核電壓力容器充氮氣保護裝置的設計技術

劉慶榮

摘 要：核反應堆壓力容器（筒體和上蓋）在包裝保護要求容器內充裝氮氣，以保護壓力容器內不銹鋼堆焊層不受海上長途運輸過程中的鹽霧侵害，需對容器做密封包裝設計

關鍵詞：特殊防護；可剝性塑料；高壓密封；低壓密封；不銹鋼堆焊層；密封包裝

中圖分類號：G21F 文獻標識碼A

我公司為巴基斯坦生產的第二臺300MW核反應堆壓力容器在大連核電事業部出產，反應堆容器設計壽命為40年，它的壽命也是核電廠的運行壽命，堆容器是不可更換的，是核島主設備中最關鍵的設備，它盛裝著放射性核燃料U235 和堆內構件及作為載熱劑和慢化劑的高純水，同時承受著堆頂的驅動機構和其它附件的重量。它也是核島一回路系統的冷卻劑壓力邊界，又起著第二道安全屏障的重要作用。運行中它長期承受著高溫、高壓和中子輻照等作用。每臺核壓力容器制造周期需3～4年，對容器和附件的包裝保護是嚴格苛刻的，在制造完到包裝好裝船時間是非常緊張，對機器產品的包裝一般有簡易包裝，有效包裝和過度包裝。對一般機器設備采取有效包裝就可以滿足在運輸、吊裝、貯存等方面的要求，對核反應堆壓力容器的防護包裝，鑒于核電容器的重要性，核電設備包裝比一般機器設備的過度包裝還要苛刻，一回路壓力容器部件是核電廠唯一不可更換的部件，它的安全運行周期就是核電廠的使用壽命（此臺壓力容器設計使用壽命40年）。所以對壓力容器做怎樣的防護包裝都不過分，其中對容器內壁不銹鋼堆焊層的保護，要求容器內壁噴涂可剝性塑料，容器中加干燥劑，容器密封后充裝99%純氮氣，這密封工作過程是核容器在水壓實驗后的，是在包裝工作的重點工作，要求容器內壓力0.02MPa，保證在0.05Mpa壓力值左右較為適宜，壓力是否下降，密封是否成功，是工廠生產制造過程中的最后一個見證點。

一、充裝氮氣密封，容器內壓力大于外面大氣壓，保證外面的空氣（潮氣、鹽霧等）不進入容器內，雖然需要的壓力不大，對核容器來說卻是非常困難的，核壓力主容器是高溫、高壓類的容器，它的設計是大蓋端口按高溫、高壓密封接口做的，是空心金屬環，價格也非常昂貴，在低壓充氮密封中不適用，金屬環密封的加工槽，在包裝中是特別需要保護的，不能做為充氮氣密封的使用面的，不允許使用，進、出口接管是按焊接管留出的焊接端口，中子測量管的接口也是留的焊接接口，容器的接口數量在五、六十之多，大小口差別較大。對包裝接觸的材料成分有非常嚴格的限制，做密封難度非常大，我國有秦山、大亞灣核電廠，它們的容器是從日本和法國的進口容器、密封設計簡單，常規辦法設計，有泄漏，不能完全保證不泄漏，壓力降零時再充裝氮氣，海上長時間、長距離運輸需要補充很多氮氣，非常不方便，是不得以的辦法。我公司在為巴基斯坦C1包裝時，按參考借鑒外國以有的核電包裝模式做的密封，沒有密封住，在一重制造的需充氮氣加氫等容器，都沒有達到過要求。在為巴基斯坦制造的C2容器時，買方就明確提出在C2包裝上保證充裝氮氣后不泄壓。保證在海上兩個月運輸中堆容器內不受影響。在做C2密封包裝時，既然沒有可借鑒的成功經驗，我們把堆容器的各口特點拿出來研究，針對每個口需要怎樣做能達到密封效果，逐一攻關。

壓力容器筒體有進出口各2個，中子測量管29個，檢漏管1個，容器密封圈口；頂蓋有蓋沿密封口，放氣管口，測溫管座口4個，驅動管座口37個。包裝密封將筒體和頂蓋單獨做密封包裝設計。

筒體的密封示意圖1

法蘭面密封面結構圖2

在端蓋上做雙密封槽設計，外環形槽位置在筒體密封面的外邊上，在內邊上再有一道環型密封槽，蓋板厚度在40-50mm，并在蓋板上加環狀筋板，增加蓋板的剛性，與密封面接觸的蓋板面采用不銹鋼板焊接或堆焊不銹鋼焊層，裝配時再粘

1mm厚橡膠板。螺栓把合方式在主螺栓周圈孔上安裝變徑螺栓，與蓋板把合上。密封件選用Φ14橡膠繩雙圈，橡膠材料材質符合核電不銹鋼材料的防污染要求。

進、出接管口的密封如圖3所示。

進、出接管口安全端是與連接管道焊接的接口處，是已加工出的焊接坡口，焊接坡口不僅需要保護，在坡口面上作密封非常困難，根據接管口的特點，在內外拉螺栓，做徑向和端面密封，雙道雙環O型橡膠圈密封。

中子管密封采用雙環O型密封圈的方式。用拉桿拉住一個密封塞，密封塞上套兩個O型密封圈，如圖4所示：

檢漏管口密封采用橡膠套塞，用兩個喉箍箍緊。

二、頂蓋密封：在頂蓋密封面上做一密封蓋板，在螺栓把合面下做支承底座，驅動管座采用水壓密封堵塞加蓋帽的方式。

通過一重產品巴基斯坦恰希瑪30WKW C2核電容器密封經過3個月的運輸到現場，充裝氮氣沒有泄漏；秦山二期4#60WKW壓力容器經海上運到安裝現場，內充裝的氮氣沒有泄漏，壓力沒有下降。福清100WKW1#壓力容器密封包裝也保證了充氮氣壓力達到0.05WPa不泄漏，核壓力容器充氮氣密封技術，能夠使一重的核容器運輸到世界任何地方，能夠經長期、長距離海上的運輸。達到世界領先水平。

此種密封技術有以下優點：

1 對密封面、進出口端的保護好，防止磕碰；

2 充裝氮氣后，惰性氣體對容器內堆焊不銹鋼有保護作用，完全免受海運鹽霧影響；

3 采用機械式密封，雙槽O型橡膠密封圈，方便安裝，密封效果好，易于拆卸；

4 能夠滿足壓力容器長期貯存的要求；

5 運輸過程中，不用帶很多的氮氣瓶；節約運費，在運輸途中不用補充氮氣；

6 滿足長距離、長時間的海上運輸的需要。

參考文獻

[1]機械設計手冊（化工版）.

[2]現代機械設計方法實用手冊.