大亞灣核電站本體結(jié)構(gòu)課件

1、l大亞灣核電站采用世界上已發(fā)展成熟且被廣泛應(yīng)用、具有80年代末先進水平的壓水反應(yīng)堆堆型，單機組電功率近百萬千瓦。 l堆芯裝有157個幾何上和機械上都完全相同的燃料組件，燃料組件被安置在承放堆芯的下柵格板上，外側(cè)用包絡(luò)堆芯的堆芯圍板定位。上柵格板放置在燃料組件頂部的壓緊彈簧上，用以防止在事故情況下由于水力不穩(wěn)定性而使燃料組件上升。 堆芯上柵格板堆芯圍板堆芯下柵格板l加濃度最高的燃料裝在堆芯的外圍，稱為加濃度最高的燃料裝在堆芯的外圍，稱為3 3區(qū)，另外兩區(qū)，另外兩種較低加濃度的燃料以國際象棋棋盤的方式布置在堆種較低加濃度的燃料以國際象棋棋盤的方式布置在堆芯內(nèi)區(qū)，稱為芯內(nèi)區(qū)，稱為1 1區(qū)和區(qū)和2 2

2、區(qū)。區(qū)。l各區(qū)所裝燃料的加濃度及組件數(shù)如下：各區(qū)所裝燃料的加濃度及組件數(shù)如下：1 1區(qū)：區(qū)：5353個燃料組件，加濃度為個燃料組件，加濃度為1.80%1.80%，2 2區(qū)：區(qū)：5252個燃料組件，加濃度為個燃料組件，加濃度為2.40%2.40%，3 3區(qū)：區(qū)：5252個燃料組件，加濃度為個燃料組件，加濃度為3.10%3.10%。l通常每年停堆換料一次，更換三分之一堆芯，即通常每年停堆換料一次，更換三分之一堆芯，即5252個個燃料組件，新燃燒的加濃度為燃料組件，新燃燒的加濃度為3.253.25。將燃耗最深的。將燃耗最深的組件卸走，新燃料放入外區(qū)，而其余組件則在堆芯內(nèi)組件卸走，新燃料放入外區(qū)，而其

3、余組件則在堆芯內(nèi)區(qū)按棋盤方式重新布置，使堆芯功率分布盡可能均勻。區(qū)按棋盤方式重新布置，使堆芯功率分布盡可能均勻。 l核燃料組件由燃料棒、導(dǎo)向管、定位格架和上下管座核燃料組件由燃料棒、導(dǎo)向管、定位格架和上下管座組成，燃料棒呈組成，燃料棒呈17171717正方形排列正方形排列。l導(dǎo)向管與八層格架和上下管座連接，組成基本的燃料導(dǎo)向管與八層格架和上下管座連接，組成基本的燃料組件結(jié)構(gòu)骨架。而燃料棒被支撐并夾緊在這個結(jié)構(gòu)骨組件結(jié)構(gòu)骨架。而燃料棒被支撐并夾緊在這個結(jié)構(gòu)骨架內(nèi)，棒的間距沿組件的全長保持不變。架內(nèi)，棒的間距沿組件的全長保持不變。l每個組件共有每個組件共有289289個柵元個柵元，設(shè)有，設(shè)有242

4、4根導(dǎo)向管根導(dǎo)向管和和一根堆內(nèi)一根堆內(nèi)通量測量管通量測量管，其余，其余264264個柵元裝有燃料棒。個柵元裝有燃料棒。 l大亞灣核電站所采用的是比法國標(biāo)準(zhǔn)900MW壓水堆核電站所用的燃料組件更為先進的改進型燃料組件 。l突出的特點是當(dāng)探測出某個組件有破損的燃料棒而且確定破損燃料棒的位置之后，可以用乏燃料池內(nèi)安裝的專用設(shè)施更換破損的燃料棒，從而修復(fù)該燃料組件、重新利用。 l直徑直徑8.198.19mmmm，高度，高度13.513.5mmmm的正圓柱體的正圓柱體 。l為了減小芯塊在溫度和輻照作用下的膨脹和腫脹，從為了減小芯塊在溫度和輻照作用下的膨脹和腫脹，從而減少芯塊與包殼的相互作用，每個芯塊的端

