Реактор ВВЭР-1000

Состав и общее описание корпуса реактора.

Корпус реактора ВВЭР-1000 представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд высокого давления.

Совместно с крышкой верхнего блока (ВБ) и деталями главного уплотнения (ГУ), корпус ядерного реактора обеспечивает создание внутри себя герметичного объёма.

В качестве основного материала для корпуса реактора ВВЭР-1000 применена аттестованная для корпусов и трубопроводов сталь 15Х2НМФА и 15Х2НМФА-А.

Вся внутренняя поверхность корпуса имеет антикоррозионную наплавку.

Корпус реактора изображён на рисунке 3. Корпус состоит из фланца - поз.2 на рис.3, двух обечаек зоны патрубков - поз.3, опорной обечайки - поз.5, двух обечаек цилиндрической части - поз.7 и эллиптического днища - поз.9. и имеет по высоте 6 кольцевых сварных швов.

На внутренней поверхности верхней обечайки зоны патрубков приварено кольцо - разделитель потока - поз.4. К внутренней поверхности цилиндрической части корпуса приварены 8 кронштейнов со шпонками - поз.8, предназначенных для крепления шахты в нижней части.

В состав корпуса ядерного реактора

входят следующие компоненты:

● корпус;

● крышка;

● кольцо опорное;

● кольцо упорное;

● детали главного уплотнения;

● образцы - свидетели.

Корпус.

Корпус реактора изготовлен из углеродистой перлитной стали марок 15Х2НМФА и 15Х2НМФА‑А. Из стали марки 15Х2НМФА выполнены днище, обечайки зоны патрубков, фланец корпуса. Из стали марки 15Х2НМФА‑А изготовлены обечайка активной зоны и опорная обечайка.

Расшифровываются эти маркировки так:

● «15» – это содержание углерода в сотых долях процента, т.е., в данном случае, 0,15%.

● «Х2» – обозначает 2% хрома. Наличие хрома повышает ударную вязкость, уменьшает внутренние напряжения и снижает опасность образования трещин в металле.

● «Н» – никель около 1%. Содержание этого элемента повышает твёрдость стали без снижения вязкости. Понижает порог хладноломкости и увеличивает сопротивление распространению трещин в металле. Содержание 1% никеля в сплаве снижает порог хладноломкости примерно на 60 оС.

● «М» – молибден около 1 %. Содержание молибдена в сплаве снижает его склонность к отпущенной хрупкости, повышает стойкость к отпуску, уменьшаются зёрна стали, увеличивается прокаливаемость.

● «Ф» – ванадий около 1%. Этот элемент добавляют в стали , где содержатся хром, никель, марганец для измельчения зерна стали.

● «А»- это обозначение того, что сталь имеет гарантированные механические свойства;

● дополнительный индекс «-А» через дефис - это обозначение того, что сталь имеет гарантированный химический состав (в частности, содержит меньше примесей в виде серы, фосфора, меди, которые оказывают вредное воздействие на сталь, например, содержание фосфора влияет на хладноломкость стали, а содержание серы - на красноломкость).

Перлитная сталь 15Х2НМФА-А была специально разработана для блоков ВВЭР‑1000. Необходимость разработки новой стали была обусловлена увеличением габаритов корпуса реактора и толщины его стенки по сравнению с предшествующим проектом ВВЭР-440. По технологическим причинам было предусмотрено введение в сталь никеля в количестве 1,0-1,4% как единственного элемента, упрочняющего данный сплав с одновременным повышением его вязкости.

По сравнению с нержавеющими сталями аустенитного класса, перлитные стали обладают рядом преимуществ - в частности, у них выше прочностные свойства и теплопроводность, они слабо подвержены радиационному распуханию, свойства перлитных сталей почти не изменяются при температуре 240‑450 оС.

Несмотря на то, что аустенитные стали имеют большое достоинство - изначально низкий порог хладноломкости – около 196  оС, их недостаток – низкий предел текучести. Кроме того, при высокотемпературном облучении, при значении флюенса быстрых нейтронов около 3х1023 нейтрон/см2 (с энергией более 0,5 МэВ), аустенитные стали испытывают радиационное распухание до 3‑5%. Максимально этот эффект проявляется при температуре свыше 350 оС. Добавки титана, молибдена, никеля снижают радиационное распухание в сплавах.

Однако перлитные стали имеют свойство «вымываться» теплоносителем, частицы металла попадают в теплоноситель, повышая его радиационную активность. Для защиты металла от «вымывания» внутренняя поверхность корпуса реактора и патрубков плакирована нержавеющей сталью, т.е. покрыта антикоррозионной наплавкой, толщина которой колеблется от 7 до 9 мм, эллиптическое днище корпуса реактора плакировано наплавкой толщиной 9 мм. В районах соприкосновения с крышкой, шахтой внутрикорпусной и уплотнительными прокладками наплавка утолщена. Утолщения антикоррозионной наплавки имеются также в местах приварки к корпусу всех патрубков. Антикоррозионная наплавка выполнена в два слоя: первый слой материал СВ-07Х25Н13, второй слой – СВ-04Х20Н10Г2Б. Два слоя наплавки вызваны технологией нанесения: первый слой выполняется переходными электродами по углеродистой стали корпуса реактора, второй - выполняется аустенитными электродами.

Маркировка материала антикоррозионной наплавки расшифровывается так:

● «СВ» – это общее обозначение сварочных материалов;

● первые две цифры – это содержание углерода в сотых долях процента;

● «Х19» и «Х25» – обозначает процентный состав хрома 19% и 25% соответственно;

● «Н10» и «Н13»– обозначает процентный состав никеля 10% и 13%;

● «Г2» – обозначает содержание марганца 2 %;

● «Б» – обозначает содержание ниобия около 1%.

Фланцевый разъем корпуса развит во внутреннюю часть корпуса реактора. В нижней части фланца выполнен конусный переход с толщины 292 мм на толщину 285 мм по основному металлу с антикоррозионной наплавкой.

Фланец корпуса – цельнокованый, высотой 950 мм, со стенкой переменного сечения. Фланец корпуса соединён с зоной патрубков. Зона патрубков выполнена из двух цельнокованых обечаек, одна из которых является обечайкой «горячих» патрубков, а другая – обечайкой «холодных» патрубков. В каждой обечайке зоны патрубков имеется по четыре выштампованных патрубка Ду 850 мм. Обечайки зоны патрубков изготавливаются методом горячей штамповки. Высота верхней обечайки зоны патрубков 1800 мм, высота нижней обечайки 1960 мм. Соединение фланца с обечайками корпуса реактора и обечаек между собой осуществлено сварным швом, выполненным автоматическим методом.

Фланец имеет 54 резьбовых отверстия глубиной 290 мм под шпильки главного уплотнения М 170X6. Во время перегрузки топлива при извлеченных шпильках для исключения попадания борного раствора в гнёзда шпилек устанавливаются специальные заглушки.

На горизонтальной поверхности (в плакированной части) фланца корпуса выполнены 2 кольцевые канавки под установку 5-и миллиметровых никелевых прокладок (см. рис.10). Проверка профиля канавок производится шариком диаметром 5±0, 005 мм через каждые 200 мм на длине канавки, при этом шарик должен выступать над горизонтальной поверхностью на величину 1,7±0, 2 мм.

На наружной цилиндрической поверхности фланца выполнена переходная наплавка толщиной 10 мм для приварки сильфона разделительного.

Реактор ВВЭР-1000 является водо-водяным энергетическим реактором корпусного типа