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Scanning Realities

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Reality Capture Arbeitsabläufe setzen neue Maßstäbe für die Sicherheit bei der Stilllegung von Kernkraftwerken

Fallstudie
Juni 2021

Die Stilllegung eines Kernkraftwerks ist ein komplexes Unterfangen, das durch den Einsatz von eSite in Finnland sicherer und effizienter NavVis Reality Capture Technologie.

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Durch den Einsatz von freihändigem mobilem Scannen mit NavVis VLXDer Anbieter von Virtual-Reality-Lösungen eSite hat einzigartige Arbeitsabläufe entwickelt, um Ingenieure zu unterstützen, die in ganz Europa an Projekten zur Stilllegung von Kernkraftwerken arbeiten.
  • Die Sicherheit und Schnelligkeit der Reality Capture von Strukturen, Systemen und Komponenten von Kernkraftwerken wird drastisch verbessert.
  • Mitarbeiter wie Bediener, Wartungsfirmen, technische Experten, Projektteams und Anbieter von Sicherheitsschulungen verfügen nun über eine aktuelle 3D-Dokumentation, die sie zur Planung ihrer Aufgaben nutzen können.
  • Unterstützt das zentrale Sicherheitsprinzip ALARA - "As Low as Reasonably Achievable" (so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar) - zur Minimierung der Strahlenbelastungszeiten in kontrollierten Bereichen.
  • Neben der Nuklearindustrie können dieselben Techniken und Arbeitsabläufe auch in anderen sicherheitskritischen und Schwerindustrien eingesetzt werden, z. B. in Öl-, Gas- und anderen Energieerzeugungsanlagen.
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Neudefinition von Sicherheit und Effizienz in der Nuklearindustrie

Die Demontage jeder Art von schwerem Industriegerät ist immer ein äußerst komplexes Unterfangen - bei der Stilllegung von Kernkraftwerken sind die Herausforderungen jedoch exponentiell größer.

Neben der genauen Planung, welche Ausrüstungsgegenstände in welcher Reihenfolge bearbeitet werden, wird der Prozess durch die begrenzte Zeit erschwert, die die Arbeiter in der Anlage selbst verbringen können, um ihre Strahlenbelastung zu minimieren.

Durch den Einsatz des freihändigen mobilen Scannens mit dem NavVis VLX System hat der Anbieter von Virtual-Reality-Lösungen eSite einzigartige Arbeitsabläufe zur Unterstützung von Ingenieuren entwickelt, die in ganz Europa an Projekten zur Stilllegung von Kernkraftwerken arbeiten.

Durch die Kombination von Reality Capture mit virtueller Realität hat eSite die Möglichkeiten für Sicherheit und Effizienz in der Atomindustrie neu definiert.

"Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Sie mobiles Mapping in Ihre bestehenden Laserscan-Workflows integrieren können?"

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mobiles Mapping strenge Sicherheitsstandards zu erfüllen

Der Prozess der Stilllegung eines Kraftwerks, das Kernmaterial enthält, ist sowohl komplex als auch besonders gefährlich. In jeder Anlage kann es Bereiche geben, in denen die Strahlenbelastung höher ist als in anderen - und das übergreifende Prinzip für die Arbeit in diesen Bereichen besteht darin, die Arbeiten in möglichst kurzer Zeit auszuführen und dabei Abstand und Abschirmung von den Strahlungsquellen einzuhalten(ALARA-Prinzip, "As Low As Reasonably Achievable"). Der Grundsatz, die Expositionszeit "so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar" zu halten, ist ein Eckpfeiler der Sicherheit in der Nuklearindustrie: Je weniger Zeit man in kontrollierten Bereichen verbringt, desto besser - aus Kosten- und Sicherheitssicht.