5、面呈淺而減少芯塊與包殼的相互作用，每個芯塊的端面呈淺碟形。碟形。l為獲得合適的芯塊顯微結(jié)構(gòu)，采用粉末壓制的制塊工為獲得合適的芯塊顯微結(jié)構(gòu)，采用粉末壓制的制塊工藝并加入一些制孔劑，使燒結(jié)后芯塊內(nèi)部存在藝并加入一些制孔劑，使燒結(jié)后芯塊內(nèi)部存在些細(xì)些細(xì)孔，即可以容納絕大部分裂變氣體，又使芯塊致密化孔，即可以容納絕大部分裂變氣體，又使芯塊致密化效應(yīng)減至最少。效應(yīng)減至最少。 l改進型燃料組件燃料棒的端塞設(shè)計改進型燃料組件燃料棒的端塞設(shè)計成便于組件中燃料單棒的抽換。成便于組件中燃料單棒的抽換。端端塞以有一圈徑向槽塞以有一圈徑向槽為特點，便于專為特點，便于專用的抽拔工具夾緊燃料棒。用的抽拔工具夾緊燃料棒。l

6、下管座是一個正方形箱式結(jié)構(gòu)，它起著燃料組件下管座是一個正方形箱式結(jié)構(gòu)，它起著燃料組件底部構(gòu)件的作用，又對流入燃料組件的冷卻劑起底部構(gòu)件的作用，又對流入燃料組件的冷卻劑起著流量分配作用。下管座由四個支撐腳和一塊方著流量分配作用。下管座由四個支撐腳和一塊方形孔板組成，都用形孔板組成，都用304304型不銹鋼制造。型不銹鋼制造。l為了使導(dǎo)向管端塞定位和連接鎖緊，在導(dǎo)向管孔為了使導(dǎo)向管端塞定位和連接鎖緊，在導(dǎo)向管孔的四周加工了凹口，鋯的四周加工了凹口，鋯-4-4合金制的螺紋塞頭擰緊合金制的螺紋塞頭擰緊并焊在導(dǎo)向管的底部。并焊在導(dǎo)向管的底部。l導(dǎo)向管與下管座的連接借助其螺紋塞頭來實現(xiàn)，導(dǎo)向管與下管座的連

7、接借助其螺紋塞頭來實現(xiàn)，螺紋塞頭的端部帶有一個卡緊的薄壁圓環(huán)，用脹螺紋塞頭的端部帶有一個卡緊的薄壁圓環(huán)，用脹管工具使圓環(huán)機械地變形并鑲?cè)牍茏鶅?nèi)帶凹槽的管工具使圓環(huán)機械地變形并鑲?cè)牍茏鶅?nèi)帶凹槽的扇形孔中；螺紋塞頭旋緊在鋯合金端塞的螺孔中扇形孔中；螺紋塞頭旋緊在鋯合金端塞的螺孔中將導(dǎo)向管鎖緊在下管座中。將導(dǎo)向管鎖緊在下管座中。l組件重量和施加在組件上的軸向載荷，經(jīng)導(dǎo)向管組件重量和施加在組件上的軸向載荷，經(jīng)導(dǎo)向管傳遞，通過下管座分布到堆芯下柵格板上。燃料傳遞，通過下管座分布到堆芯下柵格板上。燃料組件在堆芯中的正確定位由對角線上兩個支撐腳組件在堆芯中的正確定位由對角線上兩個支撐腳上的孔來保證，這兩個孔

