水等安全风险。在核电厂管理中，人工潜水作业属于一级高风险作业。同时，这种方式耗时长、费用高，单次大修相关作业费用约为7万元，并且成本还会受到潜水人员安排和人工价格上涨等因素影响。因此，研发能够替代人工潜水的水下清理机器人，既是降低重大安全风险的需要，也是提升作业效率和经济性的现实选择。

该机器人的核心目标是通过岸上远程遥控，实现水下定点移动、管道表面清理和视频检查等功能。作业人员可在岸上操控机器人到达指定位置，机器人沿PVC管壁上下运动，对管道表面附着物进行清除，并在清理完成后通过摄像系统观察清洁效果和管道状态。为适应水下管道表面附着物多、不平整、能见度差等工况，机器人集成了清洁、摄像、照明和运动控制等模块，使其能够在复杂环境中完成观测与维护任务。

项目研发面临的主要难点首先体现在清理能力上。海生物在PVC管道表面附着牢固，普通水流或压缩空气难以有效去除，但清理过程中又必须保护PVC管道和卡箍等设备本体，不能因冲击力过大造成损伤。因此，机器人需要在清洁效果和设备保护之间取得平衡。其次，机器人在水下作业会受到海水流动、多功能模块负载以及清洁动作反作用力的影响，必须具备良好的姿态稳定性和运动控制能力。尤其在射流或机械清理过程中，机体容易出现偏移或晃动，需要保持稳定深度、方向和作业位置。此外，管道为圆周结构，机器人不仅要覆盖正面区域，还要尽量避免两侧和背面形成清洁死角，这对贴壁运动、姿态调节和越障能力提出了较高要求。

在技术方案上，项目采用超空化射流清洁技术，将普通水流转化为具备较高清洁能力的射流，通过合理控制射流水压和喷射距离，实现对藤壶、贝壳等海生物的有效清除，同时避免损伤PVC管道和固定卡箍。针对不同清理范围和效率需求，机器人设计了多喷头清理方式：单喷头可进行左右往返清理，适合局部或线性区域；双喷头采用上下直喷方式，提高垂直方向清理效率；三喷头则结合上下直喷和侧喷，增强对管道周向区域的覆盖能力。

为保证水下运动和清洁过程的稳定性，机器人配置了多方向推进系统，提高水下自由移动和灵活控制能力；同时内置高精度陀螺仪传感器，实时监测姿态变化，并通过自动推力调节实现定深、定向和稳定悬停。针对管壁表面不平整、海生物附着导致的越障问题，机器人还设置了高位导向机构，帮助其在管壁或墙体附近上下移动时越过障碍；反作用喷射装置则用于增强机身贴壁能力，使机器人能够更稳定地贴近管道表面开展清理作业。

该项目已形成知识产权成果，获得了一项与水下电极PVC管道检查清理机器人相关的实用新型专利。技术成果不仅解决了核电厂CPA系统水下电极PVC管道清理检查中的实际问题，也为冷源系统智能化维护提供了新的装备方案。

从应用成效看，该机器人于2023年5月在大亚湾核电厂二号机组泵站首次成功应用，现场效果符合预期。随后，该成果已推广至大亚湾核电基地多个机组，并完成多项水下维护任务。相比传统人工潜水方式，机器人作业能够显著降低人员下水风险，减少高危作业暴露时间，提升核电厂大修和水下维护工作的本质安全水平；同时，设备具备重复使用价值，单次应用成本较低，长期运行具有较明显的经济效益。

未来，该项目将继续推进在国内其他核电站的应用部署，并探索在国际同类机组中的推广可能。随着跨基地、跨机型应用的逐步实现，该机器人有望填补核电厂冷源系统智能维护装备领域的部分空白，推动核电运维模式从依赖人工高风险作业向智能化、远程化、装备化方向转型，为提升核电安全生产水平提供示范。