[科普中國]-核容器

簡介

核容器指核電站中與核安全相關的各類壓力容器、換熱器、泵、閥和管道等機械設備，一般主要是指反應堆壓力容器、主蒸汽發(fā)生器、主管道和穩(wěn)壓器的方面的壓力容器1。它是一種工作條件極其苛刻的特種壓力容器，它的出現(xiàn)，給壓力容器設計帶來了新概念。3

壓水反應堆是世界核動力堆中應用最廣的一種堆型，其核容器(主要指壓力殼和蒸發(fā)器)的加工精度，技術難度，產周期，質保要求和部件體積等遠遠超過一般的重型機器或壓力容器，因此核容器的制造是一次復雜而又困難的工作，它是重型機器與壓力容器制造技術的綜合。2

質量保證質量保證是指為了保證所提供的部件、設備或系統(tǒng)滿足使用要求，而制定必須的可靠的有計劃有組織的活動。

一個有效的質量保證制度，應把核容器的設計、制造、建造和使用階段的返修、延誤和事故限制到最低水平，同時又能確保核電站運行的安全性。總之，經濟性和安全性往往是有矛盾的，但是成功的質量保證制度應該使兩者統(tǒng)一起來，以達到核設備的充分安全性和最大經濟性。4

按照ASME規(guī)范第II卷“核動力裝置部件”和第l卷“核電站部件的在役檢查規(guī)則”進行設計、制造和運行的反應堆容器，粉碎性破壞的幾率小于 /容器年，普通電站所使用的和反應堆容器相當的容器，其粉碎性破壞的幾率小于 /容器年。然而，飛機失事的個人危險幾乎率約為 /年，而目前統(tǒng)計的車禍致命危險幾率約為 /年。所以反應堆容器的破壞幾率比起其它方面可能遇到的危險性來說是很小的。核容器的破壞具有令人羨慕的安全記錄。4

核電站為了達到上述所說的破壞幾率僅為 /容器年，必須在核容器的設計、制造、運行各階段采取一系列的質量保證措施。4

特殊要求高溫高壓壓水堆核電站一回路設備都處于高溫(350℃)高壓(17.5MPa)下工作。核容器的壁厚一般在150mm以上，個別部件厚達400一500mm，因此，設計和制造比較復雜，而且對安全可靠性提出了嚴格的要求。1

密封問題為了安裝堆內構件、更換燃料組件、檢查容器內件和在役檢查等需要，在一回路核容器必須具有可拆頂蓋和人孔等，形成了一個大直徑的密封。為防止放射性物質泄漏，要求密封結構安全可靠。因此，在有些機械密封結構外，還布置有焊接密封結構。1

應力分析核容器除受到壓力、各連接設備的機械載荷以及溫差和內熱源造成的熱應力外，還要考慮運行工況變動和沖擊振動等多種載荷。在設計時僅采用手冊性強度計算是不夠的，必須進行嚴格的應力分析，包括斷裂分析、疲勞分析和熱沖擊分析等。1

在役檢查反應堆運行后，各種核容器都帶有不同程度的放射性。為減少更換燃料、檢查內件、高應力區(qū)、高通量區(qū)等部位應制訂在役檢查大綱，采用專用的無損檢查設備或機構。在各系統(tǒng)和設備結構布置時，應為在役檢查設施提供足夠通道。1

輻照影響反應堆容器遭受堆芯核裂變產生的中子和y射線的強烈照射。材料的物理和力學性能發(fā)生變化，其中最值得注意的是材料沖擊韌性和延性顯著下降，以致可能發(fā)生脆性破壞。同時，一回路設備的腐蝕產物，輻照后成為放射性源，給檢查維護帶來很大困難，要求一回路設備的內表面堆焊不銹鋼或鎳基合金等耐腐蝕材料。1

質量保證核電站各個環(huán)節(jié)均要求質量保證，作為核安全一級的核容器則更為重要。在設計、制造、安裝、運行等各個方面都應制訂詳細的質量保證大綱，產品設計需經過各級審查。業(yè)主代表對制造過程進行監(jiān)造和驗收。設計單位應作最終安全分析和制訂在役檢查大綱等。

核容器是核電站一回路承壓邊界的重要組成部分。它們的安全等級為I級，設備等級為規(guī)范I級(ASMLE)，質保等級為QAI級，抗展要求為抗展SSE類?？傊?，它們是核電站中要求最高的。反應堆冷卻劑承壓邊界屬于核電站中的三道安全屏敝之一。1

關鍵技術為了保證核容器的功能，達到各種核容器的特殊技術要求，在制造中存在下列關鍵技術。1

核級低合金鋼的冶煉、鍛壓技術具有良好性能和冶金質量的低合金鋼的冶煉；

保證大型鋼錠性能的均勻性和減少成分偏析技術；

萬噸水壓機進行大型鍛件(100一250t)自由鍛技術；

核級大型鋼綻(150~350t)的合澆和真空除氣技術；

大型鍛件的起重和翻轉技術以及配套輔具。

大直徑(>價700)不銹鋼管的離心澆注和彎管技術。1

核容器的焊接技術厚壁(100一25omm)容器的窄間隙或小坡口焊接技術；

容器內表面大面積的不銹鋼或鎳基合金堆焊(包括電渣堆焊)技術；

容器筒體和大直徑接管大剛度厚斷面的焊接技術；

異種金屬：低合金鋼一不銹鋼一鎳基合金之間的焊接技術；

低合金鋼管板和鎳基合金管的脹管焊接技術；

大厚度不銹鋼板焊接技術(~100mm)。1

特殊熱處理技術核級大型鍛件的水槽淬火、回火和噴淋冷卻技術；

重型厚壁部件的消氫熱處理技術；

大直徑厚壁零部件的電紅外預熱和局部熱處理技術，

大截面不銹鋼部件的固溶熱處理技術；

大型鍛件焊后最終熱處理的變形控制和均勻性技術；

大厚度不銹鋼焊后熱處理技術。1

非常規(guī)無損探傷技術大型鍛件多探頭超聲探傷技術；

厚壁焊縫的射線和超聲探傷技術；

接管焊縫曲面的射線和超聲探傷技術；

不銹鑰或鑲基合金堆焊層超聲和測厚技術；

異種金屬焊縫的探傷技術；

大螺栓螺紋和螺孔的磁粉探傷技術。1

機械加工及測量技術厚斷面管板(~350~600mm)的深孔加工技術；

核蒸汽發(fā)生器支撐板梅花孔加工技術；

密封面車削和研磨加工技術；

大螺孔的切削和研磨加工技術；

反應堆容器和堆內構件多層孔板的光學對中和加工技術；

薄壁不銹鋼導向筒的高精度加工和測量技術。1