三代核电反应堆压力容器结构对比

文章对比了以上几种堆型的反应堆压力容器结构特点，并分析了其中的优缺点。

关键词：压力容器；AP1000；华龙一号

中图分类号：TL35 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）22-0037-02

1 概述

我国的核电技术路线是在上世纪80年代确定走引进、消化、研发、创新的道路的。经过20余年的努力，通过对引进的二代法国压水堆技术的消化吸收，取得了巨大的技术进步，实现了60万千瓦压水堆核电厂的设计能力。21世纪初，我国又引进了目前世界上最先进的三代核电技术AP1000，并买断了西屋关于AP1000的技术资料，为形成具有自主知识产权的核电技术创造了条件。目前我国在建和已经运行的堆型主要是AP1000、CAP1400和华龙一号。AP1000是美国西屋公司研发的一种先进的“非能动型压水堆核电技术”；而CAP1400是国家核电技术公司吸收消化AP1000技術创新开发出的更大功率的非能动大型先进压水堆核电机组；华龙一号是我国吸收和创新最先进核电技术的产物，目前主要有两种分别是中核集团和中广核集团自主研发的具有完整自主知识产权的先进压水堆核电技术ACP1000和ACPR1000+。ACP1000是中核集团在CP1000的基础上吸收AP1000核电技术研制的。ACPR1000+是中广核在推进CPR1000核电技术的同时研发出来的。反应堆压力容器是安置核反应堆并承受巨大运行压力的密闭容器，也称反应堆压力壳。本文通过对比以上四种三代核电堆型反应堆压力容器的结构差异，为以后三代乃至四代核电反应堆压力容器设计提供充足的数据支持。

2 结构参数对比

2.1 设计总参数

如表1为四种堆型的反应堆压力容器的设计总参数，从表中看出，相比于AP1000和CAP1000，华龙一号采用了更高的水压试验压力，体现了更高的安全性，同时采用12根堆测接管以便于放置更多的测量设备来监测反应堆的运行。三代核电CRDM管的数量普遍在60个左右，由于CAP1400拥有相对较大的顶盖，因此CRDM管的数量达到了89个。华龙一号在主螺栓孔和导向栓孔的设计上进行了简化，将主螺栓和导向栓设计在同一圆周上，而AP1000与CAP14000的导向栓孔是在主螺栓孔外侧单独焊接的导向栓支承块上。从表中还能看出进出口接管的直径越来越大，因为在加工和焊接技术能满足的前提下，进出口直径越大，可以有效提高反应堆压力容器的换热效率，从而提高单堆的发电效率。

2.2 顶盖部分

2.2.1 顶盖形式

AP1000与CAP1400为一体式顶盖，上封头和顶盖法兰合为一体锻造，中间没有焊缝，虽然这对大型锻件的锻造技术有着较高的要求，但同时也大大简化了顶盖的制造工艺流程；而华龙一号的顶盖仍然同CPR1000一样采用分体锻造，分别堆焊，然后采用对接焊将顶盖和下封头焊接起来。

2.2.2 堆测接管

华龙一号的堆测接管均为焊接件，在上封头和顶盖法兰组焊后采用J型坡口与顶盖插入式焊接，并且堆测接管下端均为斜切口朝向顶盖中心，对设备冷装要求较高。而AP1000与CAP1400是在顶盖打孔处堆焊不锈钢形成堆测接管管座，再与堆测接管进行对接焊，不采用贯穿件结构。如图1所示。

2.2.3 CRDM管安装高度

四种三代核电的顶盖尺寸相差不大，除了CAP1400较大以外，其他三种相差不多，唯一值得注意的是ACPR1000+相比其他堆型CRDM管安装高度较低，这可能对顶盖的整体吊装过程产生较大的影响。

2.3 筒体部分

2.3.1 下封头与过渡段

CAP1000下封头与过渡段作为一个整体进行锻造，而AP1000和华龙一号的下封头和过渡段是分开锻造的，其中ACP1000的过渡段直边部分要比ACPR1000+大很多。这是AP1000与CAP1400在结构上为数不多的差异之一，这种差异最主要的原因是CAP1400外形尺寸较大，尽量减少焊缝能够有效提高反应堆压力容器的抗压能力，从而提高安全性。

2.3.2 径向支承块

AP1000和CAP1400有凸台结构，在凸台上焊接8个径向支承块支承堆内构件，在整周上分四个方向均匀分布；而华龙一号的下封头过渡段取消了凸台结构，ACP1000只有径向支承块4个，沿周向均匀分布；ACPR1000+有8个径向支承块分8个方向沿周向均匀分布，在假想堆芯跌落事故时起到二次支承作用，同时其中4个用来约束堆内构件的周向和径向位移。

2.3.3 声测装置支座

AP1000和CAP1400各有三个声测装置支座在筒体周向均匀分布；ACP1000共四个，有三个均匀分布在筒体上，另外一个在顶盖上；ACPR1000+共九个声测装置支座，6个在筒体，3个在顶盖。声测装置支座是用来连接声测装置的，ACPR1000+的声测装置个数和分布的位置与其他三种堆型相比都有明显的优势，因此可以对堆内的声音进行更好的监控，有效的提高了反应堆压力容器的安全性。

2.3.4 检漏管

检漏管AP1000和CAP1400有内外两个检漏管，并且检漏管的下部水平，而ACPR1000+和ACP1000只有一个内检漏管，并且下端有20°倾斜角。华龙一号采用一个检漏管有效的简化了结构，下端的倾角可以防止积液，与AP1000和CAP1400相比设计上有着明显的优势。

3 结束语

反应堆压力容器作为核岛设备的主要部分，设计时要考虑一回路冷却剂的高温高压，因此对其结构的设计有着很高的要求。本文通过对中国当下现有的三代核电反应堆压力容器结构及尺寸的对比，让我们对反应堆压力容器的结构有了更加深入的了解，为以后的设计打下坚实的基础。

参考文献：

[1]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000[M].北京.原子能出版社，2008，8.

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