專利名稱:壓水核反應堆的主級回路穩(wěn)壓器用的加熱棒及這種加熱棒用的金屬外殼的處理方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及壓水核反應堆的主級回路穩(wěn)壓器的加熱棒。
更確切地說，根據(jù)第一實施例，本發(fā)明涉及壓水核反應堆的主級回路穩(wěn)壓器的加熱棒，該加熱棒具有金屬外殼和加熱部件，所述金屬外殼呈縱向延伸形狀，該金屬外殼具有外表面，所述加熱部件安裝在所述外殼內(nèi)。
這種加熱棒通常安裝在穩(wěn)壓器的下部，且浸入在主級回路的水中，所述水部分地充注該穩(wěn)壓器。當要增大反應堆的主級回路的工作壓力時，這些加熱棒被使用。它們加熱水直至其沸點溫度，致使其一部分揮發(fā)。
背景技術：
事實證明，在現(xiàn)有技術的加熱棒上會發(fā)生泄漏。實際上，這些加熱棒之一的外殼有時會破裂，以致加熱棒的內(nèi)部與穩(wěn)壓器中的水連通。
這種泄漏的結果是損壞加熱棒的加熱部件，造成加熱棒停止工作，甚至使加壓水通過加熱棒的內(nèi)部間隙朝穩(wěn)壓器外泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
在本文中，本發(fā)明旨在提出提高安全可靠性的加熱棒。
為此，本發(fā)明涉及上述加熱棒，其特征在于，它具有防腐蝕的保護涂層，該保護涂層至少覆蓋所述外殼的一部分外表面。
加熱棒也可單獨地或根據(jù)所有可能的技術組合，具有以下一個或多個特征
-所述涂層主要包括鎳；
-所述涂層在重量上具有至少95%的鎳；
-所述涂層在鎳鹽浴液中用電解法涂覆在所述外表面上；
-所述涂層的厚度大于50微米；
-加熱棒具有有效的加熱區(qū)域，所述涂層至少沿整個所述有效的加熱區(qū)域縱向延伸；
-所述涂層在所述有效的加熱區(qū)域的兩側縱向延伸在一保護距離上；
-所述保護距離大于10毫米；以及
-所述外殼用奧氏體不銹鋼制成。
根據(jù)一第二實施例，本發(fā)明涉及用于上述加熱棒的金屬外殼的處理方法，其特征在于，它具有涂覆涂層的工序，在電解槽中在所述外殼(36)的至少一部分外表面上涂覆涂層，所述電解槽包括電解浴液和浸在電解浴液中的電極，所述電解浴液基本上含有氨基磺酸鎳、氯化鎳和硼酸，所述外殼布置在電解浴液中，電流保持在所述電極和所述外殼之間。
所述方法也可單獨地或根據(jù)所有可能的技術組合，具有以下一個或多個特征
-所述電解浴液的pH值在涂覆工序期間保持在3至5之間；[0020]-所述電極用可溶鎳制成；
-所述電流在涂覆工序期間保持每平方分米的待處理外殼的外表面5安培至50安培的電流密度；
-在所述涂層的涂覆工序之前是初涂工序，其在電解槽中在所述外殼的至少一部分外表面上預先涂覆一層粘接層，所述電解槽具有電解浴液和電極，所述電極浸在所述電解浴液中，電解浴液是瓦茨浴液，其基本上具有硫酸鎳、氯化鎳和硼酸，所述外殼布置在電解浴液中，電流保持在所述電極和所述外殼之間；
-所述電解浴液的pH值在初涂工序期間保持在3至5之間；以及
-所述粘接層的厚度小于10微米。


下面，根據(jù)參照附圖和作為非限制性實施例給出的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)越性將得到更好的理解，附圖如下
圖1是壓水核反應堆的主級回路的簡化示意圖，其穩(wěn)壓器配有本發(fā)明的加熱棒；
圖2是沿圖1所示穩(wěn)壓器下部的豎直平面的剖面圖；
圖3是圖1和2所示穩(wěn)壓器的加熱棒上部的放大圖；
圖4是圖3所示加熱棒的一部分IV的局部放大圖，是沿加熱棒的縱向平面的剖面圖；以及
圖5是電解槽的簡化示意圖，所述電解槽適于在圖1至4所示的加熱棒上涂覆防腐蝕的保護涂層。
具體實施方式
