淺析核電廠反應(yīng)堆壓力容器完整性問(wèn)題

姜琳

摘要：堆芯反應(yīng)堆壓力容器位于核島安全殼廠房?jī)?nèi)的核心區(qū)域，安裝空間相對(duì)較小，安裝精度較高。對(duì)于不同類型的核島安全殼電廠，應(yīng)采用不同的技術(shù)來(lái)完成翻轉(zhuǎn)和安裝。周轉(zhuǎn)安裝過(guò)程安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)高，過(guò)程銜接要求準(zhǔn)確，成品防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)高。根據(jù)核島的不同設(shè)計(jì)類型，設(shè)備的引進(jìn)和安裝可分為臥式和開(kāi)頂式。

關(guān)鍵詞：電廠反應(yīng)堆;壓力容器;完整性;問(wèn)題;分析

1反應(yīng)堆壓力容器安裝概述

反應(yīng)堆壓力容器（RV）是核電站的核關(guān)鍵一級(jí)設(shè)備。其核安全等級(jí)為SC-1，質(zhì)量保證等級(jí)為QSA1，安裝質(zhì)量保證等級(jí)為Q2。壓力容器筒體由下封頭、筒體、冷卻劑進(jìn)出口、安注管線、壓力容器法蘭、檢漏管等部件焊接成一個(gè)整體，筒體表面為耐腐蝕不銹鋼堆焊層，整個(gè)容器垂直安裝在反應(yīng)堆壓力容器支承環(huán)上。主要安裝過(guò)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(yùn)輸車中就位、翻轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)環(huán)和支架安裝、RV通過(guò)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(guò)程中吊裝翻轉(zhuǎn)垂直是整個(gè)安裝過(guò)程中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。

2反應(yīng)堆壓力容器主法蘭密封面完整性分析

反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下。

1.壓痕和腐蝕點(diǎn)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(duì)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(duì)于Licoflex（X750或718），如果P≤0.13毫米。但不允許在整個(gè)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(zhǎng)度L不是一個(gè)非常重要的參數(shù)，對(duì)于HELICOFLEX（X750或718），如果E≤0.28mm，但需要平滑過(guò)渡。

4.幾何缺陷。不平度用深度E和長(zhǎng)度L表示，長(zhǎng)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(jiàn)缺陷的維修方法

密封面常見(jiàn)缺陷的維修方法可初步總結(jié)如下：第一，對(duì)于有小壓痕、點(diǎn)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(jìn)行缺陷維修的漸進(jìn)式輕微過(guò)渡磨削;其次，對(duì)于較嚴(yán)重的缺陷，如深度遠(yuǎn)大于0.13mm的穿透性劃痕，或深度非常嚴(yán)重的點(diǎn)狀缺陷，要對(duì)缺陷部位制定檢修方案，并采用堆焊--打磨--拋光等方法進(jìn)行修復(fù)。

2.3典型案例分析

某國(guó)產(chǎn)核電機(jī)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(diǎn)蝕缺陷，測(cè)量后確認(rèn)缺陷深度小于0.3mm。經(jīng)分析討論，采用金相砂紙和油石進(jìn)行修補(bǔ)，基本消除缺陷顯示，然后用20%稀硝酸溶液進(jìn)行酸洗鈍化，在升壓過(guò)程中，確認(rèn)無(wú)明顯泄漏。腐蝕原因分析：

腐蝕點(diǎn)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(diǎn)的形貌和特征，基本上可以判斷它不是化學(xué)腐蝕，而是在充液介質(zhì)中電化學(xué)作用引起的腐蝕，典型的局部電化學(xué)腐蝕。

在一回路充水和排氣過(guò)程中，雖然一回路中的空氣是通過(guò)動(dòng)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(huì)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(guān)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(huì)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(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)并導(dǎo)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(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)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(fù)電解質(zhì)離子遷移到A部分，同時(shí)，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(shí)流向B部分的電流，此外，B部分受到陰極保護(hù)，這是A部分的腐蝕機(jī)理。

3現(xiàn)有安裝工藝缺陷分析及改進(jìn)方案

由于獨(dú)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(guò)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(yīng)控制在1mm的控制范圍內(nèi)。同時(shí)，在車削過(guò)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(gè)施工過(guò)程非常困難。旋轉(zhuǎn)環(huán)與旋轉(zhuǎn)支架組合安裝工藝復(fù)雜，安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)高。為保證施工質(zhì)量，需提前5-7天做好設(shè)備移交前的準(zhǔn)備工作。這種連接方式程序復(fù)雜，需要占用反應(yīng)堆廠房設(shè)備很長(zhǎng)時(shí)間才能引入通道和吊環(huán)機(jī)械，安裝需要大量人力和時(shí)間，經(jīng)濟(jì)性低。這不僅增加了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，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(chǔ)上，結(jié)合AP1000及其他疊層型式采用的開(kāi)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(yīng)堆廠房?jī)?nèi)的垂直翻轉(zhuǎn)，以避免使用翻板環(huán)的缺點(diǎn)，從而降低安全風(fēng)險(xiǎn)和工作量。

在安裝和翻轉(zhuǎn)過(guò)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(yùn)平臺(tái)之前，應(yīng)提前在引入通道內(nèi)安裝翻轉(zhuǎn)環(huán)支架的區(qū)域設(shè)置j型翻轉(zhuǎn)架，在進(jìn)入反應(yīng)堆廠房之前，應(yīng)取消反向環(huán)的安裝過(guò)程。

4結(jié)論

通過(guò)上述改進(jìn)工藝的核電廠反應(yīng)堆壓力容器安裝，可有效解決安裝準(zhǔn)備階段施工難度大、施工時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，預(yù)計(jì)可節(jié)省3-4天的安裝準(zhǔn)備時(shí)間，減少對(duì)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(jì)效益，可供國(guó)內(nèi)第三代核電機(jī)組RPV建設(shè)的借鑒和進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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