专利名称:压水核反应堆的主级回路稳压器用的加热棒及这种加热棒用的金属外壳的处理方法
技术领域：
本发明一般涉及压水核反应堆的主级回路稳压器的加热棒。
更确切地说，根据第一实施例，本发明涉及压水核反应堆的主级回路稳压器的加热棒，该加热棒具有金属外壳和加热部件，所述金属外壳呈纵向延伸形状，该金属外壳具有外表面，所述加热部件安装在所述外壳内。
这种加热棒通常安装在稳压器的下部，且浸入在主级回路的水中，所述水部分地充注该稳压器。当要增大反应堆的主级回路的工作压力时，这些加热棒被使用。它们加热水直至其沸点温度，致使其一部分挥发。
背景技术：
事实证明，在现有技术的加热棒上会发生泄漏。实际上，这些加热棒之一的外壳有时会破裂，以致加热棒的内部与稳压器中的水连通。
这种泄漏的结果是损坏加热棒的加热部件，造成加热棒停止工作，甚至使加压水通过加热棒的内部间隙朝稳压器外泄漏。
发明内容
在本文中，本发明旨在提出提高安全可靠性的加热棒。
为此，本发明涉及上述加热棒，其特征在于，它具有防腐蚀的保护涂层，该保护涂层至少覆盖所述外壳的一部分外表面。
加热棒也可单独地或根据所有可能的技术组合，具有以下一个或多个特征
-所述涂层主要包括镍；
-所述涂层在重量上具有至少95%的镍；
-所述涂层在镍盐浴液中用电解法涂覆在所述外表面上；
-所述涂层的厚度大于50微米；
-加热棒具有有效的加热区域，所述涂层至少沿整个所述有效的加热区域纵向延伸；
-所述涂层在所述有效的加热区域的两侧纵向延伸在一保护距离上；
-所述保护距离大于10毫米；以及
-所述外壳用奥氏体不锈钢制成。
根据一第二实施例，本发明涉及用于上述加热棒的金属外壳的处理方法，其特征在于，它具有涂覆涂层的工序，在电解槽中在所述外壳(36)的至少一部分外表面上涂覆涂层，所述电解槽包括电解浴液和浸在电解浴液中的电极，所述电解浴液基本上含有氨基磺酸镍、氯化镍和硼酸，所述外壳布置在电解浴液中，电流保持在所述电极和所述外壳之间。
所述方法也可单独地或根据所有可能的技术组合，具有以下一个或多个特征
-所述电解浴液的pH值在涂覆工序期间保持在3至5之间；[0020]-所述电极用可溶镍制成；
-所述电流在涂覆工序期间保持每平方分米的待处理外壳的外表面5安培至50安培的电流密度；
-在所述涂层的涂覆工序之前是初涂工序，其在电解槽中在所述外壳的至少一部分外表面上预先涂覆一层粘接层，所述电解槽具有电解浴液和电极，所述电极浸在所述电解浴液中，电解浴液是瓦茨浴液，其基本上具有硫酸镍、氯化镍和硼酸，所述外壳布置在电解浴液中，电流保持在所述电极和所述外壳之间；
-所述电解浴液的pH值在初涂工序期间保持在3至5之间；以及
-所述粘接层的厚度小于10微米。
下面，根据参照附图和作为非限制性实施例给出的说明，本发明的其它特征和优越性将得到更好的理解，附图如下
图1是压水核反应堆的主级回路的简化示意图，其稳压器配有本发明的加热棒；
图2是沿图1所示稳压器下部的竖直平面的剖面图；
图3是图1和2所示稳压器的加热棒上部的放大图；
图4是图3所示加热棒的一部分IV的局部放大图，是沿加热棒的纵向平面的剖面图；以及
图5是电解槽的简化示意图，所述电解槽适于在图1至4所示的加热棒上涂覆防腐蚀的保护涂层。
具体实施方式
图1示出压水核反应堆的主级回路1。该回路1具有箱体2，其中布置有核燃料组件、配设主级部分(parties primaire)和次级部分(partiesecondaire)的蒸汽发生器4、 主级泵6、以及稳压器8。箱体2、蒸汽发生器4和泵6由主级管道部段10予以连接。回路 1装有主级水，这种水由泵6朝箱体2压送，通过箱体2，经受加热，与燃料组件接触，然后在返回到泵6的抽吸之前，通过蒸汽发生器4的主级部分。在箱体2中加热的主级水在蒸汽发生器4中通过该发生器的次级部分向次级水释放其热量。次级水以闭环的方式在未示出的次级回路中循环。它在通过发生器4时蒸发，如此产生的蒸汽驱动汽轮机。
