核电压力容器充氮气保护装置的设计技术

（一重集团齐齐哈尔中实运业有限责任公司， 黑龙江 齐齐哈尔 161042）

核电压力容器充氮气保护装置的设计技术

刘庆荣

（一重集团齐齐哈尔中实运业有限责任公司， 黑龙江 齐齐哈尔 161042）

核反应堆压力容器（筒体和上盖）在包装保护要求容器内充装氮气，以保护压力容器内不锈钢堆焊层不受海上长途运输过程中的盐雾侵害，需对容器做密封包装设计

特殊防护；可剥性塑料；高压密封；低压密封；不锈钢堆焊层；密封包装

图1

我公司为巴基斯坦生产的第二台300MW核反应堆压力容器在大连核电事业部出产，反应堆容器设计寿命为40年，它的寿命也是核电厂的运行寿命，堆容器是不可更换的，是核岛主设备中最关键的设备，它盛装着放射性核燃料U235和堆内构件及作为载热剂和慢化剂的高纯水，同时承受着堆顶的驱动机构和其它附件的重量。它也是核岛一回路系统的冷却剂压力边界，又起着第二道安全屏障的重要作用。运行中它长期承受着高温、高压和中子辐照等作用。每台核压力容器制造周期需3～4年，对容器和附件的包装保护是严格苛刻的，在制造完到包装好装船时间是非常紧张，对机器产品的包装一般有简易包装，有效包装和过度包装。对一般机器设备采取有效包装就可以满足在运输、吊装、贮存等方面的要求，对核反应堆压力容器的防护包装，鉴于核电容器的重要性，核电设备包装比一般机器设备的过度包装还要苛刻，一回路压力容器部件是核电厂唯一不可更换的部件，它的安全运行周期就是核电厂的使用寿命（此台压力容器设计使用寿命40年）。所以对压力容器做怎样的防护包装都不过分，其中对容器内壁不锈钢堆焊层的保护，要求容器内壁喷涂可剥性塑料，容器中加干燥剂，容器密封后充装99%纯氮气，这密封工作过程是核容器在水压实验后的，是在包装工作的重点工作，要求容器内压力0.0 2 MP a，保证在0.05Mpa压力值左右较为适宜，压力是否下降，密封是否成功，是工厂生产制造过程中的最后一个见证点。

图2

图3 （a）

图3 （b）

图4

一、充装氮气密封，容器内压力大于外面大气压，保证外面的空气（潮气、盐雾等）不进入容器内，虽然需要的压力不大，对核容器来说却是非常困难的，核压力主容器是高温、高压类的容器，它的设计是大盖端口按高温、高压密封接口做的，是空心金属环，价格也非常昂贵，在低压充氮密封中不适用，金属环密封的加工槽，在包装中是特别需要保护的，不能做为充氮气密封的使用面的，不允许使用，进、出口接管是按焊接管留出的焊接端口，中子测量管的接口也是留的焊接接口，容器的接口数量在五、六十之多，大小口差别较大。对包装接触的材料成分有非常严格的限制，做密封难度非常大，我国有秦山、大亚湾核电厂，它们的容器是从日本和法国的进口容器、密封设计简单，常规办法设计，有泄漏，不能完全保证不泄漏，压力降零时再充装氮气，海上长时间、长距离运输需要补充很多氮气，非常不方便，是不得以的办法。我公司在为巴基斯坦C1包装时，按参考借鉴外国以有的核电包装模式做的密封，没有密封住，在一重制造的需充氮气加氢等容器，都没有达到过要求。在为巴基斯坦制造的C2容器时，买方就明确提出在C2包装上保证充装氮气后不泄压。保证在海上两个月运输中堆容器内不受影响。在做C2密封包装时，既然没有可借鉴的成功经验，我们把堆容器的各口特点拿出来研究，针对每个口需要怎样做能达到密封效果，逐一攻关。

压力容器筒体有进出口各2个，中子测量管29个，检漏管1个，容器密封圈口；顶盖有盖沿密封口，放气管口，测温管座口4个，驱动管座口37个。包装密封将筒体和顶盖单独做密封包装设计。

筒体的密封示意图1

法兰面密封面结构图2

在端盖上做双密封槽设计，外环形槽位置在筒体密封面的外边上，在内边上再有一道环型密封槽，盖板厚度在40-50mm，并在盖板上加环状筋板，增加盖板的刚性，与密封面接触的盖板面采用不锈钢板焊接或堆焊不锈钢焊层，装配时再粘

1mm厚橡胶板。螺栓把合方式在主螺栓周圈孔上安装变径螺栓，与盖板把合上。密封件选用Φ14橡胶绳双圈，橡胶材料材质符合核电不锈钢材料的防污染要求。

进、出接管口的密封如图3所示。

进、出接管口安全端是与连接管道焊接的接口处，是已加工出的焊接坡口，焊接坡口不仅需要保护，在坡口面上作密封非常困难，根据接管口的特点，在内外拉螺栓，做径向和端面密封，双道双环O型橡胶圈密封。

中子管密封采用双环O型密封圈的方式。用拉杆拉住一个密封塞，密封塞上套两个O型密封圈，如图4所示：

检漏管口密封采用橡胶套塞，用两个喉箍箍紧。

二、顶盖密封：在顶盖密封面上做一密封盖板，在螺栓把合面下做支承底座，驱动管座采用水压密封堵塞加盖帽的方式。

通过一重产品巴基斯坦恰希玛30WKW C2核电容器密封经过3个月的运输到现场，充装氮气没有泄漏；秦山二期4#60WKW压力容器经海上运到安装现场，内充装的氮气没有泄漏，压力没有下降。福清100WKW1#压力容器密封包装也保证了充氮气压力达到0.05W Pa不泄漏，核压力容器充氮气密封技术，能够使一重的核容器运输到世界任何地方，能够经长期、长距离海上的运输。达到世界领先水平。

此种密封技术有以下优点：

1 对密封面、进出口端的保护好，防止磕碰；

2 充装氮气后，惰性气体对容器内堆焊不锈钢有保护作用，完全免受海运盐雾影响；

3 采用机械式密封，双槽O型橡胶密封圈，方便安装，密封效果好，易于拆卸；

4 能够满足压力容器长期贮存的要求；

5 运输过程中，不用带很多的氮气瓶；节约运费，在运输途中不用补充氮气；

6 满足长距离、长时间的海上运输的需要。

[1]机械设计手册（化工版）．

[2]现代机械设计方法实用手册．

G21F

A