淺談幾種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)

葉清 張瀟宇

摘要：在核電廠的運(yùn)行和工作過(guò)程中，壓水堆反應(yīng)堆壓力容器在核反應(yīng)以及發(fā)電過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用。對(duì)幾種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論，可以更加清楚地了解壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的發(fā)展和改進(jìn)。本文主要針對(duì)目前我國(guó)壓水堆反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)的大概介紹、幾種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)的比較和分析兩個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的探討和分析。

關(guān)鍵詞：壓水堆；反應(yīng)堆；壓力容器；分析和比較

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，壓水堆核電廠在進(jìn)行正常運(yùn)行和工作的過(guò)程中，在確保核反應(yīng)和發(fā)電工作安全的前提下，還要盡可能將成本降到最低，提高核電廠的經(jīng)濟(jì)效益。福清核電廠在進(jìn)行核反應(yīng)發(fā)電工作的過(guò)程中，所使用的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器為CPR1000堆型，這叫做二代改進(jìn)型，本文將對(duì)這種容器堆型以及其他幾種堆型的具體結(jié)構(gòu)作以詳細(xì)的介紹。

1目前我國(guó)壓水堆反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)的大概介紹

1.1壓水堆反應(yīng)堆壓力容器在核電廠中發(fā)揮的作用

一般情況下，大多數(shù)核電廠在進(jìn)行正常運(yùn)行的過(guò)程中，需要在核反應(yīng)堆冷卻劑的壓力屏障位置處設(shè)置一個(gè)設(shè)備，為核電廠的正常運(yùn)行和工作的安全性提供一定的保障。本文所要介紹的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器，便是組成壓力屏障的設(shè)備中不可或缺的一個(gè)部分。壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的重要性表現(xiàn)在，容器的使用年限決定了整個(gè)核電廠運(yùn)行的時(shí)間，一旦壓水堆反應(yīng)堆壓力容器需要進(jìn)行更換，那就說(shuō)明核電廠需要進(jìn)行重新建設(shè)。壓水堆反應(yīng)堆壓力容器作為容器的作用是對(duì)核反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)堆的堆芯進(jìn)行裝載。由于壓水堆反應(yīng)堆壓力容器決定著整個(gè)核電廠的核反應(yīng)和其他運(yùn)行是否能夠安全地進(jìn)行，因此無(wú)論是在什么情況下，核電廠中的工作人員都要盡可能的保證容器處于完整狀態(tài)，否則一旦容器破裂，核反應(yīng)中的放射性物質(zhì)就會(huì)發(fā)生泄露，造成的后果將會(huì)是非常嚴(yán)重的。

1.2目前我國(guó)核電廠常用的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器堆型

目前，我國(guó)核電廠在進(jìn)行核反應(yīng)工作過(guò)程中使用的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的堆型主要有以下幾種類型：CPR1000堆型，也就是核電廠工作人員常說(shuō)的二代改進(jìn)型，這也是福清核電廠目前在使用中的容器堆型，還有某三代堆型、CPA1400堆型以及ACP1000堆型等，其中后兩種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的堆型從本質(zhì)上屬于三代堆型。

2幾種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)的比較和分析

2.1容器的結(jié)構(gòu)朝著大型化方向發(fā)展

通過(guò)對(duì)核電廠中所使用的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的情況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是CPR1000堆型，也就是目前福清核電廠在發(fā)電工作中使用的二代改進(jìn)型，還是某三代堆型以及ACP1000堆型，這些壓水堆反應(yīng)堆壓力容器在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)電的額定功率都是1000MWe，而隨著技術(shù)的發(fā)展，壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的堆型也在不斷地進(jìn)行改進(jìn)，我國(guó)正在研發(fā)中的ACP1400堆型壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的預(yù)計(jì)發(fā)電功率為1400MWe。隨著壓水堆反應(yīng)堆壓力容器堆型的不斷進(jìn)步與發(fā)展，其發(fā)電功率呈現(xiàn)出越來(lái)越大的趨勢(shì)。與此同時(shí)，隨著功率的增大，為了滿足核反應(yīng)堆內(nèi)部的燃料需求，壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)和體積就必須相應(yīng)的進(jìn)行加大，因此，這幾種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)都在逐漸地朝著大型化的方向發(fā)展。