稳压器8通过导管18分路地安装在主级管道上，所述导管18叉接在部段10上， 所述部段10将箱体2连接于发生器4。它布置的高度高于泵6和箱体2的高度。稳压器8 具有锅炉套11，其呈大致圆柱形，具有垂直轴线，配设有穹顶12和下底部14。下底部14具有中央孔16 (图2)，该中央孔16通过导管18连接于主级管道。
稳压器8也具有喷洒部件19，其包括穿过穹顶12的分路连接器20、布置在锅炉套 11内和安装在分路连接器20上的喷嘴21、在泵6的加压输送(refoulement)处使分路连接器20与主级管道连接的管道22、以及用于有选择地允许或阻止主级水在管道22中直至喷嘴21流动的部件(未示出)。
主级回路1也包括安全回路23，该安全回路23具有排放容器24、使容器24连接于稳压器的穹顶12的管道25、以及在管道25上间置在容器24和稳压器8之间的安全阀26。
稳压器8的内部空间与主级回路1连通，以致稳压器8始终部分地充注以主级水， 稳压器内的水位取决于主级回路的现行工作压力。稳压器8的顶部充满水蒸汽，其压力差不多等于在连接发生器4的主级管道10中流动的水的压力。
一旦稳压器中超压，安全阀26就开启，水蒸汽排放至容器24，在其中冷凝。
稳压器8配有数十个电加热棒28。这些加热棒竖直布置，安装在下底部14上。它们通过为此而配设的孔穿过底部14，密封部件间置在加热棒和底部14之间。
加热棒28较长，通常为1米至2. 5米，与其长度相比，其截面较小。
每个加热棒28包括部分30 (图2)，其布置在稳压器的锅炉套11内，且浸入到部分注入锅炉套的水中；中间部分32，其安装在底部14的孔中；和连接部分34，其布置在锅炉套11的外部。
如图4所示，浸入部分30具有外壳36，其呈圆柱形，用不锈钢或不锈合金制成，所述浸入部分30 —般具有中央芯棒38，该中央芯棒沿外壳36的中央轴线布置在外壳36内， 所述浸入部分30还具有电热丝40，其围绕芯杆38呈螺旋形盘绕，且布置在芯杆38和外壳 36之间。
电热丝40具有导电的阻抗性的金属芯线(Sme metalliqueresistive electriquement conductrice) 42和钢制金属套管44，所述导电的阻抗性的金属芯线42例如用铜或镍铬合金制成，所述钢制金属套管44围绕由氧化镁实现电绝缘的芯线42。它与外壳36的内表面接触。
电热丝40布置成在浸入部分30形成一个中央纵向加热区域46 (图2)和两个不加热的纵向区域48，所述不加热区域48布置在加热区域46的两侧。
在加热区域46，芯杆38用铜制成，电热丝40围绕芯杆38盘绕，形成拼接的螺旋线匝。
电热丝40沿中间部分32在其内延伸，且连接于位于部分34的电连接器49。该电连接器49电连接于电发生器(未示出)，其适于使电流在电热丝40中流通。
浸入部分30的纵向长度例如为2150毫米。加热区域46的纵向长度例如为1100 毫米。不加热区域48间置在区域46和中间部分32之间，其纵向长度例如为450毫米。位于加热区域46另一侧的不加热区域48具有约550毫米的纵向长度。外壳36沿整个部分 30具有恒定的外径，其例如为22毫米。部分32和34的总纵向长度例如为340毫米。
每个加热棒28的电功率为6至30千瓦。它在外壳36的外表面处输送20至50W/ cm2的热通量。
