淺析核電廠反應堆壓力容器完整性問題

姜琳

摘要：堆芯反應堆壓力容器位于核島安全殼廠房內(nèi)的核心區(qū)域，安裝空間相對較小，安裝精度較高。對于不同類型的核島安全殼電廠，應采用不同的技術(shù)來完成翻轉(zhuǎn)和安裝。周轉(zhuǎn)安裝過程安全質(zhì)量風險高，過程銜接要求準確，成品防護標準高。根據(jù)核島的不同設計類型，設備的引進和安裝可分為臥式和開頂式。

關鍵詞：電廠反應堆;壓力容器;完整性;問題;分析

1反應堆壓力容器安裝概述

反應堆壓力容器（RV）是核電站的核關鍵一級設備。其核安全等級為SC-1，質(zhì)量保證等級為QSA1，安裝質(zhì)量保證等級為Q2。壓力容器筒體由下封頭、筒體、冷卻劑進出口、安注管線、壓力容器法蘭、檢漏管等部件焊接成一個整體，筒體表面為耐腐蝕不銹鋼堆焊層，整個容器垂直安裝在反應堆壓力容器支承環(huán)上。主要安裝過程集中在壓力容器超載卡車組裝、起重裝置連接、壓力容器在超載運輸車中就位、翻轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)環(huán)和支架安裝、RV通過環(huán)形吊車連接工具翻轉(zhuǎn)、壓力容器、壓力容器、吊裝安裝、調(diào)整就位，在施工過程中吊裝翻轉(zhuǎn)垂直是整個安裝過程中最復雜的環(huán)節(jié)。

2反應堆壓力容器主法蘭密封面完整性分析

反應堆壓力容器主法蘭密封面分為密封環(huán)槽密封面和本體密封面兩部分。頂蓋環(huán)槽密封面采用16MnD5低合金碳鋼堆焊30mm厚不銹鋼堆焊層材料，加工兩道寬度為17±0.1mm的密封環(huán)槽，頂面為密封面;閥體密封面為6mm的16MnD5低合金碳鋼超低碳不銹鋼堆焊層。密封面加工精度為0.8。它具有良好的抗晶間腐蝕和其他類型的腐蝕性能。

2.1缺陷判斷標準和缺陷類型

主法蘭密封面檢查主要是檢查兩處密封面的表面質(zhì)量。一般情況下，兩地密封面缺陷類型及缺陷驗收標準如下。

1.壓痕和腐蝕點缺陷。這類缺陷被視為圓柱形孔，用直徑φA表示。如果深度為≤0.5mm，直徑φA的影響不明顯。對于HELICOFLEX（X750或718），如果φA≤2.7毫米。

2.劃痕缺陷。視為三角形截面，用深度P表示。對于Licoflex（X750或718），如果P≤0.13毫米。但不允許在整個密封面寬度上有任何劃痕。

3.局部幾何缺陷。局部不均勻性由深度E表示，長度L不是一個非常重要的參數(shù)，對于HELICOFLEX（X750或718），如果E≤0.28mm，但需要平滑過渡。

4.幾何缺陷。不平度用深度E和長度L表示，長度大于300mm和深度a表示≤0.56mm是可以接受的。

2.2密封面常見缺陷的維修方法

密封面常見缺陷的維修方法可初步總結(jié)如下：第一，對于有小壓痕、點蝕或劃痕（包括輕微穿透劃痕）的缺陷，可采用金相砂紙或油石進行缺陷維修的漸進式輕微過渡磨削;其次，對于較嚴重的缺陷，如深度遠大于0.13mm的穿透性劃痕，或深度非常嚴重的點狀缺陷，要對缺陷部位制定檢修方案，并采用堆焊--打磨--拋光等方法進行修復。

2.3典型案例分析

某國產(chǎn)核電機組換料大修低水位期間，在堆芯側(cè)密封圈接觸面邊緣與內(nèi)圈接觸的壓力容器本體密封面上發(fā)現(xiàn)多處點蝕缺陷，測量后確認缺陷深度小于0.3mm。經(jīng)分析討論，采用金相砂紙和油石進行修補，基本消除缺陷顯示，然后用20%稀硝酸溶液進行酸洗鈍化，在升壓過程中，確認無明顯泄漏。腐蝕原因分析：