Bei Neubauprojekten ist es einfacher, diese komplexe Planung mit detaillierten 3D-Modellen durchzuführen, aber für die älteren Anlagen, die in ganz Europa stillgelegt werden, gibt es keine solchen 3D-Modelle. In einem Umfeld, in dem Zeit ein kritisches Element ist, hat das herkömmliche terrestrische Laserscanning-Verfahren klare Nachteile - die Arbeit vor Ort ist langsam und man kommt dabei mit den Anlagenstrukturen in Kontakt. Die Scanning-Experten haben möglicherweise keine Genehmigung oder Ausbildung, um kritische Bereiche zu betreten, und sie erhöhen auch ihr eigenes persönliches Risiko der Exposition.

NavVis ist spezialisiert auf Scangeräte und Software für die schnelle und genaue Erfassung. NavVis VLX ist ein an der Schulter zu tragendes Gerät mobiles Mapping , das für die Arbeit in schwierigen, engen oder unebenen Umgebungen entwickelt wurde und einen freihändigen Zugang ermöglicht. Durch die Integration NavVis VLX eSite von Fortum konnte durch die Integration in die Arbeitsabläufe bei der Stilllegung von Kernkraftwerken die Sicherheit und Geschwindigkeit der Reality Capture von Strukturen, Systemen und Komponenten von Kernkraftwerken erheblich verbessern und den Arbeitern wertvolle 3D-Umgebungen zur Verfügung stellen, die sie zur Planung ihrer Aufgaben nutzen können. Dies spart Geld und reduziert die Strahlendosis der Arbeiter.

Für die Kartierung in schwierigen Umgebungen wie Kernkraftwerken hat sich das SLAM Scanning (Simultaneous Localization And Mapping) als idealer Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit erwiesen, da es in der Lage ist, sich selbst zu referenzieren und zu lokalisieren, selbst wenn es sich bewegt. Zwar ist das SLAM Scanning nicht unter allen Bedingungen so genau wie statische Scanner, doch ermöglicht es eine kontinuierliche Abtastung durch einen Rundgang mit einem mehr als angemessenen Detailgrad. In Kombination mit einem benutzerfreundlicheren Prozess, der weniger Schulung erfordert, haben die Scan-Workflows von SLAM das Potenzial, den Zeitaufwand für die Erfassung von Innenräumen drastisch zu reduzieren.

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Arbeitsabläufe, die Zeit, Sicherheit und Schutz optimieren

eSite wurde 2019 als Serviceeinheit von Fortum gegründet und ist ein Anbieter von Virtual-Reality-Lösungen für die Industrie, dem komplexe Umgebungen von Anlagen, Fabriken und Baustellen nicht fremd sind. So setzt Fortum Nuclear Services eSite beispielsweise beim ersten nuklearen Stilllegungsprojekt in Finnland ein, der Stilllegung des Forschungsreaktors FiR 1. Sicheres Arbeiten in der Nuklearindustrie ist aus offensichtlichen Gründen ein zentrales Anliegen, und die nukleare Sicherheit in Finnland wird seit mehr als 40 Jahren kontinuierlich verbessert.

Durch die Erstellung realistischer 3D-Punktwolkenmodelle aus Reality Capture von Bereichen, die als nächstes stillgelegt werden sollen, kann eine zusätzliche Sicherheitsebene geschaffen werden. Da die Zeit, die die Bediener vor Ort mit der Durchführung von Stilllegungsarbeiten verbringen, so kurz wie möglich gehalten werden muss, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Arbeitsverfahren, die sie befolgen, sowohl effizient als auch korrekt sind. Die Wahrscheinlichkeit, dass dies gelingt, steigt, wenn sie in der virtuellen Realität, die mit Reality Capture erstellt wurde, geprobt werden, sagt Miko Olkkonen, Leiter von eSite.

"Ein Raum oder ein Bereich in einem Kernkraftwerk, der stillgelegt werden muss, bedeutet, dass man dort hineingehen und einige Rohre durchtrennen muss, die früher radioaktives Wasser enthielten, und das auf sichere Weise. Das bedeutet auch, dass man alles tun muss, um dies so schnell und sicher wie möglich und mit der geringsten Strahlendosis zu tun."