稳压器8还具有保持加热棒28的导向板50，如图2所示。这些导向板50在稳压器8的整个内截面上差不多呈水平状态延伸。它们在稳压器8中一个在另一个之上地布置在不同的垂直部位。每个导向板都具有使水通过板50流动的孔52和加热棒28的导向孔 54。
孔54呈圆形，其直径略大于加热棒的浸入部分30的外径(图3)。该部分30通过叠置孔54穿过不同的板50，以致加热棒28导向至多个部位，且由板50沿大致垂直的方向加以保持。加热棒的外壳36通常不与孔54的边缘接触。
稳压器8的作用是控制主级回路中水的压力。由于它通过管18与主级管道连通，因此，它起膨胀罐的作用。因此，当沿主级回路循环的水量增加或减少时，稳压器8内的水位根据这种情况提高或下降。
水量的这种变化例如可导致水注入到主级回路中，或造成主级回路的工作温度的变化。
稳压器8也具有增大或减小主级回路的工作压力的作用。
为了增大主级回路的工作压力，向加热棒28供电，使之加热稳压器下部的水至其沸点。该水的一部分沸腾，使稳压器8顶部中的压力增大。由于蒸汽不断地与在主级回路 1中循环的水处于流体静力平衡状态，因此该主级回路1的工作压力增大。
为了减小主级回路1的工作压力，使布置在稳压器8的顶部中的喷嘴21工作，允许水借助于为此而配设的部件在管道22中循环。在主级管道10中从泵6的增压输送处抽取的水喷射到稳压器8的顶部中，并致使其中的一部分水蒸汽冷凝。稳压器8的顶部中水蒸汽的压力减小，以致主级回路1的工作压力也减小。
如图4所示，加热棒28每个都具有防腐蚀涂层60，其至少覆盖外壳36的一部分外表面62。该涂层60在加热棒的整个加热区域46纵向延伸，也在该区域46的两侧在一定的保护距离上延伸。该保护距离大于10毫米，优选地大于30毫米，通常约为50毫米至 100毫米。涂层60在外壳36的整个周边上延伸，以致它在加热区域46中和在一部分区域 48中在一定的保护距离上完全覆盖外壳36。
涂层60主要包括镍，优选地，在重量上具有至少95%的镍。在一优选实施方式中， 涂层是纯的或几乎是纯的镍涂层，其通过电镀的方式涂覆，如下文所述。
涂层60的厚度大于50微米，小于200微米。优选地，其厚度约为100微米。
现在来描述在外壳的表面62上涂覆涂层60的方法。
该方法的主要工序在图5所示的电解槽中实施。该电解槽64具有箱体66，其可容纳有处理浴液，且配设入口 68和出口 70 ；泵72，其使形成处理浴液的流体从箱体的出口 70流动直至其入口 68 ；电极74，其浸入在处理浴液中；和电发生器76。电极74用可溶镍制成。电发生器76—方面可连接于电极74，另一方面可连接于要处理的加热棒28。它适于在电极74和要处理的加热棒28之间保持一定的电位差。
处理方法包括以下连续的工序。
工序1 提供处理加热棒28。该加热棒配有其全部内部部件(芯杆38、电热丝40)。
工序2 除去外壳36的外表面62的油污。
工序3 用硫酸浸渍待涂覆表面。
工序4 反极性侵蚀(attaque en polarit6inverse)，以溶解待涂覆表面的表面层。该工序可在电解槽64中进行。在这种情况下，其注入适当的溶液，加热棒的浸入部分 30浸入在溶液中，电发生器76安装成使外壳36保持正电位，使电极74保持负电位。该工序结束时，外壳36的原来的表面层溶化，代之以覆有一层新近形成的钝化薄层的新表面。
