[科普中国]-核容器

简介

核容器指核电站中与核安全相关的各类压力容器、换热器、泵、阀和管道等机械设备，一般主要是指反应堆压力容器、主蒸汽发生器、主管道和稳压器的方面的压力容器1。它是一种工作条件极其苛刻的特种压力容器，它的出现，给压力容器设计带来了新概念。3

压水反应堆是世界核动力堆中应用最广的一种堆型，其核容器(主要指压力壳和蒸发器)的加工精度，技术难度，产周期，质保要求和部件体积等远远超过一般的重型机器或压力容器，因此核容器的制造是一次复杂而又困难的工作，它是重型机器与压力容器制造技术的综合。2

质量保证质量保证是指为了保证所提供的部件、设备或系统满足使用要求，而制定必须的可靠的有计划有组织的活动。

一个有效的质量保证制度，应把核容器的设计、制造、建造和使用阶段的返修、延误和事故限制到最低水平，同时又能确保核电站运行的安全性。总之，经济性和安全性往往是有矛盾的，但是成功的质量保证制度应该使两者统一起来，以达到核设备的充分安全性和最大经济性。4

按照ASME规范第II卷“核动力装置部件”和第l卷“核电站部件的在役检查规则”进行设计、制造和运行的反应堆容器，粉碎性破坏的几率小于 /容器年，普通电站所使用的和反应堆容器相当的容器，其粉碎性破坏的几率小于 /容器年。然而，飞机失事的个人危险几乎率约为 /年，而目前统计的车祸致命危险几率约为 /年。所以反应堆容器的破坏几率比起其它方面可能遇到的危险性来说是很小的。核容器的破坏具有令人羡慕的安全记录。4

核电站为了达到上述所说的破坏几率仅为 /容器年，必须在核容器的设计、制造、运行各阶段采取一系列的质量保证措施。4

特殊要求高温高压压水堆核电站一回路设备都处于高温(350℃)高压(17.5MPa)下工作。核容器的壁厚一般在150mm以上，个别部件厚达400一500mm，因此，设计和制造比较复杂，而且对安全可靠性提出了严格的要求。1

密封问题为了安装堆内构件、更换燃料组件、检查容器内件和在役检查等需要，在一回路核容器必须具有可拆顶盖和人孔等，形成了一个大直径的密封。为防止放射性物质泄漏，要求密封结构安全可靠。因此，在有些机械密封结构外，还布置有焊接密封结构。1

应力分析核容器除受到压力、各连接设备的机械载荷以及温差和内热源造成的热应力外，还要考虑运行工况变动和冲击振动等多种载荷。在设计时仅采用手册性强度计算是不够的，必须进行严格的应力分析，包括断裂分析、疲劳分析和热冲击分析等。1

在役检查反应堆运行后，各种核容器都带有不同程度的放射性。为减少更换燃料、检查内件、高应力区、高通量区等部位应制订在役检查大纲，采用专用的无损检查设备或机构。在各系统和设备结构布置时，应为在役检查设施提供足够通道。1

辐照影响反应堆容器遭受堆芯核裂变产生的中子和y射线的强烈照射。材料的物理和力学性能发生变化，其中最值得注意的是材料冲击韧性和延性显著下降，以致可能发生脆性破坏。同时，一回路设备的腐蚀产物，辐照后成为放射性源，给检查维护带来很大困难，要求一回路设备的内表面堆焊不锈钢或镍基合金等耐腐蚀材料。1

质量保证核电站各个环节均要求质量保证，作为核安全一级的核容器则更为重要。在设计、制造、安装、运行等各个方面都应制订详细的质量保证大纲，产品设计需经过各级审查。业主代表对制造过程进行监造和验收。设计单位应作最终安全分析和制订在役检查大纲等。

核容器是核电站一回路承压边界的重要组成部分。它们的安全等级为I级，设备等级为规范I级(ASMLE)，质保等级为QAI级，抗展要求为抗展SSE类。总之，它们是核电站中要求最高的。反应堆冷却剂承压边界属于核电站中的三道安全屏敝之一。1

关键技术为了保证核容器的功能，达到各种核容器的特殊技术要求，在制造中存在下列关键技术。1

核级低合金钢的冶炼、锻压技术具有良好性能和冶金质量的低合金钢的冶炼；

保证大型钢锭性能的均匀性和减少成分偏析技术；

万吨水压机进行大型锻件(100一250t)自由锻技术；

核级大型钢绽(150~350t)的合浇和真空除气技术；

大型锻件的起重和翻转技术以及配套辅具。

大直径(>价700)不锈钢管的离心浇注和弯管技术。1

核容器的焊接技术厚壁(100一25omm)容器的窄间隙或小坡口焊接技术；

容器内表面大面积的不锈钢或镍基合金堆焊(包括电渣堆焊)技术；

容器筒体和大直径接管大刚度厚断面的焊接技术；

异种金属：低合金钢一不锈钢一镍基合金之间的焊接技术；

低合金钢管板和镍基合金管的胀管焊接技术；

大厚度不锈钢板焊接技术(~100mm)。1

特殊热处理技术核级大型锻件的水槽淬火、回火和喷淋冷却技术；

重型厚壁部件的消氢热处理技术；

大直径厚壁零部件的电红外预热和局部热处理技术，

大截面不锈钢部件的固溶热处理技术；

大型锻件焊后最终热处理的变形控制和均匀性技术；

大厚度不锈钢焊后热处理技术。1

非常规无损探伤技术大型锻件多探头超声探伤技术；

厚壁焊缝的射线和超声探伤技术；

接管焊缝曲面的射线和超声探伤技术；

不锈钥或镶基合金堆焊层超声和测厚技术；

异种金属焊缝的探伤技术；

大螺栓螺纹和螺孔的磁粉探伤技术。1

机械加工及测量技术厚断面管板(~350~600mm)的深孔加工技术；

核蒸汽发生器支撑板梅花孔加工技术；

密封面车削和研磨加工技术；

大螺孔的切削和研磨加工技术；

反应堆容器和堆内构件多层孔板的光学对中和加工技术；

薄壁不锈钢导向筒的高精度加工和测量技术。1