2.2容器中的零碎部件朝著一體化的方向發(fā)展

首先，壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的下封頭和過(guò)渡段隨著發(fā)展形成一個(gè)整體。具體來(lái)講，目前福清核電廠使用的CPR1000堆型以及其他核電廠使用的ACP1000堆型和某三代堆型，這三種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的堆型從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)有一點(diǎn)相似，那就是工廠對(duì)下封頭和過(guò)渡段進(jìn)行焊接的過(guò)程中，都是采用分開焊接的方法，而CAP1400堆型的容器的下封頭和過(guò)渡段則通過(guò)合并成為了一個(gè)整體，原本二者之間存在的焊接縫隙被取消。其次，容器的頂蓋部位隨著發(fā)展成為一個(gè)整體。CPR1000堆型以及ACP1000堆型的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的頂蓋是分體的狀態(tài)，也就是說(shuō)容器上封頭部分和頂蓋法蘭進(jìn)行焊接時(shí)是分開的，但是到了某三代堆型以及CAP1400堆型，容器的頂蓋便成為了一個(gè)整體，也就是說(shuō)對(duì)上封頭和頂蓋法蘭進(jìn)行焊接時(shí)采用的是整體焊接的方法，原本幾種堆型中的縫隙被取消。最后，容器的堆測(cè)接管逐漸趨于整體化。加工工廠在制造壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的某三代堆型時(shí)，對(duì)堆測(cè)接管的下段進(jìn)行加工時(shí)采用的方法為堆式焊接，CAP1400堆型與其結(jié)構(gòu)大體相同，但是堆測(cè)接管的下段與頂蓋部分在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)整體。壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的零碎部件朝著一體化方向發(fā)展對(duì)于核電廠的正常運(yùn)行和工作來(lái)說(shuō)具有以下作用：第一，對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行制造和加工的過(guò)程中，可以省去焊接縫隙、熱處理等分開制造時(shí)的步驟，這樣設(shè)備的加工和制造時(shí)間就可以在很大程度上有所減小。第二，設(shè)備中焊接部位數(shù)量的減少可以有效提高設(shè)備在運(yùn)行和工作過(guò)程中的安全性，減少意外情況或者不安全事故發(fā)生的可能性。第三，相關(guān)工作人員對(duì)容器設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和修理時(shí)，焊接部位數(shù)量的減少可以在一定程度上減少維修工作人員的工作量。

2.3不同容器堆型內(nèi)部測(cè)量系統(tǒng)的布置情況

在CPR1000堆型壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的下封頭位置處，大概有50個(gè)中子測(cè)量管座，其主要作用是為核反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中的一些儀器提供光照的通道。在某三代堆型和CAP1400堆型的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的下封頭位置處，并沒(méi)有像CPR1000堆型一樣設(shè)置中子測(cè)量管座，其主要原因是因?yàn)檫@兩種堆型的下封頭與頂蓋形成一個(gè)整體。在這種情況下，將堆芯中的測(cè)量通道設(shè)置在容器的頂蓋位置，為了提高核反應(yīng)的效率，保證核反應(yīng)的安全性，還需要在容器的頂蓋位置處設(shè)置必要的堆測(cè)接管，然后與其下段部分進(jìn)行焊接，這樣就可以使堆芯測(cè)量設(shè)備通過(guò)頂蓋進(jìn)入到堆芯中參與核反應(yīng)。經(jīng)過(guò)壓水堆反應(yīng)堆壓力容器堆型的不斷更新?lián)Q代，堆芯測(cè)量裝置的位置也由下封頭位置轉(zhuǎn)移到了頂蓋的位置，這樣的改進(jìn)主要有以下作用：可以在很大程度上降低堆芯測(cè)量裝置發(fā)生泄露的可能性，提高核電廠進(jìn)行核反應(yīng)過(guò)程中的安全性，為整個(gè)核電廠的安全運(yùn)行和工作提供保障。

2.4壓水堆反應(yīng)堆壓力容器中導(dǎo)向栓安裝位置的變化

工廠對(duì)壓水堆反應(yīng)堆壓力容器中的CPR1000堆型以及ACP1000堆型的頂蓋進(jìn)行制造和加工的過(guò)程中，會(huì)設(shè)置三個(gè)主螺栓孔，首先將導(dǎo)向栓通過(guò)這三個(gè)孔安裝在上面，等到頂蓋部分在整個(gè)容器的安裝工作完成之后，就要將導(dǎo)向栓拆除，將主螺栓通過(guò)三個(gè)孔安裝在頂蓋位置。與以上兩種堆型有所不同的是，某三代堆型以及CAP1400堆型在制造頂蓋并安裝的過(guò)程中，并不會(huì)設(shè)置三個(gè)主螺栓孔，因?yàn)閷?dǎo)向栓的安裝不需要孔的引導(dǎo)，而是由支撐塊對(duì)其進(jìn)行支撐，導(dǎo)向栓支撐塊的具體位置為接管下端法蘭外側(cè)，同時(shí)，整個(gè)頂蓋的法蘭外側(cè)位置還設(shè)置有用來(lái)幫助頂蓋安裝的支架，這兩種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器的堆型在進(jìn)行設(shè)備安裝或者其他運(yùn)行工作的過(guò)程中，并不對(duì)導(dǎo)向栓進(jìn)行拆除。不拆除導(dǎo)向栓的作用主要有：第一，導(dǎo)向栓不需要占用主螺栓的孔洞位置，這樣就可以在一定程度上避免拆除導(dǎo)向栓的過(guò)程中對(duì)主螺栓孔造成破壞，影響主螺栓的正常安裝。第二，在進(jìn)行正常安裝工作和其他運(yùn)行工作的過(guò)程中不對(duì)導(dǎo)向栓進(jìn)行拆除，可以對(duì)相應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行節(jié)約，那么壓水堆反應(yīng)堆壓力容器安裝工作的效率就會(huì)在一定程度上有所提升。

3小結(jié)

通過(guò)對(duì)幾種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較和分析，得出以下結(jié)論：容器的結(jié)構(gòu)朝著大型化方向發(fā)展；容器中的零碎部件朝著一體化的方向發(fā)展；不同容器堆型內(nèi)部測(cè)量系統(tǒng)的布置不同；壓水堆反應(yīng)堆壓力容器中導(dǎo)向栓安裝位置的變化等。通過(guò)以上的分析，可以看出壓水堆反應(yīng)堆壓力容器堆型的運(yùn)行更加高效，那么核電廠的發(fā)電效率就會(huì)因此而得到有效的提升。

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