8、和堆芯下柵格板上的兩上的孔來保證，這兩個孔和堆芯下柵格板上的兩個定位銷相配合，作用在燃料組件上的水平載荷個定位銷相配合，作用在燃料組件上的水平載荷同樣通過定位銷傳送到堆芯支承結(jié)構(gòu)上。同樣通過定位銷傳送到堆芯支承結(jié)構(gòu)上。 圖2-4 導(dǎo)向管的緩沖段結(jié)構(gòu)及其與下管座的連接l上管座是一個箱式結(jié)構(gòu)，它起著燃料組件上部構(gòu)件的作用，并構(gòu)成了一個水腔，加熱了的冷卻劑由燃料組件上管座流向堆芯上柵格板的流水孔。上管座還構(gòu)成燃料組件的相關(guān)部件的護罩。上管座由承接板、圍板、頂板、四個板彈簧和相配的零件組成。除了板彈簧和它們的壓緊螺栓用因科鎳718制造之外，上下管座的所有零件用304型不銹鋼制造。 圖2-5 燃料組件上

9、管座的結(jié)構(gòu) l在標(biāo)準(zhǔn)的1717燃料組件中，導(dǎo)向管占據(jù)24個柵元，它們?yōu)榭刂瓢舨迦牒吞岢鎏峁┝藢?dǎo)向的通道。l導(dǎo)向管由一整根鋯-4合金管子制成。其下段在第一和第二格架之間直徑縮小，在緊急停堆時，當(dāng)控制棒在導(dǎo)向管內(nèi)接近行程底部時，它將起緩沖作用。l緩沖段的過渡區(qū)呈錐形，以避免管徑過快變化，在過渡區(qū)上方開有流水孔，在正常運行時有一定的冷卻水流入管內(nèi)進行冷卻，而在緊急停堆時水能部分地從管內(nèi)流出，以保證控制棒的沖擊速度被限制在棒束控制組件最大的容許速度之內(nèi)，又使緩沖段內(nèi)因減速而產(chǎn)生的最大壓力引起導(dǎo)向管的應(yīng)力不超過最大許用應(yīng)力。l緩沖段以下在第一層格架的高度處，導(dǎo)向管擴徑至正常管徑，使這層格架與上面各層格架

10、以相同的方式與導(dǎo)向管相連。 圖2-4 導(dǎo)向管的緩沖段結(jié)構(gòu)及其與下管座的連接l放在燃料組件中心位置的通量測量管用來容納堆芯通量探測儀的鋼護套管。通量測量管由鋯-4合金制成，直徑上下一致，其在格架中的固定方法與導(dǎo)向管相同。 l燃料組件中，燃料棒沿長度方向由八層格架夾住定位，這種定位使棒的間距在組件的設(shè)計壽期內(nèi)得以保持。格架的夾緊力設(shè)計成既使可能發(fā)生的振動磨蝕到最小，又允許有不同的熱膨脹滑移，也不致引起包殼的超應(yīng)力。l格架由鋯-4合金條帶制成，呈l717正方柵格排列，條帶的交叉處用電子束焊雙邊點焊連接。外條帶比內(nèi)條帶厚，內(nèi)條帶的端部焊在外條帶上，外條帶端部由三道焊縫連接，使格架能在運輸及裝卸料操作過

11、程中很好地保護燃料棒。l在格架柵元中，燃料棒的邊由彈簧施力，另一邊頂住鋯合金條帶上沖出的兩個剛性凸起，兩邊的力共同作用使棒保持中心位置。彈簧力是由跨夾在鋯合金條帶上的因科鎳718制的彈簧夾子產(chǎn)生的，彈簧夾子由因科鎳718片彎成開口環(huán)而制成，然后把夾子跨放在條帶上夾緊定位，并在上下相接面上點焊，以把條帶全部圍起來。最終成形的彈簧組合件形成兩個相背的彈簧分別頂住相鄰柵元的兩根燃料棒，這樣，彈簧作用在條帶上的力自然抵消了。也就減少了格架的應(yīng)力。l但是在下述部位的情況不同：外條帶上只有剛性凸起，在導(dǎo)向管柵元里不需要設(shè)置彈簧。l定位格架通過條帶上的調(diào)節(jié)片直接點焊在導(dǎo)向管上與其相連。在格架的四周外條帶的上

