三代核電反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)對(duì)比

劉強(qiáng)

摘 要：通過(guò)對(duì)國(guó)外核電技術(shù)的引進(jìn)、消化和創(chuàng)新，我國(guó)核電已經(jīng)走上了蓬勃發(fā)展的道路，目前我國(guó)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(hào)等堆型，而其中反應(yīng)堆壓力容器是安置核反應(yīng)堆并承受巨大運(yùn)行壓力的密閉主容器。文章對(duì)比了以上幾種堆型的反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并分析了其中的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：壓力容器；AP1000；華龍一號(hào)

中圖分類(lèi)號(hào)：TL35 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0037-02

1 概述

我國(guó)的核電技術(shù)路線是在上世紀(jì)80年代確定走引進(jìn)、消化、研發(fā)、創(chuàng)新的道路的。經(jīng)過(guò)20余年的努力，通過(guò)對(duì)引進(jìn)的二代法國(guó)壓水堆技術(shù)的消化吸收，取得了巨大的技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了60萬(wàn)千瓦壓水堆核電廠的設(shè)計(jì)能力。21世紀(jì)初，我國(guó)又引進(jìn)了目前世界上最先進(jìn)的三代核電技術(shù)AP1000，并買(mǎi)斷了西屋關(guān)于AP1000的技術(shù)資料，為形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電技術(shù)創(chuàng)造了條件。目前我國(guó)在建和已經(jīng)運(yùn)行的堆型主要是AP1000、CAP1400和華龍一號(hào)。AP1000是美國(guó)西屋公司研發(fā)的一種先進(jìn)的“非能動(dòng)型壓水堆核電技術(shù)”；而CAP1400是國(guó)家核電技術(shù)公司吸收消化AP1000技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出的更大功率的非能動(dòng)大型先進(jìn)壓水堆核電機(jī)組；華龍一號(hào)是我國(guó)吸收和創(chuàng)新最先進(jìn)核電技術(shù)的產(chǎn)物，目前主要有兩種分別是中核集團(tuán)和中廣核集團(tuán)自主研發(fā)的具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)ACP1000和ACPR1000+。ACP1000是中核集團(tuán)在CP1000的基礎(chǔ)上吸收AP1000核電技術(shù)研制的。ACPR1000+是中廣核在推進(jìn)CPR1000核電技術(shù)的同時(shí)研發(fā)出來(lái)的。反應(yīng)堆壓力容器是安置核反應(yīng)堆并承受巨大運(yùn)行壓力的密閉容器，也稱反應(yīng)堆壓力殼。本文通過(guò)對(duì)比以上四種三代核電堆型反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)差異，為以后三代乃至四代核電反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)提供充足的數(shù)據(jù)支持。

2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比

2.1 設(shè)計(jì)總參數(shù)

如表1為四種堆型的反應(yīng)堆壓力容器的設(shè)計(jì)總參數(shù)，從表中看出，相比于AP1000和CAP1000，華龍一號(hào)采用了更高的水壓試驗(yàn)壓力，體現(xiàn)了更高的安全性，同時(shí)采用12根堆測(cè)接管以便于放置更多的測(cè)量設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的運(yùn)行。三代核電CRDM管的數(shù)量普遍在60個(gè)左右，由于CAP1400擁有相對(duì)較大的頂蓋，因此CRDM管的數(shù)量達(dá)到了89個(gè)。華龍一號(hào)在主螺栓孔和導(dǎo)向栓孔的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化，將主螺栓和導(dǎo)向栓設(shè)計(jì)在同一圓周上，而AP1000與CAP14000的導(dǎo)向栓孔是在主螺栓孔外側(cè)單獨(dú)焊接的導(dǎo)向栓支承塊上。從表中還能看出進(jìn)出口接管的直徑越來(lái)越大，因?yàn)樵诩庸ず秃附蛹夹g(shù)能滿足的前提下，進(jìn)出口直徑越大，可以有效提高反應(yīng)堆壓力容器的換熱效率，從而提高單堆的發(fā)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(méi)有焊縫，雖然這對(duì)大型鍛件的鍛造技術(shù)有著較高的要求，但同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了頂蓋的制造工藝流程；而華龍一號(hào)的頂蓋仍然同CPR1000一樣采用分體鍛造，分別堆焊，然后采用對(duì)接焊將頂蓋和下封頭焊接起來(lái)。

2.2.2 堆測(cè)接管

華龍一號(hào)的堆測(cè)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(cè)接管下端均為斜切口朝向頂蓋中心，對(duì)設(shè)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(cè)接管管座，再與堆測(cè)接管進(jìn)行對(duì)接焊，不采用貫穿件結(jié)構(gòu)。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(duì)頂蓋的整體吊裝過(guò)程產(chǎn)生較大的影響。

2.3 筒體部分

2.3.1 下封頭與過(guò)渡段

CAP1000下封頭與過(guò)渡段作為一個(gè)整體進(jìn)行鍛造，而AP1000和華龍一號(hào)的下封頭和過(guò)渡段是分開(kāi)鍛造的，其中ACP1000的過(guò)渡段直邊部分要比ACPR1000+大很多。這是AP1000與CAP1400在結(jié)構(gòu)上為數(shù)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(yīng)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(tái)結(jié)構(gòu)，在凸臺(tái)上焊接8個(gè)徑向支承塊支承堆內(nèi)構(gòu)件，在整周上分四個(gè)方向均勻分布；而華龍一號(hào)的下封頭過(guò)渡段取消了凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，ACP1000只有徑向支承塊4個(gè)，沿周向均勻分布；ACPR1000+有8個(gè)徑向支承塊分8個(gè)方向沿周向均勻分布，在假想堆芯跌落事故時(shí)起到二次支承作用，同時(shí)其中4個(gè)用來(lái)約束堆內(nèi)構(gòu)件的周向和徑向位移。

2.3.3 聲測(cè)裝置支座

AP1000和CAP1400各有三個(gè)聲測(cè)裝置支座在筒體周向均勻分布；ACP1000共四個(gè)，有三個(gè)均勻分布在筒體上，另外一個(gè)在頂蓋上；ACPR1000+共九個(gè)聲測(cè)裝置支座，6個(gè)在筒體，3個(gè)在頂蓋。聲測(cè)裝置支座是用來(lái)連接聲測(cè)裝置的，ACPR1000+的聲測(cè)裝置個(gè)數(shù)和分布的位置與其他三種堆型相比都有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此可以對(duì)堆內(nèi)的聲音進(jìn)行更好的監(jiān)控，有效的提高了反應(yīng)堆壓力容器的安全性。

2.3.4 檢漏管

檢漏管AP1000和CAP1400有內(nèi)外兩個(gè)檢漏管，并且檢漏管的下部水平，而ACPR1000+和ACP1000只有一個(gè)內(nèi)檢漏管，并且下端有20°傾斜角。華龍一號(hào)采用一個(gè)檢漏管有效的簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，下端的傾角可以防止積液，與AP1000和CAP1400相比設(shè)計(jì)上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

反應(yīng)堆壓力容器作為核島設(shè)備的主要部分，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮一回路冷卻劑的高溫高壓，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有著很高的要求。本文通過(guò)對(duì)中國(guó)當(dāng)下現(xiàn)有的三代核電反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)及尺寸的對(duì)比，讓我們對(duì)反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)有了更加深入的了解，為以后的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林誠(chéng)格.非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000[M].北京.原子能出版社，2008，8.