圖1示出壓水核反應堆的主級回路1。該回路1具有箱體2，其中布置有核燃料組件、配設主級部分(parties primaire)和次級部分(partiesecondaire)的蒸汽發(fā)生器4、 主級泵6、以及穩(wěn)壓器8。箱體2、蒸汽發(fā)生器4和泵6由主級管道部段10予以連接。回路 1裝有主級水，這種水由泵6朝箱體2壓送，通過箱體2，經(jīng)受加熱，與燃料組件接觸，然后在返回到泵6的抽吸之前，通過蒸汽發(fā)生器4的主級部分。在箱體2中加熱的主級水在蒸汽發(fā)生器4中通過該發(fā)生器的次級部分向次級水釋放其熱量。次級水以閉環(huán)的方式在未示出的次級回路中循環(huán)。它在通過發(fā)生器4時蒸發(fā)，如此產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽輪機。
穩(wěn)壓器8通過導管18分路地安裝在主級管道上，所述導管18叉接在部段10上， 所述部段10將箱體2連接于發(fā)生器4。它布置的高度高于泵6和箱體2的高度。穩(wěn)壓器8 具有鍋爐套11，其呈大致圓柱形，具有垂直軸線，配設有穹頂12和下底部14。下底部14具有中央孔16 (圖2)，該中央孔16通過導管18連接于主級管道。
穩(wěn)壓器8也具有噴灑部件19，其包括穿過穹頂12的分路連接器20、布置在鍋爐套 11內(nèi)和安裝在分路連接器20上的噴嘴21、在泵6的加壓輸送(refoulement)處使分路連接器20與主級管道連接的管道22、以及用于有選擇地允許或阻止主級水在管道22中直至噴嘴21流動的部件(未示出)。
主級回路1也包括安全回路23，該安全回路23具有排放容器24、使容器24連接于穩(wěn)壓器的穹頂12的管道25、以及在管道25上間置在容器24和穩(wěn)壓器8之間的安全閥26。
穩(wěn)壓器8的內(nèi)部空間與主級回路1連通，以致穩(wěn)壓器8始終部分地充注以主級水， 穩(wěn)壓器內(nèi)的水位取決于主級回路的現(xiàn)行工作壓力。穩(wěn)壓器8的頂部充滿水蒸汽，其壓力差不多等于在連接發(fā)生器4的主級管道10中流動的水的壓力。
一旦穩(wěn)壓器中超壓，安全閥26就開啟，水蒸汽排放至容器24，在其中冷凝。
穩(wěn)壓器8配有數(shù)十個電加熱棒28。這些加熱棒豎直布置，安裝在下底部14上。它們通過為此而配設的孔穿過底部14，密封部件間置在加熱棒和底部14之間。
加熱棒28較長，通常為1米至2. 5米，與其長度相比，其截面較小。
每個加熱棒28包括部分30 (圖2)，其布置在穩(wěn)壓器的鍋爐套11內(nèi)，且浸入到部分注入鍋爐套的水中；中間部分32，其安裝在底部14的孔中；和連接部分34，其布置在鍋爐套11的外部。
如圖4所示，浸入部分30具有外殼36，其呈圓柱形，用不銹鋼或不銹合金制成，所述浸入部分30 —般具有中央芯棒38，該中央芯棒沿外殼36的中央軸線布置在外殼36內(nèi)， 所述浸入部分30還具有電熱絲40，其圍繞芯桿38呈螺旋形盤繞，且布置在芯桿38和外殼 36之間。
電熱絲40具有導電的阻抗性的金屬芯線(Sme metalliqueresistive electriquement conductrice) 42和鋼制金屬套管44，所述導電的阻抗性的金屬芯線42例如用銅或鎳鉻合金制成，所述鋼制金屬套管44圍繞由氧化鎂實現(xiàn)電絕緣的芯線42。它與外殼36的內(nèi)表面接觸。
電熱絲40布置成在浸入部分30形成一個中央縱向加熱區(qū)域46 (圖2)和兩個不加熱的縱向區(qū)域48，所述不加熱區(qū)域48布置在加熱區(qū)域46的兩側。
在加熱區(qū)域46，芯桿38用銅制成，電熱絲40圍繞芯桿38盤繞，形成拼接的螺旋線匝。
電熱絲40沿中間部分32在其內(nèi)延伸，且連接于位于部分34的電連接器49。該電連接器49電連接于電發(fā)生器(未示出)，其適于使電流在電熱絲40中流通。
浸入部分30的縱向長度例如為2150毫米。加熱區(qū)域46的縱向長度例如為1100 毫米。不加熱區(qū)域48間置在區(qū)域46和中間部分32之間，其縱向長度例如為450毫米。位于加熱區(qū)域46另一側的不加熱區(qū)域48具有約550毫米的縱向長度。外殼36沿整個部分 30具有恒定的外徑，其例如為22毫米。部分32和34的總縱向長度例如為340毫米。