"Wir können die Reality Capture am Morgen erstellen, sie am Nachmittag bearbeiten, den Scan in eine Virtual-Reality-Brille einfügen, und die Mitarbeiter vor Ort können die Arbeiten üben, die sie für einen 15-minütigen Schnitt des Rohrs benötigen.

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Miko Olkkonen
Leiter von eSite bei Fortum

 

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Von Jahren zu Minuten

Bei der virtuellen Planung der Arbeitsabläufe ist es möglich, diese so zu verfeinern, dass sie schnell und präzise durchgeführt werden können und Strahlungsherde vermieden werden. Jede Handlung im Kontrollbereich der Anlage bedeutet Zeit, die man der Strahlung aussetzt. Das Prinzip "so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar" steht hinter jeder dieser Entscheidungen. In Kombination mit anderen Sensoren, die ebenfalls Strahlung abbilden können, kann eine Überlagerung von Strahlungs-Hotspots in die Visualisierungen eingefügt werden, um Risikobereiche frühzeitig zu erkennen.

"Wir können die Reality Capture am Morgen erstellen, sie am Nachmittag bearbeiten, den Scan in eine Virtual-Reality-Brille einfügen, und die Mitarbeiter vor Ort können die Arbeiten üben, die sie für einen 15-minütigen Schnitt des Rohrs durchführen müssen. In der virtuellen Realität kann man üben, wo man hingeht, was man tut, wo man seine Ausrüstung aufbewahrt. Man kann üben, wie man schneller und mit weniger Schritten vorankommt und heiße Stellen vermeidet. Natürlich ändert sich die Umgebung während der Stilllegung, und der Vorteil ist, dass man die ursprüngliche Reality Capture verwerfen kann, und wenn man das nächste Mal an dieser Stelle arbeiten muss, nimmt man eine neue Reality Capture von diesem Moment", sagt Olkkonen.

In den finnischen Kernkraftwerken, in denen Fortum Nuclear Services und eSite tätig sind, gibt es radioaktive Bereiche und Räume, die nur an wenigen Tagen im Jahr während der jährlichen Abschaltung des Kernkraftwerks für Menschen zugänglich sind. Während dieser wenigen Tage werden Hunderte von Wartungsarbeiten nach einem minutengenauen Zeitplan durchgeführt.

Seit einem Jahrzehnt besteht die beste Praxis darin, diese Bereiche zu betreten und stationäres Laserscanning durchzuführen. Dies ermöglichte die Planung der Stillstandsarbeiten für das nächste Jahr während der Betriebsphase der Anlage, obwohl die Bereiche nicht physisch zugänglich sind. Selbst bei 10-stündigen Scanarbeiten konnten wir nur begrenzte Abschnitte erfassen.

Jeder Moment in diesen kontrollierten Bereichen erhöht die Strahlendosis des Untersuchungsteams. Um die Abdeckung des Scans zu verbessern und die empfangene Dosis zu verringern, begann Fortum 2015, diese Bereiche mit 360°-Fotos und -Videos zu erfassen. Dadurch konnte die Zeit der Datenerfassung vor Ort von mehreren 10 Stunden auf wenige Stunden reduziert werden. Obwohl diese Technik die Dosis reduzierte, war es nicht möglich, Entfernungen an allen Stellen zu messen oder 3D-Informationen zu extrahieren, die für die Planung und das Engineering von Ausfällen wichtig sind.