12、緣設(shè)有導(dǎo)向翼，并按照避免裝卸操作時相鄰組件的格架相互干擾的方式來布置。在高通量區(qū)的六個格架（即從下至上第2至第7個格架）在內(nèi)條帶上還設(shè)置有攪混翼，以促進冷卻劑流的混合，有利于燃料棒的冷卻和傳熱。l棒束控制組件包括一組棒束控制組件包括一組2424根吸根吸收劑棒和用作吸收劑棒支承結(jié)收劑棒和用作吸收劑棒支承結(jié)構(gòu)的星形架；星形架與安置在構(gòu)的星形架；星形架與安置在反應(yīng)堆容器封頭上的控制棒驅(qū)反應(yīng)堆容器封頭上的控制棒驅(qū)動機構(gòu)的傳動軸相嚙合。動機構(gòu)的傳動軸相嚙合。l圖圖2-62-6展示出一個棒束控制組展示出一個棒束控制組件的概貌。件的概貌。 l星形架由中心轂環(huán)、翼片和下部呈圓筒形的指狀物等組成，它們之間用釬焊

13、相連接。轂環(huán)上端加上多道凹槽，以便與傳動軸相嚙合并供吊裝用。與轂環(huán)底端成整體的圓筒中設(shè)置有彈簧組件，以便在緊急停堆時，當(dāng)棒束控制組件與燃料組件上管座的連接板相撞擊時吸收沖擊能量。l固定彈簧用的螺柱及彈簧托環(huán)與轂環(huán)之間用螺紋連接，然后施焊，以保證運行時無故障。除彈簧（用因科鎳718制）及其支承環(huán)（用A1S1 630不銹鋼制）以外，星形架的所有部件均用304型不銹鋼制造。l吸收劑棒固定在星形架的指狀物上，棒與指狀物之間先用螺紋連接，然后用銷釘保持接點緊固，最后將銷釘焊接固定，以保證無故障運行。銷釘位置以下的吸收劑棒端塞直徑減小，以增加棒的柔性，以便將組裝時以及運行中與傳動軸線之間的不對中效應(yīng)減至最

14、小程度。 l大亞灣核電站采用兩種類型的吸收劑棒，即黑棒和灰棒。除了吸收劑材料不同之外，所有吸收劑棒的結(jié)構(gòu)是相向的。 l黑棒的吸收劑材料為銀一銦一鎘合金，重量百分比分別為80、l5%和5%。這種合金做成擠壓成形的芯塊，封裝在不銹鋼包殼內(nèi)，兩端有鎢極惰性氣體保護焊接的端塞，防止吸收劑材料與冷卻劑接觸。l灰棒的吸收劑材料為不銹鋼，其結(jié)構(gòu)形式與黑棒相似。l下端塞呈子彈頭形狀，以便在棒束控制組件移動時，吸收劑棒平穩(wěn)地導(dǎo)向進入燃料組件中的導(dǎo)向管。l當(dāng)控制棒組件完全從堆芯抽出時(即最高位置)，吸收劑棒的總長度能夠保證棒的下端仍保持在導(dǎo)向套管之內(nèi)，使吸收劑棒和導(dǎo)向套管保持對中。l吸收劑棒的上端塞具有螺紋端頭，

15、以便與星形架的指狀物相連接。l銀銦一鎘或不銹鋼的砌塊在不銹鋼包殼內(nèi)，上端塞下面由預(yù)緊的螺圈形彈簧壓緊定位。l黑的棒束控制組件所含的24根吸收劑棒都是銀銦一鎘合金制的黑棒。l灰的棒束控制組件只含有8根銀銦一鎘合金制的棒，其余16根為鋼棒，因此吸收中子的能力較小。l堆芯相關(guān)組件包括可燃毒物棒組件、初級中子源組件、次級中子源組件和阻力塞組件四種，每一種組件都包括：一個壓緊組件形成的支承結(jié)構(gòu)。四種堆芯相關(guān)組件的壓緊組件結(jié)構(gòu)都是相同的，它放置在燃料組件上管座的承接板上；24根棒束。每根棒的上端塞先用螺紋擰緊到壓緊組件上，然后用銷釘定位，最后將銷釘焊接固定。 l壓緊組件由軛板、彈簧導(dǎo)內(nèi)筒、底板、內(nèi)外兩圈螺