每個加熱棒28的電功率為6至30千瓦。它在外殼36的外表面處輸送20至50W/ cm2的熱通量。
穩(wěn)壓器8還具有保持加熱棒28的導向板50，如圖2所示。這些導向板50在穩(wěn)壓器8的整個內(nèi)截面上差不多呈水平狀態(tài)延伸。它們在穩(wěn)壓器8中一個在另一個之上地布置在不同的垂直部位。每個導向板都具有使水通過板50流動的孔52和加熱棒28的導向孔 54。
孔54呈圓形，其直徑略大于加熱棒的浸入部分30的外徑(圖3)。該部分30通過疊置孔54穿過不同的板50，以致加熱棒28導向至多個部位，且由板50沿大致垂直的方向加以保持。加熱棒的外殼36通常不與孔54的邊緣接觸。
穩(wěn)壓器8的作用是控制主級回路中水的壓力。由于它通過管18與主級管道連通，因此，它起膨脹罐的作用。因此，當沿主級回路循環(huán)的水量增加或減少時，穩(wěn)壓器8內(nèi)的水位根據(jù)這種情況提高或下降。
水量的這種變化例如可導致水注入到主級回路中，或造成主級回路的工作溫度的變化。
穩(wěn)壓器8也具有增大或減小主級回路的工作壓力的作用。
為了增大主級回路的工作壓力，向加熱棒28供電，使之加熱穩(wěn)壓器下部的水至其沸點。該水的一部分沸騰，使穩(wěn)壓器8頂部中的壓力增大。由于蒸汽不斷地與在主級回路 1中循環(huán)的水處于流體靜力平衡狀態(tài)，因此該主級回路1的工作壓力增大。
為了減小主級回路1的工作壓力，使布置在穩(wěn)壓器8的頂部中的噴嘴21工作，允許水借助于為此而配設的部件在管道22中循環(huán)。在主級管道10中從泵6的增壓輸送處抽取的水噴射到穩(wěn)壓器8的頂部中，并致使其中的一部分水蒸汽冷凝。穩(wěn)壓器8的頂部中水蒸汽的壓力減小，以致主級回路1的工作壓力也減小。
如圖4所示，加熱棒28每個都具有防腐蝕涂層60，其至少覆蓋外殼36的一部分外表面62。該涂層60在加熱棒的整個加熱區(qū)域46縱向延伸，也在該區(qū)域46的兩側在一定的保護距離上延伸。該保護距離大于10毫米，優(yōu)選地大于30毫米，通常約為50毫米至 100毫米。涂層60在外殼36的整個周邊上延伸，以致它在加熱區(qū)域46中和在一部分區(qū)域 48中在一定的保護距離上完全覆蓋外殼36。
涂層60主要包括鎳，優(yōu)選地，在重量上具有至少95%的鎳。在一優(yōu)選實施方式中， 涂層是純的或幾乎是純的鎳涂層，其通過電鍍的方式涂覆，如下文所述。
涂層60的厚度大于50微米，小于200微米。優(yōu)選地，其厚度約為100微米。
現(xiàn)在來描述在外殼的表面62上涂覆涂層60的方法。
該方法的主要工序在圖5所示的電解槽中實施。該電解槽64具有箱體66，其可容納有處理浴液，且配設入口 68和出口 70 ；泵72，其使形成處理浴液的流體從箱體的出口 70流動直至其入口 68 ；電極74，其浸入在處理浴液中；和電發(fā)生器76。電極74用可溶鎳制成。電發(fā)生器76—方面可連接于電極74，另一方面可連接于要處理的加熱棒28。它適于在電極74和要處理的加熱棒28之間保持一定的電位差。
處理方法包括以下連續(xù)的工序。
工序1 提供處理加熱棒28。該加熱棒配有其全部內(nèi)部部件(芯桿38、電熱絲40)。
工序2 除去外殼36的外表面62的油污。
工序3 用硫酸浸漬待涂覆表面。
工序4 反極性侵蝕(attaque en polarit6inverse)，以溶解待涂覆表面的表面層。該工序可在電解槽64中進行。在這種情況下，其注入適當?shù)娜芤海訜岚舻慕氩糠?30浸入在溶液中，電發(fā)生器76安裝成使外殼36保持正電位，使電極74保持負電位。該工序結束時，外殼36的原來的表面層溶化，代之以覆有一層新近形成的鈍化薄層的新表面。