腐蝕點位于內(nèi)環(huán)與閥體密封面接觸面的內(nèi)緣，初步判斷不影響內(nèi)環(huán)的密封性能。根據(jù)腐蝕點的形貌和特征，基本上可以判斷它不是化學腐蝕，而是在充液介質(zhì)中電化學作用引起的腐蝕，典型的局部電化學腐蝕。

在一回路充水和排氣過程中，雖然一回路中的空氣是通過動態(tài)和靜態(tài)排氣排出的，但在內(nèi)環(huán)與閥體密封面形成的間隙中仍會有少量的氧氣殘留，從而增加了狹窄空間中的氧氣含量。在低水位和低水位期間，用于檢查和清潔密封面的清洗劑為7070。查詢清洗劑的相關信息后，發(fā)現(xiàn)清洗劑中含有大量的CL元素，在富氧環(huán)境中會轉(zhuǎn)化為CL離子。密封表面的表面固有宏觀或微觀不均勻性，因此金屬表面的宏觀零件或微觀區(qū)域之間存在電極電位差。由于上述三種情況的存在，間隙中會發(fā)生氧化還原反應并導致腐蝕。在間隙（A部分）供氧不足，因此在A部分僅形成氧化反應和陽極反應區(qū)，即金屬被腐蝕的區(qū)域。隨著A部分金屬離子的增加，B部分的負電解質(zhì)離子遷移到A部分，同時，由于CL元素的存在，A部分可能形成FeCl2，然后發(fā)生水解（如FeCl2+2H2O→FeOH2+2H++2Cl-），增加A部分的酸度，加速A部分的腐蝕，同時流向B部分的電流，此外，B部分受到陰極保護，這是A部分的腐蝕機理。

3現(xiàn)有安裝工藝缺陷分析及改進方案

由于獨立第三代核電技術(shù)的壓力容器下封頭為光滑的半球形結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)環(huán)的兩半通過螺釘與壓力容器嚙合，這不僅要求嚙合力矩滿足回轉(zhuǎn)需要，但橫向車削耳軸的水平度偏差也應控制在1mm的控制范圍內(nèi)。同時，在車削過程中，車削耳軸與車削支架之間的間隙在兩側(cè)保持均勻，這使得整個施工過程非常困難。旋轉(zhuǎn)環(huán)與旋轉(zhuǎn)支架組合安裝工藝復雜，安全質(zhì)量風險高。為保證施工質(zhì)量，需提前5-7天做好設備移交前的準備工作。這種連接方式程序復雜，需要占用反應堆廠房設備很長時間才能引入通道和吊環(huán)機械，安裝需要大量人力和時間，經(jīng)濟性低。這不僅增加了施工安全風險，也增加了工作量，不利于施工安全和成本的綜合管理。

在分析現(xiàn)有安裝工藝缺陷的基礎上，結(jié)合AP1000及其他疊層型式采用的開頂?shù)跹b工藝，考慮采用帶撬式J型架的吊耳組件完成反應堆廠房內(nèi)的垂直翻轉(zhuǎn)，以避免使用翻板環(huán)的缺點，從而降低安全風險和工作量。

在安裝和翻轉(zhuǎn)過程中，前半部分工藝與現(xiàn)有工藝相似，但在將RPV提升引入RPV轉(zhuǎn)運平臺之前，應提前在引入通道內(nèi)安裝翻轉(zhuǎn)環(huán)支架的區(qū)域設置j型翻轉(zhuǎn)架，在進入反應堆廠房之前，應取消反向環(huán)的安裝過程。

4結(jié)論

通過上述改進工藝的核電廠反應堆壓力容器安裝，可有效解決安裝準備階段施工難度大、施工時間長的問題，預計可節(jié)省3-4天的安裝準備時間，減少對環(huán)吊、廠區(qū)主通道等施工資源的依賴，提高施工效率。因此，具有可觀的經(jīng)濟效益，可供國內(nèi)第三代核電機組RPV建設的借鑒和進一步研究。

參考文獻

[1]魏海峰.核電站反應堆保護系統(tǒng)研究[D].華北電力大學，2013.