反應(yīng)堆壓力容器是核電站的核心部件之一，是保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的重要屏障。
反應(yīng)堆壓力容器包容和支承堆芯核燃料組件、控制組件、堆內(nèi)構(gòu)件和反應(yīng)堆冷卻劑的鋼制承壓容器，安置核反應(yīng)堆并承受其巨大運(yùn)行壓力的密閉容器，也稱反應(yīng)堆壓力殼。
簡介
安置核反應(yīng)堆并承受其巨大運(yùn)行壓力的密閉容器，也稱反應(yīng)堆壓力殼。核電站所用的反應(yīng)堆主要有輕水堆（壓水堆及沸水堆）、重水堆、氣冷堆及快堆等。由于壓力容器包容了反應(yīng)堆的活性區(qū)和其他必要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)形式隨不同堆型而異。
設(shè)計(jì)原則
反應(yīng)堆壓力容器位于反應(yīng)堆廠房中心，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮一回路冷卻劑的高壓和高溫，主管道斷裂事故和地震等作用。由于壓力容器所容納的反應(yīng)堆本體放射性極強(qiáng)，故在材質(zhì)要求、制作、檢驗(yàn)及在役檢查等方面都比常規(guī)壓力容器要嚴(yán)格得多。
分類
分為鋼和預(yù)應(yīng)力混凝土兩類。鋼壓力容器可用于各種類型的核反應(yīng)堆。預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器已成功地用于氣冷堆，并正在探索用于其他類型的核反應(yīng)堆。
鋼壓力容器
是50年代初隨著第一批動(dòng)力反應(yīng)堆問世而出現(xiàn)的，輕水堆核電站的鋼壓力容器均為圓筒形結(jié)構(gòu)。百萬千瓦級(jí)的大功率壓水堆壓力容器的內(nèi)徑多在4.4米左右，總高一般在14米左右，壁厚約20厘米，承受15兆帕以上的高壓（圖1）, 通常用含錳、、的低合金鋼制成。為了抗腐蝕，內(nèi)壁需堆焊一層不銹鋼。上封頭用法蘭連接，便于反應(yīng)堆換料，其頂部設(shè)有反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。容器上還有反應(yīng)堆一回路的進(jìn)出口接管段。沸水堆壓力容器的外形和材質(zhì)與壓水堆類似，但壓力較低，約在7兆帕左右。由于它比壓水堆要多容納汽水分離器等裝置，故一般尺寸更大，百萬千瓦級(jí)沸水堆壓力容器的直徑可達(dá)6.4米，高度為22米以上，壁厚約17厘米。沸水堆的控制棒則貫通壓力容器的底部。
氣冷堆的鋼壓力容器是直徑約20米的圓球，頂部設(shè)有加料立管、邊上有進(jìn)出口風(fēng)道。由于容積大、焊接工藝及運(yùn)輸困難，已很少采用。
預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器
50年代末，法國首先應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆中。但在總體布置上還未脫離鋼容器的格局，即壓力容器內(nèi)只容納反應(yīng)堆活性區(qū)，而冷卻劑的壓力回路和蒸氣發(fā)生器等仍置于壓力容器之外，還需另設(shè)生物屏蔽，故不經(jīng)濟(jì)。60年代末，英國在奧爾德伯里核電站的壓力容器設(shè)計(jì)中提出了一體化設(shè)計(jì)的概念，即把壓力回路和蒸氣發(fā)生器移至活性區(qū)附近，全部置于預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器之內(nèi)，既提高了反應(yīng)堆的安全性，又充分利用了預(yù)應(yīng)力混凝土容器容積大的特點(diǎn)，因而技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果較高。從此世界各國建造的氣冷堆預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器也都采用了一體化設(shè)計(jì)。
預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器的幾何形狀，除早期的幾個(gè)氣冷堆外，一般都采用厚5～6米的平板封頭和壁厚4～5米的立式圓筒，直徑約25米、高約30米。
按設(shè)備處在同一室腔或幾個(gè)室腔的設(shè)置方式，分成單腔及多腔式兩種。按預(yù)應(yīng)力鋼束配置方式又可分為三種：
①縱向鋼束沿容器筒壁豎向布置并錨固于筒體的上下端，環(huán)向鋼束則分段張拉并錨固于容器四周的扶壁上；
②沿筒壁配置正反兩方向互相交叉的兩組螺旋形預(yù)應(yīng)力鋼束，并錨固在圓筒體的上下兩端；
③縱向用粗鋼束，環(huán)向用鋼絲或鋼絞線連續(xù)纏繞，適用于多腔式容器。
在預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器的內(nèi)側(cè)，需設(shè)置鋼襯里、絕熱層和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，以保證容器的密閉性，防止混凝土過度受熱及混凝土厚壁內(nèi)外表面間的溫差過大。結(jié)構(gòu)受力按三維塊單元網(wǎng)格計(jì)算。
核電站的預(yù)應(yīng)力壓力容器的混凝土用量多達(dá)1～2.5×104米3，預(yù)應(yīng)力鋼束一般為1～2×103 噸，總施工期大致為 4年左右。施工中須采取措施以防止大體積混凝土的收縮開裂。
在預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器中由于采用近千根預(yù)應(yīng)力鋼束作為主要承載構(gòu)件，個(gè)別鋼束的偶爾破壞并不影響整個(gè)容器的受力狀態(tài)，故比鋼壓力容器具有更高的安全度。它可在工地現(xiàn)場制造和裝配，因此尺寸不受運(yùn)輸條件限制，特別適用于大型核電站。
繼法國成功地應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器于氣冷堆之后，用于其他堆型的研制工作也在各國開展。1967年起，瑞典、丹麥、挪威等國對(duì)沸水堆預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器共同進(jìn)行了參考設(shè)計(jì)、模型試驗(yàn)及商用化問題的研究，并取得了不少有益的經(jīng)驗(yàn)。德國、奧地利等正在研究壓水堆預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器。美國、英國正在設(shè)想把它應(yīng)用于快中子堆。
參考資料 >
全球首座四代核電站壓力堆反應(yīng)容器吊裝成功.環(huán)球科技.2025-04-22