淺析核電站壓力容器密封環泄漏因素

杜文忠

摘要：目前核電壓力容器密封環泄露事故頻有發生，給我過核電核電事業的發展造成一定的影響。密封環是壓力容器的重要組成構件，具有防止放射性冷卻劑外泄的功能，密封環壓縮率、截面直徑、壁厚、環經是影響密封環密封性能的主要因素，稍微有偏差就會出現密封環泄露事故。通過對幾個影響因素分析，探討哪些臨界因素下會引起泄露事故，從而從源頭杜絕密封環泄露隱患的發生。

關鍵詞：核電;壓力容器;密封環泄露

目前我國為了確保核電事業的安全有序的運行，針對核電壓力容器頂蓋密封方面已經做了很多的研究工作，但是隨著我國核電事業的發展核電裝機容量也在不斷的增加，迫使設備的規格也在進一加大。壓力容器密封性能取決于密封環的材料屬性、產品規格，但運行期間也不排除人為因素的影響。針對頻發的核電密封環泄露事故，對影響因素進行詳細的分析探討。

1.壓力容器概述

1.1壓力容器作用

壓力容器就是壓水堆的壓力殼，包容反應堆堆芯燃料組件，固定、支承堆內構件，確保燃料組件按規定位置在堆芯內支撐和定位;確保冷卻劑按規定流道暢通無阻，將熱量帶出反應堆;作為一回路的一部分，壓力容器是冷卻劑與外界的壓力邊界。它需要承受堆芯核裂變強γ放射性、中子的輻照及冷卻劑的高溫、高壓載荷，還需要承受控制棒可能發生的撞擊和一回路管道傳遞的力;壓力容器的承壓密封可以避免放射物質外逸，與堆內構件一起，作為生物屏蔽對工作人員起防護作用;利用壓力容器頂部和底部的控制棒驅動機構、測量裝置，控制反應堆，監測堆芯溫度、中子通量密度;壓力容器屬于在核電站壽期內不更換的設備，在運行中壓力容器被中子活化后具有強放射性，無法對其進行近距離檢查和維修，因此電站堆壓力容器使用壽命要求不少于40年。

1.2壓力容器結構

壓力容器有頂蓋和筒體組成，為了確保安全運行，防止放射性冷卻劑外泄，壓力容器頂蓋和筒體法蘭連接處設置有內外兩道同心的密封環進行密封，密封環由鎳基合金管制成。當反應堆在額定功率下穩定運行時，內密封環不允許泄漏;在啟動和停堆時，內密封環允許的最大泄漏率為20L/h。密封環的密封性直接關系壓力容器的安全運行，從而影響整個很電站的安全運行，因此密封環是整個壓力容器中的關鍵設備。

2常見壓力容器密封環泄露因素

2.1壓縮率

密封環的變形程度隨著壓縮率的增大而增大，不同壓縮率下密封面上的接觸應力始終出現在接觸區兩側;在密封環的壓縮率為20%時且距離接觸中心1.0mm的范圍內的接觸應力均為零，此時密封環節點與法蘭面脫離導致接觸中心發生塌陷，塌陷發生后密封環和法蘭的接觸面有一個增加到兩個。塌陷的發生必然會導致密封面接觸寬度的下降和永久變形的加劇，并導致密封環密封性能的下降。需要注意的是：壓縮率為18%時，隨著壓縮率的提高密封面接觸寬度逐漸增大;而壓縮率超過18%時，密封面接觸寬度會迅速下降并趨于平穩狀態。隨著壓縮率的提高，密封環的回彈量會逐漸增加，但是在壓縮率超過20%后回彈量會趨于平穩，基于上述分析，密封環在壓縮率為12%-16%范圍內密封面的寬度和接觸應力最為適宜，密封性也是最好的。因此在密封環的安裝是要選用合適的壓縮率，避免密封環泄露隱患的存在。

2.2截面直徑

隨著密封環截面直徑的增大密封環的壓縮量和回彈量成單調上升和單調下降的文化規律;另外在相同壁厚的情況下，縮小密封環的截面直徑將會導致回彈量的不足而發生塌陷，出現密封泄露事故;在相同的壓縮量情況下，密封環的截面直徑減小線比壓逐步提高;但當密封環截面直徑Wie9.5mm時，密封環的的壓縮量為1.28mm時已經發生較為嚴重的塌陷，故密封環截面直徑為12.7mm時密封環的回彈量和線比壓最佳。

2.3壁厚

相同壓縮率下不同壁厚的密封環的密封效果也是不一樣的。密封環的接觸中心的接觸應力隨著密封環壁厚的增大而不斷增大;當密封環壁厚為1.0mm時，密封環發生塌陷，密封環壁厚為1.65mm時的接觸應力接近壁厚為1.8mm時的接觸應力值;另外雖然密封環的壁厚增加在一定程度上可以提高密封環的思維線比壓，但是隨著密封環壁厚的增加密封環的回彈量會隨之降低，故當密封環的壁厚為1.65-1.65mm時密封環的密封性最好。

2.4環徑

密封環的的尺寸隨著核電機組單機容量的增加而增加。隨著密封環外徑的的增加，密封面的接觸應力成快速下降后區域穩定的變化趨勢。當密封環的外徑為350mm時密封面的接觸應力與密封環外徑為4.002m時接近，對密封環的回彈量影響不大，因此工程盡量采用外徑大于350mm密封環，可以有效避免泄露事故發生。

2.5人為因素

細數核電歷史泄露事件，福清核電大修卸料，堆本體檢修人員在拆除嚴厲對壓力容器密封環內環的過程中因與密封槽配合過緊，無法自重脫出，工作人員使用一字螺絲刀撬出密封環，撬出過程中劃傷了密封環槽密封面;大亞灣D104次大修中，由于部分工作人員在沒有完全上緊密封環鎖片并檢查就放手，導致密封環脫落并損毀;福清201大修卸料后低水位期間，執行長導向柱切換操作時，由于起重人員松輔助橋剎車裝置操作不當，將剎車手柄旋出并掉落，造成壓力容器密封環磕傷。以上種種泄露事故表明，除了密封環自身的材料、規格外，人為因素也是引起密封環泄露的一個關鍵因素，需要時時注意。

4.結語

核電運行期間發生密封環泄露是非常嚴重的問題，嚴重到影響整個核電機組的正常運行，本文通過細數核電泄露大事故，并總結形成經驗反饋，對有可能影響密封環泄露發生因素進行分析，總結得出影響密封環產生泄露的因素有直徑、壁厚、壓縮量、截面直徑和人為因素。希望對我國核電機組安全的運行起到積極促進的作用。