工序5 正極性侵蝕(attaque en polaritenormale)，以使待涂覆表面去鈍化。該工序可在電解槽64中進行。在這種情況下，其注入適合的電解浴液，如前所述，加熱棒的部分30浸入在電解浴液中。電發(fā)生器76此次安裝成使外殼36保持負電位，使電極74保持正電位。該工序可去除前一工序4形成的鈍化薄層，使外殼36的金屬裸露，以使涂層60 良好附著。[0065]工序6 涂覆一粘接層。該粘接層屬于涂層60，幾乎僅包括鎳。其厚度小于10微米，優(yōu)選地，等于2微米。在該工序的實施過程中，箱體66注入酸性很大的瓦茨浴液(bain de Watts)，其主要由硫酸鎳、氯化鎳和硼酸組成。溶液的pH值保持在3和5之間。電發(fā)生器76使電極74保持正電位，使外殼36保持負電位。泵72確保電解浴液始終在工序6期間再循環(huán)，液流通過出口 70從箱體66排出，通過入口 68再注入。
工序7 涂覆涂層60本身，粘接層也屬于涂層60。這種涂覆在電解槽64中進行。 箱體66注入氨基磺酸鹽電解浴液，其基本上具有氨基磺酸鎳、氯化鎳和硼酸。電解浴的pH 值在該工序期間保持在3至5之間，優(yōu)選地，約為4. 5。電發(fā)生器76使電極74保持正電位， 使外殼36保持負電位。因此，電流保持在電極74和加熱棒的外殼36之間，電流密度為5 至50A/dm2待處理外殼的外表面。優(yōu)選地，電流密度約為20A/dm2。工序7期間涂覆的鎳層的厚度約為100微米。
在工序3至7期間，加熱棒的外表面62的不用于接納涂層的部分由一層適當?shù)谋Ｗo層例如一層有機漆保護。
上述加熱棒和處理方法具有多種優(yōu)越性。
部分地覆蓋外殼36的外表面的涂層60可使這些加熱棒防腐蝕，提高加熱棒的耐用性。
實際上，發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在某些工作條件下，在加熱棒的加熱區(qū)域46和導向板50之間，更確切地說，在區(qū)域46和孔54的邊緣之間，存在苛性的介質(zhì)。該間隙構成狹窄的空隙， 其中，水很少流動，更新緩慢，以致在該空隙中發(fā)生沸騰過熱現(xiàn)象，引起腐蝕性介質(zhì)的形成。
涂層60可避免外殼36特別是在板50處發(fā)生加應力腐蝕(corrosion sous contrainte)，這種腐蝕可引起外殼36開裂，使加熱棒28的內(nèi)部與主級水連通。這樣，加熱棒28的安全可靠性得到提高。
在前述實施例中選用的、用于部分地覆蓋加熱棒的鍋爐套的鎳的電解涂層是特別合適的，因為
-它與構成加熱棒的鍋爐套36的不銹鋼相容；
-它因純度高而允許用于主級回路中；
-它在穩(wěn)壓器特有的工作條件(主級水的化學成分、溫度、壓力)下耐腐蝕；以及
-它在額定的主級介質(zhì)中抗加應力腐蝕。
在用于涂覆涂層60的電解槽64中使用可溶鎳制成的電極74特別合適，因為它可在工序6和7期間保持電解浴液的成分實際上不變，從而在整個鍍鎳工序期間確保不變的和可再現(xiàn)的鎳質(zhì)量。
此外，所述方法的所有工序都在遠小于銅的熔化溫度的溫度下，通常在60°C下進行。因此，在鎳涂覆工序期間沒有損壞加熱棒的電氣部分(銅絲)的任何危險，因而沒有此后引起電故障的任何危險。
在反應堆的主級回路的熱試驗的情形下，或者在周期延長的情形下，涂層60耐腐蝕，在這兩種情形下，堿性介質(zhì)可用于穩(wěn)壓器。周期延長情形相應于為卸掉某些燃料組件在兩次冷卻停止之間的核反應堆的延長使用。
加熱棒的幾何形狀相對于現(xiàn)有技術來說幾乎未變。為了確切地獲得浸入部分30 的相同外徑，可在外殼上研磨掉約100微米的一層，再涂覆電解涂層。[0081]上述加熱棒28和處理方法可具有多種變型。
涂層60可覆蓋整個浸入部分30，不僅是區(qū)域46，而且還有布置在區(qū)域46兩側的區(qū)域48。
涂層60可使用鎳以外的材料。這種材料例如可以是鉻，或者是比鎳更貴重的材料，例如鉬或金。
加熱棒28可具有與上述部分(芯桿38、電熱絲40)不同的一個內(nèi)部部分。
加熱棒28的外殼36可不用奧氏體不銹鋼制成，而是例如用因科鎳合金 (Inconel)690 制成。