工序5 正极性侵蚀(attaque en polaritenormale)，以使待涂覆表面去钝化。该工序可在电解槽64中进行。在这种情况下，其注入适合的电解浴液，如前所述，加热棒的部分30浸入在电解浴液中。电发生器76此次安装成使外壳36保持负电位，使电极74保持正电位。该工序可去除前一工序4形成的钝化薄层，使外壳36的金属裸露，以使涂层60 良好附着。[0065]工序6 涂覆一粘接层。该粘接层属于涂层60，几乎仅包括镍。其厚度小于10微米，优选地，等于2微米。在该工序的实施过程中，箱体66注入酸性很大的瓦茨浴液(bain de Watts)，其主要由硫酸镍、氯化镍和硼酸组成。溶液的pH值保持在3和5之间。电发生器76使电极74保持正电位，使外壳36保持负电位。泵72确保电解浴液始终在工序6期间再循环，液流通过出口 70从箱体66排出，通过入口 68再注入。
工序7 涂覆涂层60本身，粘接层也属于涂层60。这种涂覆在电解槽64中进行。 箱体66注入氨基磺酸盐电解浴液，其基本上具有氨基磺酸镍、氯化镍和硼酸。电解浴的pH 值在该工序期间保持在3至5之间，优选地，约为4. 5。电发生器76使电极74保持正电位， 使外壳36保持负电位。因此，电流保持在电极74和加热棒的外壳36之间，电流密度为5 至50A/dm2待处理外壳的外表面。优选地，电流密度约为20A/dm2。工序7期间涂覆的镍层的厚度约为100微米。
在工序3至7期间，加热棒的外表面62的不用于接纳涂层的部分由一层适当的保护层例如一层有机漆保护。
上述加热棒和处理方法具有多种优越性。
部分地覆盖外壳36的外表面的涂层60可使这些加热棒防腐蚀，提高加热棒的耐用性。
实际上，发明者发现，在某些工作条件下，在加热棒的加热区域46和导向板50之间，更确切地说，在区域46和孔54的边缘之间，存在苛性的介质。该间隙构成狭窄的空隙， 其中，水很少流动，更新缓慢，以致在该空隙中发生沸腾过热现象，引起腐蚀性介质的形成。
涂层60可避免外壳36特别是在板50处发生加应力腐蚀(corrosion sous contrainte)，这种腐蚀可引起外壳36开裂，使加热棒28的内部与主级水连通。这样，加热棒28的安全可靠性得到提高。
在前述实施例中选用的、用于部分地覆盖加热棒的锅炉套的镍的电解涂层是特别合适的，因为
-它与构成加热棒的锅炉套36的不锈钢相容；
-它因纯度高而允许用于主级回路中；
-它在稳压器特有的工作条件(主级水的化学成分、温度、压力)下耐腐蚀；以及
-它在额定的主级介质中抗加应力腐蚀。
在用于涂覆涂层60的电解槽64中使用可溶镍制成的电极74特别合适，因为它可在工序6和7期间保持电解浴液的成分实际上不变，从而在整个镀镍工序期间确保不变的和可再现的镍质量。
此外，所述方法的所有工序都在远小于铜的熔化温度的温度下，通常在60°C下进行。因此，在镍涂覆工序期间没有损坏加热棒的电气部分(铜丝)的任何危险，因而没有此后引起电故障的任何危险。
在反应堆的主级回路的热试验的情形下，或者在周期延长的情形下，涂层60耐腐蚀，在这两种情形下，碱性介质可用于稳压器。周期延长情形相应于为卸掉某些燃料组件在两次冷却停止之间的核反应堆的延长使用。
加热棒的几何形状相对于现有技术来说几乎未变。为了确切地获得浸入部分30 的相同外径，可在外壳上研磨掉约100微米的一层，再涂覆电解涂层。[0081]上述加热棒28和处理方法可具有多种变型。
涂层60可覆盖整个浸入部分30，不仅是区域46，而且还有布置在区域46两侧的区域48。
涂层60可使用镍以外的材料。这种材料例如可以是铬，或者是比镍更贵重的材料，例如钼或金。
加热棒28可具有与上述部分(芯杆38、电热丝40)不同的一个内部部分。
加热棒28的外壳36可不用奥氏体不锈钢制成，而是例如用因科镍合金 (Inconel)690 制成。
加热棒的尺寸可不同于上述尺寸(部分30的全长、外径、加热区域46的长度、不加热区域48的长度等等)。
权利要求