16、旋彈簧及銷釘?shù)冉M成，零部件全部用304型不銹鋼制造。圖2-10展示了壓緊組件的結(jié)構(gòu)。l底板上留有冷卻劑流經(jīng)的通道，鉆有插固定可燃毒物棒、中子源棒和阻力塞的螺紋孔。l底板與彈簧導(dǎo)向筒相焊，導(dǎo)向筒為內(nèi)外兩圈螺旋形壓緊彈簧提供橫向支承。底板承放在燃料組件上管座的承接板上，而在這兩塊板之間留有水流通過的空間。l軛板由彈簧導(dǎo)向筒的槽溝內(nèi)滑動的兩個銷釘定位和導(dǎo)向，軛板與彈簧導(dǎo)向筒配合并且當(dāng)上部堆芯板就位時，通過軛板壓縮壓緊彈簧，使堆芯相關(guān)組件定位。l在壓緊組件的底板上與燃料組件導(dǎo)向管相應(yīng)的位置上，加工有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的螺紋孔，以便與堆芯相關(guān)部件，即可燃毒物棒、初級中子源棒、次級中子源棒和阻力塞等頂部的螺紋相配合

17、；緊固之后再用銷釘定位并點焊，并保證運行及操作過程中不會松動，而且有可能更換。 l可燃毒物棒為裝在304型不銹鋼包殼管內(nèi)的一根硼玻璃管（成分為B203十SiO2），硼玻璃管在內(nèi)徑全長還用薄壁304型管狀內(nèi)襯支承，內(nèi)襯用于防止玻璃管坍塌和蠕變，而兩個內(nèi)部構(gòu)件之間允許有位移。包殼管的兩端堵塞住并施密封焊。內(nèi)外包殼之間留有足夠的氣隙空間，以便容納釋放出的氦氣，并限制其內(nèi)壓小于反應(yīng)堆運行壓力。圖2-11展示了可燃毒物棒結(jié)構(gòu)。 l可燃毒物棒束固定到壓緊組件的底板上去就構(gòu)成可燃毒物棒組件。l大亞灣核電站的首次堆芯裝有48個含l2根可燃毒物棒的組件和18個含l6根可燃毒物棒的組件，加上2個初級中子源棒組件中

18、的32根，共有含896根可燃毒物棒的68個組件。在第一次換料時將全部卸出，換上阻力塞組件。 l初級中子源棒的核心是封裝在雙層套筒內(nèi)的锎-252（252Cf），這一套筒由下部及上部的氧化鋁（AL2O3）制間隔棒定位，裝在不銹鋼包殼內(nèi)位于堆芯下部約四分之一高度處，包殼兩端封裝。上端塞頂部加工有螺紋，固定到壓緊組件的底板上去。l锎-252發(fā)生自發(fā)裂變而為監(jiān)督初始堆芯裝料和反應(yīng)堆啟動提供所需的中子源。初級中子源的工作壽期為制造后的500至1000天，該壽期與堆芯第一燃料運行周期相一致。l大亞灣核電站的首次裝料裝有2個初級中子源棒組件，每個組件所含的24根棒中，有1根初級中子源棒，1根次級中子源棒，16

