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的核心區域，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，應采用不同的技術來完成翻轉和安裝。周轉安裝過程安全質量風險高，過程銜接要求準確，成品防護標準高。根據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，質量保證等級為QSA1，安裝質量保證等級為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、翻轉回轉環和支架安裝、RV通過環形吊車連接工具翻轉、壓力容器、壓力容器、吊裝安裝、調整就位，在施工過程中吊裝翻轉垂直是整個安裝過程中最復雜的環節。

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槽密封面和本體密封面兩部分。頂蓋環槽密封面采用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，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

某國產核電機組換料大修低水位期間，在堆芯側密封圈接觸面邊緣與內圈接觸的壓力容器本體密封面上發現多處點蝕缺陷，測量后確認缺陷深度小于0.3mm。經分析討論，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：

腐蝕點位于內環與閥體密封面接觸面的內緣，初步判斷不影響內環的密封性能。根據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和靜態排氣排出的，但在內環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，發現清洗劑中含有大量的CL元素，在富氧環境中會轉化為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，即金屬被腐蝕的區域。隨著A部分金屬離子的增加，B部分的負電解質離子遷移到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的壓力容器下封頭為光滑的半球形結構，回轉環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。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保持均勻，這使得整個施工過程非常困難。旋轉環與旋轉支架組合安裝工藝復雜，安全質量風險高。為保證施工質量，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機械，安裝需要大量人力和時間，經濟性低。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。

在分析現有安裝工藝缺陷的基礎上，結合AP1000及其他疊層型式采用的開頂吊裝工藝，考慮采用帶撬式J型架的吊耳組件完成反應堆廠房內的垂直翻轉，以避免使用翻板環的缺點，從而降低安全風險和工作量。

在安裝和翻轉過程中，前半部分工藝與現有工藝相似，但在將RPV提升引入RPV轉運平臺之前，應提前在引入通道內安裝翻轉環支架的區域設置j型翻轉架，在進入反應堆廠房之前，應取消反向環的安裝過程。

4結論

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，預計可節省3-4天的安裝準備時間，減少對環吊、廠區主通道等施工資源的依賴，提高施工效率。因此，具有可觀的經濟效益，可供國內第三代核電機組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研究[D].華北電力大學，2013.