1.加热棒(28)，其用于压水核反应堆的主级回路(1)的稳压器(8)，这种加热棒具有金属外壳(36)和加热部件(40)，所述金属外壳(36)呈纵向延伸形式，具有外表面(62)，所述加热部件(40)安装在所述外壳(36)内，其特征在于，它具有防腐蚀的保护涂层(60)，该涂层(60)覆盖所述外壳(36)的至少一部分外表面(62)；它具有有效的加热区域(46)，所述涂层(60)至少沿整个所述有效的加热区域(46)纵向延伸；并且，所述涂层(60)在所述有效的加热区域(46)的两侧纵向延伸在一保护距离上。
2.根据权利要求
1所述的加热棒，其特征在于，所述涂层(60)主要包括镍。
3.根据权利要求
2所述的加热棒，其特征在于，所述涂层(60)在重量上具有至少95% 的镍。
4.根据权利要求
2或3所述的加热棒，其特征在于，所述涂层(60)在镍盐浴液中用电解法镀覆在所述外表面(62)上。
5.根据权利要求
1至3中任一项所述的加热棒，其特征在于，所述涂层(60)的厚度大于50微米。
6.根据权利要求
1所述的加热棒，其特征在于，所述保护距离大于10毫米。
7.根据权利要求
1至3中任一项所述的加热棒，其特征在于，所述外壳(36)用奥氏体不锈钢制成。
8.根据权利要求
1至7中任一项所述的加热棒(28)用的金属外壳(36)的处理方法， 其特征在于，该处理方法具有涂覆涂层(60)的工序在电解槽(64)中在所述外壳(36)的至少一部分外表面(62)上涂覆涂层(60)，所述电解槽(64)包括电解浴液和浸在电解浴液中的电极(74)，所述电解浴液基本上含有氨基磺酸镍、氯化镍和硼酸，所述外壳(36)布置在电解浴液中，电流保持在所述电极(74)和所述外壳(36)之间。
9.根据权利要求
8所述的方法，其特征在于，所述电解浴液的pH值在涂覆工序期间保持在3至5之间。
10.根据权利要求
8或9所述的方法，其特征在于，所述电极(74)用可溶镍制成。
11.根据权利要求
8或9所述的方法，其特征在于，所述电流在涂覆工序期间保持每平方分米的待处理外壳(36)的外表面(62)5安培至50安培的电流密度。
12.根据权利要求
8或9所述的方法，其特征在于，在所述涂覆涂层(60)的工序之前是初涂工序在电解槽(64)中在所述外壳(36)的至少一部分外表面(62)上涂覆一层粘接层，所述电解槽(64)具有电解浴液和电极(74)，所述电极浸在所述电解浴液中，电解浴液是瓦茨浴液，其主要具有硫酸镍、氯化镍和硼酸，所述外壳(36)布置在电解浴液中，电流保持在所述电极(74)和所述外壳(36)之间。
13.根据权利要求
12所述的方法，其特征在于，所述电解浴液的pH值在初涂工序期间保持在3至5之间。
14.根据权利要求
12或13所述的方法，其特征在于，所述粘接层的厚度小于10微米。
专利摘要
本发明涉及用于压水核反应堆的主级冷却系统的稳压器的加热棒，这种加热棒具有金属外壳(36)和加热部件(40)，所述金属外壳(36)呈纵向延伸形式，具有外表面(62)，所述加热部件(40)安装在所述外壳(36)内。加热棒具有防腐蚀的保护涂层(60)，该保护涂层(60)至少覆盖所述外壳(36)的一部分外表面(62)。
文档编号G21C1/09GKCN101336566 B发布类型授权 专利申请号CN 200680052312
公开日2012年1月18日 申请日期2006年12月12日
发明者F·斯泰特兹朗, M·富科, P·斯科特, Y·梅扎尔德 申请人:阿海珐核能公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4), 非专利引用 (1),