三代核電反應堆壓力容器結構對比

劉強

摘 要：通過對國外核電技術的引進、消化和創新，我國核電已經走上了蓬勃發展的道路，目前我國主要建造的核電廠以三代核電為主。主要分為CAP1000、AP1000和華龍一號等堆型，而其中反應堆壓力容器是安置核反應堆并承受巨大運行壓力的密閉主容器。文章對比了以上幾種堆型的反應堆壓力容器結構特點，并分析了其中的優缺點。

關鍵詞：壓力容器；AP1000；華龍一號

中圖分類號：TL35 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0037-02

1 概述

我國的核電技術路線是在上世紀80年代確定走引進、消化、研發、創新的道路的。經過20余年的努力，通過對引進的二代法國壓水堆技術的消化吸收，取得了巨大的技術進步，實現了60萬千瓦壓水堆核電廠的設計能力。21世紀初，我國又引進了目前世界上最先進的三代核電技術AP1000，并買斷了西屋關于AP1000的技術資料，為形成具有自主知識產權的核電技術創造了條件。目前我國在建和已經運行的堆型主要是AP1000、CAP1400和華龍一號。AP1000是美國西屋公司研發的一種先進的“非能動型壓水堆核電技術”；而CAP1400是國家核電技術公司吸收消化AP1000技術創新開發出的更大功率的非能動大型先進壓水堆核電機組；華龍一號是我國吸收和創新最先進核電技術的產物，目前主要有兩種分別是中核集團和中廣核集團自主研發的具有完整自主知識產權的先進壓水堆核電技術ACP1000和ACPR1000+。ACP1000是中核集團在CP1000的基礎上吸收AP1000核電技術研制的。ACPR1000+是中廣核在推進CPR1000核電技術的同時研發出來的。反應堆壓力容器是安置核反應堆并承受巨大運行壓力的密閉容器，也稱反應堆壓力殼。本文通過對比以上四種三代核電堆型反應堆壓力容器的結構差異，為以后三代乃至四代核電反應堆壓力容器設計提供充足的數據支持。

2 結構參數對比

2.1 設計總參數

如表1為四種堆型的反應堆壓力容器的設計總參數，從表中看出，相比于AP1000和CAP1000，華龍一號采用了更高的水壓試驗壓力，體現了更高的安全性，同時采用12根堆測接管以便于放置更多的測量設備來監測反應堆的運行。三代核電CRDM管的數量普遍在60個左右，由于CAP1400擁有相對較大的頂蓋，因此CRDM管的數量達到了89個。華龍一號在主螺栓孔和導向栓孔的設計上進行了簡化，將主螺栓和導向栓設計在同一圓周上，而AP1000與CAP14000的導向栓孔是在主螺栓孔外側單獨焊接的導向栓支承塊上。從表中還能看出進出口接管的直徑越來越大，因為在加工和焊接技術能滿足的前提下，進出口直徑越大，可以有效提高反應堆壓力容器的換熱效率，從而提高單堆的發電效率。

2.2 頂蓋部分

2.2.1 頂蓋形式

AP1000與CAP1400為一體式頂蓋，上封頭和頂蓋法蘭合為一體鍛造，中間沒有焊縫，雖然這對大型鍛件的鍛造技術有著較高的要求，但同時也大大簡化了頂蓋的制造工藝流程；而華龍一號的頂蓋仍然同CPR1000一樣采用分體鍛造，分別堆焊，然后采用對接焊將頂蓋和下封頭焊接起來。

2.2.2 堆測接管

華龍一號的堆測接管均為焊接件，在上封頭和頂蓋法蘭組焊后采用J型坡口與頂蓋插入式焊接，并且堆測接管下端均為斜切口朝向頂蓋中心，對設備冷裝要求較高。而AP1000與CAP1400是在頂蓋打孔處堆焊不銹鋼形成堆測接管管座，再與堆測接管進行對接焊，不采用貫穿件結構。如圖1所示。

2.2.3 CRDM管安裝高度

四種三代核電的頂蓋尺寸相差不大，除了CAP1400較大以外，其他三種相差不多，唯一值得注意的是ACPR1000+相比其他堆型CRDM管安裝高度較低，這可能對頂蓋的整體吊裝過程產生較大的影響。

2.3 筒體部分

2.3.1 下封頭與過渡段

CAP1000下封頭與過渡段作為一個整體進行鍛造，而AP1000和華龍一號的下封頭和過渡段是分開鍛造的，其中ACP1000的過渡段直邊部分要比ACPR1000+大很多。這是AP1000與CAP1400在結構上為數不多的差異之一，這種差異最主要的原因是CAP1400外形尺寸較大，盡量減少焊縫能夠有效提高反應堆壓力容器的抗壓能力，從而提高安全性。

2.3.2 徑向支承塊

AP1000和CAP1400有凸臺結構，在凸臺上焊接8個徑向支承塊支承堆內構件，在整周上分四個方向均勻分布；而華龍一號的下封頭過渡段取消了凸臺結構，ACP1000只有徑向支承塊4個，沿周向均勻分布；ACPR1000+有8個徑向支承塊分8個方向沿周向均勻分布，在假想堆芯跌落事故時起到二次支承作用，同時其中4個用來約束堆內構件的周向和徑向位移。

2.3.3 聲測裝置支座

AP1000和CAP1400各有三個聲測裝置支座在筒體周向均勻分布；ACP1000共四個，有三個均勻分布在筒體上，另外一個在頂蓋上；ACPR1000+共九個聲測裝置支座，6個在筒體，3個在頂蓋。聲測裝置支座是用來連接聲測裝置的，ACPR1000+的聲測裝置個數和分布的位置與其他三種堆型相比都有明顯的優勢，因此可以對堆內的聲音進行更好的監控，有效的提高了反應堆壓力容器的安全性。

2.3.4 檢漏管

檢漏管AP1000和CAP1400有內外兩個檢漏管，并且檢漏管的下部水平，而ACPR1000+和ACP1000只有一個內檢漏管，并且下端有20°傾斜角。華龍一號采用一個檢漏管有效的簡化了結構，下端的傾角可以防止積液，與AP1000和CAP1400相比設計上有著明顯的優勢。

3 結束語

反應堆壓力容器作為核島設備的主要部分，設計時要考慮一回路冷卻劑的高溫高壓，因此對其結構的設計有著很高的要求。本文通過對中國當下現有的三代核電反應堆壓力容器結構及尺寸的對比，讓我們對反應堆壓力容器的結構有了更加深入的了解，為以后的設計打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京.原子能出版社，2008，8.