19、根可燃毒物棒和6個阻力塞。圖2-12 初級中子源棒及中子源套筒的結(jié)構(gòu) l次級中子源棒利用初始非放射性的銻和鈹混合物制成的芯塊，從304型不銹鋼包殼的底部堆砌至棒的中部，上下端塞封裝，里面充氦氣壓力至4.5MPa，以防止堆芯壽期內(nèi)由于冷卻劑壓力而使包殼塌陷。l次級中子源在堆內(nèi)經(jīng)中子輻照之后，銻-123經(jīng)(n、)反應(yīng)放出射線并衰變?yōu)殇R-124，而鈹經(jīng)歷(、n)反應(yīng)，產(chǎn)生中子并釋放氦原子核至空隙空間。大亞灣核電站的首次裝料中有2個次級中子源棒組件，各有4根次級中子源棒和20個阻力塞，加上2根初級中子源棒組件中的2根次級中子源棒，共有10根次級中子源棒。在滿功率運行兩個月之后，它們提供的中子源可在停堆

20、12個月之后再啟動反應(yīng)堆。次級中子源棒在換料時保留在堆芯中。 l阻力塞是304型不銹鋼材料制的短鋼棒，下端成子彈頭形，上端部的螺紋用來固定到壓緊組件的底板上去構(gòu)成阻力塞組件。阻力塞組件設(shè)計用于封閉不帶有棒束控制組件、可燃毒物或啟動中子源的燃料組件中的導(dǎo)向管，增加水流阻力，從而減少旁路冷卻劑流。 l堆容器本體從上而下由：一只上法蘭，個密封臺肩，一節(jié)接管段，二節(jié)堆芯包容環(huán)段，節(jié)過渡段，一只半球形下封頭組成。l1、頂蓋法蘭該法蘭上鉆有58個鎖緊螺栓穿過的孔，法蘭支承面上有二道放置密封環(huán)用的槽。l2、頂蓋本體該球形頂蓋用板材熱鍛成形后焊接制成。焊在頂蓋上的部件有下列幾種：l三只吊耳，供吊裝用；l一根排

21、氣管，供容器充水時排氣用;l一塊金屬支撐板，用于支承控制棒驅(qū)動機構(gòu)的通風(fēng)罩；l控制棒驅(qū)動機構(gòu)管座和熱電偶管座。這些因科鎳制的管座焊在頂蓋上，管座由套管和法蘭組成。控制棒驅(qū)動機構(gòu)或熱電偶外殼用螺紋與法蘭聯(lián)接后再用密封焊與管座連接。l管座的熱套管用來保護堆容器頂蓋不受溫度瞬態(tài)變化的影響。當(dāng)束棒控制組件插入堆芯時，由于擠出的熱水把堆容器的比較冷的部位加熱而出現(xiàn)溫度瞬態(tài)變化。在熱套內(nèi)側(cè)端部裝有一個錐形喇叭口，當(dāng)反應(yīng)堆容器頂蓋安裝在反應(yīng)堆容器筒體上時，它能為控制棒傳動軸插入導(dǎo)向套筒提供導(dǎo)向。 l反應(yīng)堆容器支承結(jié)構(gòu)由如下幾個主要部件所組成：反應(yīng)堆容器進出口接管下面的支撐座；反應(yīng)堆容器支承環(huán)，該支承環(huán)將反應(yīng)堆容器的載荷傳遞到混凝土基礎(chǔ)上；與支承環(huán)成個整體的支承導(dǎo)向板等。 圖圖2-16 反應(yīng)堆壓力容器支撐結(jié)構(gòu)反應(yīng)堆壓力容器支撐結(jié)構(gòu) l堆內(nèi)構(gòu)件由堆芯下部支撐結(jié)構(gòu)(包括熱中子屏蔽)、堆芯上部支撐結(jié)構(gòu)、控制棒束導(dǎo)向管和壓緊彈簧組成。 l為反應(yīng)堆冷卻劑提供流道；l為壓力容器提供屏蔽，使其免受或少受堆芯中子輻射的影響；l為燃料組件提供支撐和壓緊；l固定監(jiān)督用的輻照樣品；l為棒束控制組件和傳動軸以及上下堆內(nèi)測量裝置提供機械導(dǎo)向；l平衡機械載荷和水力載荷；l確保堆容器