加熱棒的尺寸可不同于上述尺寸(部分30的全長、外徑、加熱區(qū)域46的長度、不加熱區(qū)域48的長度等等)。
權利要求
1.加熱棒(28)，其用于壓水核反應堆的主級回路(1)的穩(wěn)壓器(8)，這種加熱棒具有金屬外殼(36)和加熱部件(40)，所述金屬外殼(36)呈縱向延伸形式，具有外表面(62)，所述加熱部件(40)安裝在所述外殼(36)內(nèi)，其特征在于，它具有防腐蝕的保護涂層(60)，該涂層(60)覆蓋所述外殼(36)的至少一部分外表面(62)；它具有有效的加熱區(qū)域(46)，所述涂層(60)至少沿整個所述有效的加熱區(qū)域(46)縱向延伸；并且，所述涂層(60)在所述有效的加熱區(qū)域(46)的兩側縱向延伸在一保護距離上。
2.根據(jù)權利要求
1所述的加熱棒，其特征在于，所述涂層(60)主要包括鎳。
3.根據(jù)權利要求
2所述的加熱棒，其特征在于，所述涂層(60)在重量上具有至少95% 的鎳。
4.根據(jù)權利要求
2或3所述的加熱棒，其特征在于，所述涂層(60)在鎳鹽浴液中用電解法鍍覆在所述外表面(62)上。
5.根據(jù)權利要求
1至3中任一項所述的加熱棒，其特征在于，所述涂層(60)的厚度大于50微米。
6.根據(jù)權利要求
1所述的加熱棒，其特征在于，所述保護距離大于10毫米。
7.根據(jù)權利要求
1至3中任一項所述的加熱棒，其特征在于，所述外殼(36)用奧氏體不銹鋼制成。
8.根據(jù)權利要求
1至7中任一項所述的加熱棒(28)用的金屬外殼(36)的處理方法， 其特征在于，該處理方法具有涂覆涂層(60)的工序在電解槽(64)中在所述外殼(36)的至少一部分外表面(62)上涂覆涂層(60)，所述電解槽(64)包括電解浴液和浸在電解浴液中的電極(74)，所述電解浴液基本上含有氨基磺酸鎳、氯化鎳和硼酸，所述外殼(36)布置在電解浴液中，電流保持在所述電極(74)和所述外殼(36)之間。
9.根據(jù)權利要求
8所述的方法，其特征在于，所述電解浴液的pH值在涂覆工序期間保持在3至5之間。
10.根據(jù)權利要求
8或9所述的方法，其特征在于，所述電極(74)用可溶鎳制成。
11.根據(jù)權利要求
8或9所述的方法，其特征在于，所述電流在涂覆工序期間保持每平方分米的待處理外殼(36)的外表面(62)5安培至50安培的電流密度。
12.根據(jù)權利要求
8或9所述的方法，其特征在于，在所述涂覆涂層(60)的工序之前是初涂工序在電解槽(64)中在所述外殼(36)的至少一部分外表面(62)上涂覆一層粘接層，所述電解槽(64)具有電解浴液和電極(74)，所述電極浸在所述電解浴液中，電解浴液是瓦茨浴液，其主要具有硫酸鎳、氯化鎳和硼酸，所述外殼(36)布置在電解浴液中，電流保持在所述電極(74)和所述外殼(36)之間。
13.根據(jù)權利要求
12所述的方法，其特征在于，所述電解浴液的pH值在初涂工序期間保持在3至5之間。
14.根據(jù)權利要求
12或13所述的方法，其特征在于，所述粘接層的厚度小于10微米。
專利摘要
本發(fā)明涉及用于壓水核反應堆的主級冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)壓器的加熱棒，這種加熱棒具有金屬外殼(36)和加熱部件(40)，所述金屬外殼(36)呈縱向延伸形式，具有外表面(62)，所述加熱部件(40)安裝在所述外殼(36)內(nèi)。加熱棒具有防腐蝕的保護涂層(60)，該保護涂層(60)至少覆蓋所述外殼(36)的一部分外表面(62)。
文檔編號G21C1/09GKCN101336566 B發(fā)布類型授權 專利申請?zhí)朇N 200680052312
公開日2012年1月18日 申請日期2006年12月12日
發(fā)明者F·斯泰特茲朗, M·富科, P·斯科特, Y·梅扎爾德 申請人:阿?，m核能公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),