FANUC: robot cắt laser giúp thu gọn thùng rác phóng xạ, rút thời gian xử lý từ tháng xuống còn 1 giờ
Hai robot ARC Mate 120iC và M-900iB/360 của FANUC vừa đóng vai chính trong một dự án giảm kích thước thùng chứa độc đáo, hỗ trợ quá trình tháo dỡ tại nhà máy Sellafield. Hệ thống phân loại và cắt laser do đơn vị tích hợp Cyan Tec thiết kế hoạt động hoàn toàn tự động, giúp giảm diện tích lưu trữ rác phóng xạ chỉ còn một phần ba so với ban đầu, đồng thời rút thời gian xử lý từ hàng tháng xuống còn vài chục phút — và quan trọng nhất là loại bỏ hoàn toàn sự can thiệp của con người trong môi trường nguy hiểm.
Cuộc dọn dẹp hồ chứa lớn
Hệ thống First Generation Magnox Storage Ponds (FGMSP) từng được dùng để lưu trữ và làm mát nhiên liệu đã qua sử dụng từ các lò Magnox. Do xuống cấp và bị nhiễm bẩn, các hồ này đang được tháo dỡ. Qua thời gian, bùn, mảnh nhiên liệu và ăn mòn khiến nhiều hồ trở nên rất phóng xạ, nên việc dọn dẹp và tháo dỡ trở thành một phần lớn trong nỗ lực làm sạch của Sellafield.
Để sửa chữa và làm sạch các hồ này, các thùng chứa (skip) trong hồ phải được kéo lên — nhưng vấn đề nằm ở chỗ không còn đủ Lĩnh vực để lưu trữ những thùng đã được rút ra. Cyan Tec, với kinh nghiệm về giải pháp tự động hóa, laser và robot cho ngành hạt nhân, được giao nhiệm vụ tìm cách giảm kích thước thùng tại chỗ để giảm diện tích lưu trữ.
“Từ trước tới nay người ta vẫn tự làm thủ công vì cho rằng không thể tự động hóa. Vấn đề là sau khi thùng được rút và làm rỗng, chúng vẫn bị nhiễm và cần lưu trữ an toàn trong khi không có nhiều chỗ. Ý tưởng của chúng tôi là cắt nhỏ thùng để chúng chiếm ít Lĩnh vực hơn — 3 thùng có thể được thu gọn thành 1,” chia sẻ Tony Jones, Giám đốc điều hành Cyan Tec.
Đầy thách thức
Tuy nhiên, tự động hóa công việc này không đơn giản. Hệ thống phải lắp vừa một Lĩnh vực rất nhỏ và khi vận hành phải hoàn toàn tự chủ, không được phép có nhân viên can thiệp. Thùng chứa cũng không đồng nhất: cùng là kết cấu hàn nhưng khác kích thước, hình dạng, có thùng bị biến dạng do va đập, xử lý không tốt hoặc ăn mòn — sự biến thiên này là thách thức lớn cho routines cắt và thao tác cố định. Thêm nữa, vì vấn đề an toàn phóng xạ, cơ hội chạy thử và nghiệm thu trước khi lắp đặt trên thực địa rất hạn chế.
Giải pháp an toàn, hiệu quả và tiết kiệm Lĩnh vực
Cyan Tec thiết kế và lắp đặt một hệ thống toàn bộ turnkey gồm cắt laser và cơ chế xử lý để hoạt động tự động trong một bunkers hạt nhân. Hệ thống được chế tạo tại nhà máy Cyan Tec ở Leicester, sau đó lắp đặt tại Sellafield và thử nghiệm trên thùng không nhiễm trước khi xử lý thùng nhiễm dưới sự giám sát của đối tác dự án TKE Nuclear.
Trung tâm hệ thống là hai robot sáu trục FANUC: ARC Mate 120iC nhỏ gọn cho nhiệm vụ cắt và M-900iB/360 chịu tải nặng để thao tác các tấm. Lý do chọn là độ tin cậy hàng đầu của FANUC — được khẳng định qua thử nghiệm tuổi thọ tăng tốc và đi kèm lời cam kết “không bảo trì” trong tám năm.
“Hệ cell phải đạt độ tin cậy 100% vì không có cơ hội vào sửa chữa nếu có sự cố. Vì vậy chúng tôi chọn công nghệ đã được chứng minh trong các ngành khắt khe. Robot FANUC là ví dụ điển hình — họ có lịch sử hoạt động ổn định ở các nhà máy ô tô với thời gian hoạt động rất cao,” Tony nói.
Đây cũng là dự án thử nghiệm chiến lược dùng công nghệ thương mại sẵn có (COTS) trong ngành hạt nhân vốn quen dùng giải pháp đặt làm riêng đắt tiền. Cyan Tec chuẩn bị lắp encoder ngoài nếu cần, nhưng FANUC chứng tỏ đủ bền để không phải bổ sung.
Quy trình hoạt động
Khi thùng vào cell, nó được chuyển lên bàn xoay servo để hệ thống quét. Robot M-900iB cầm đầu quét tạo ảnh 3D của thùng, MeshLab so sánh thùng quét với mẫu tham chiếu để điều chỉnh tham số cho ARC Mate 120iC gắn đầu cắt laser, từ đó xác định đường cắt tối ưu. Camera cũng ghi lại vị trí chính xác của thùng đầu ra để việc xếp dỡ được chính xác.
ARC Mate 120iC cắt thùng thành các tấm trong khi giữ khung cấu trúc còn nguyên càng lâu càng tốt để giảm lượng mảnh văng trong không khí. Sau đó M-900iB đổi công cụ lấy nam châm điện để nhấc từng tấm và xếp chúng vào thùng đầu ra. Tấm đáy thường dính nhiều mảnh vụn nên được hút bụi trước khi đặt vào. Với rác mức thấp, một camera gamma kiểm tra mức phóng xạ trên mỗi tấm trước khi xếp; nếu phát hiện mức trung bình hoặc cao, robot sẽ để tấm lên một “giá kiểu toast rack” để xử lý bằng phương pháp khác.
Toàn bộ cell được vận hành từ xa, từ phòng điều khiển cách bunker 100 mét. Với tầm với, khả năng chịu tải và kích thước vừa đủ, M-900iB là lựa chọn then chốt — nó có sức nâng 360 kg và tầm với 2.655 mm, đồng thời không quá cồng kềnh để lắp vừa hệ cảnh bảo an toàn quanh laser.
Kết quả: từ một tháng xuống còn một giờ
Ban đầu cell được thiết kế để giảm kích thước 50 thùng rác hạt nhân. Kết quả vượt mong đợi: hệ thống xử lý nhiều thùng hơn, nhanh hơn và hoàn toàn loại bỏ rủi ro sức khỏe cho công nhân so với phương pháp thủ công.
“Hệ thống này thay đổi cách xử lý và giảm kích thước thùng, cho thấy cách tiếp cận COTS có thể hoạt động trong ngành hạt nhân,” Tony nhấn mạnh. “Thật ấn tượng khi tự động hóa giúp rút thời gian cắt và đóng gói từ khoảng một tháng xuống còn chỉ 60 phút. Hiệu quả là rất lớn, nhưng điều nổi bật nhất là tác động tới sức khỏe và an toàn: giảm hoàn toàn yếu tố phơi nhiễm.”
Tony cũng khẳng định công nghệ của FANUC đóng vai trò then chốt trong thành công này và Cyan Tec đặt niềm tin vào độ tin cậy và hỗ trợ từ FANUC.
Truy cập website FANUC để biết thêm thông tin.