Heute haben neue mobile Reality Capture Technologien wie das NavVis VLX haben die Feldarbeit in diesen schwierigen Gebieten noch weiter verkürzt - von vielen Stunden auf etwa fünfundvierzig Minuten, wodurch die aufgenommene Dosis noch weiter auf ein Drittel reduziert werden konnte. Durch die Kombination von stationärem Laserscanning, 360-Videos und mobilen Reality Capture Daten aus dem NavVis VLXMit der Kombination von stationärem Laserscanning, 360°-Videos und mobilen Daten aus dem eSite-System hat eSite den Sweet Spot für eine umfassende Scanabdeckung, hochpräzise Messungen und fotorealistische Bilder gefunden - und das alles in der kürzest möglichen Zeit. Für die Nuklearindustrie bedeutet dies einen konkreten Mehrwert: geringere Dosis, kürzere Ausfallzeiten und verbesserte Sicherheit. Und das ist etwas, was eSite und Fortum mit ihren globalen nuklearen Reality Capture Dienstleistungen für die Atomindustrie bieten können.

Wenn Sie Eigentümer eines Kernkraftwerks, Auftragnehmer bei Störfällen oder im Bereich der Stilllegung von Kernkraftwerken tätig sind, finden Sie unter Reality Capture weitere kernkraftspezifische Referenzfälle und White Papers von Fortum Nuclear Services.

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Die Scans in Kernkraftwerken selbst werden Wochen im Voraus geplant, so dass sie nur einmal und in kürzester Zeit durchgeführt werden können. In besonders sensiblen Bereichen arbeitet eSite mit dem Kraftwerkspersonal zusammen, das über die entsprechenden Kenntnisse, den Zugang und die Ausbildung verfügt, um die Erfassung selbst vorzunehmen.

Der einzigartige Formfaktor des NavVis VLX ermöglicht einen freihändigen Betrieb, so dass das Personal neben den Scans andere Aufgaben oder Messungen durchführen kann, und vermeidet den Kontakt mit Oberflächen während des Scans. Mit Rollwagen betriebene Scansysteme waren anfällig für die Aufnahme nuklearer Verunreinigungen von den Böden der Anlage und erforderten manchmal eine spezielle Dekontamination oder sogar die Entsorgung nach Abschluss des Projekts. Der Gang durch denselben Raum mit dem NavVis VLX auf der Schulter eines Arbeiters durch denselben Raum zu gehen, minimiert die Menge an Kontamination, die sich auf der Ausrüstung ansammelt - das spart Zeit und reduziert die Dekontaminationskosten.

Die Verfahren, die bei Arbeiten in kerntechnischen Anlagen angewandt werden, haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, wobei jedes Mal versucht wurde, das "vernünftig Erreichbare" zu definieren, d. h. die Zeit zu minimieren und die Sicherheit zu maximieren. Da diese Verfahren die Messlatte höher legen, könnten die Auswirkungen in der gesamten Nuklearindustrie zu spüren sein, sagt Olkkonen.

"Es gibt eine interessante Wendung: Jetzt, da es vernünftigerweise möglich ist, Reality Capture in Kernkraftwerken zu verwenden, sollte die Industrie dies tun. Die Messlatte für 'vernünftig' ist gesunken, was bedeutet, dass die Sicherheit gestiegen ist."

Neben der Nuklearindustrie können dieselben Techniken und Arbeitsabläufe auch in anderen sicherheitskritischen und Schwerindustrien eingesetzt werden, z. B. in der Öl- und Gasindustrie und in anderen Energieerzeugungsanlagen. Überall dort, wo es von Vorteil ist, den Zugang von Personen zu gefährlichen Bereichen zu beschränken oder ein virtuelles Modell zum Üben von Arbeitsabläufen zu haben, können Anlagenbesitzer die Kosten auf breiter Front senken und gleichzeitig die Sicherheit aufrechterhalten oder sogar verbessern.

"Es gibt eine interessante Wendung: Jetzt, da es vernünftigerweise möglich ist, Reality Capture in Kernkraftwerken zu betreiben, sollte die Industrie dies tun. Die Messlatte für 'vernünftig' ist gesunken, was bedeutet, dass die Sicherheit gestiegen ist."

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Miko Olkkonen
Leiter von eSite bei Fortum

 

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