第二章_反應(yīng)堆系統(tǒng)課件(PPT 47頁)

1、第二章 反應(yīng)堆系統(tǒng)第1頁，共47頁。2.1 概述主要介紹AP1000 反應(yīng)堆系統(tǒng)的堆芯(包括燃料組件、控制棒等)組成。核電廠工況分為以下四類:工況I 正常運(yùn)行工況II 中等頻率事件 工況III 稀有事故工況IV極限事故第2頁，共47頁。2.2 反應(yīng)堆堆芯反應(yīng)堆的堆芯(Reactor Core)的組成燃料組件(Fuel Assemblies)反應(yīng)性控制棒束組件(Reactivity Control Cluster Assemblies , RCCAs) 灰棒控制組件(Gray Rod Cluster Assemblies， GRCAs)中子源組件(Neutron Source Rods)可燃毒物

2、組件(Burnable Absorber Assemblies) 第3頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 1 燃料芯塊(Fuel Pellet) 形狀：圓柱狀，兩端均為淺碟形，兩端的外圓柱面上留有倒角。材料：稍加富集的 UO2加工工藝： UO2粉末經(jīng)冷壓后燒結(jié)而成。第4頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 1 燃料芯塊(Fuel Pellet) 形狀圓柱狀，兩端均為淺碟形，兩端的外圓柱面上留有倒角。兩端淺碟形允許芯塊中心線位置有較大的軸向膨脹，也增大了容納裂變氣體釋放的空腔體積；倒角方便加工制造，同時(shí)降低了燃料棒制造時(shí)芯塊破損的概率。第5頁，共47

3、頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 1 燃料芯塊第6頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod) 把UO2陶瓷芯塊順序放入ZIRLO(錯(cuò)鋁合金)包殼管內(nèi)，充氮密封成外徑0.95 cm 的單根燃料棒。充氮使燃料棒內(nèi)部保證一定的初始壓力，可使包殼受壓應(yīng)力最小化和阻止在反應(yīng)堆冷卻劑運(yùn)行壓力下的包殼餌塌。第7頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod) 第8頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod) 鋯鈮合金(ZIRLO)比鋯-4合金反應(yīng)堆運(yùn)行性能更

4、好；具備良好的中子經(jīng)濟(jì)性(低吸收截面)；較高的抗冷卻劑、燃料和裂變產(chǎn)物腐蝕能力；以及在運(yùn)行溫度下的高機(jī)械強(qiáng)度和延展性。以上特性有利于加深燃料的燃耗。第9頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod) 包殼管兩端用端塞塞住并進(jìn)行密封焊接。下端寨的長度超過底部格架的高度，以防止燃料棒的包殼受到截留在底部格架位置的異物的磨損。第10頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod) 為了延長運(yùn)行循環(huán)和加深燃耗的需要，燃料棒有上、下兩個(gè)空腔。上空腔體積由燃料芯塊壓緊彈簧維持，下空腔體積由支撐管提供。燃料棒內(nèi)的空腔體積和

5、間隙能納燃料中釋放的裂變氣體、包殼與芯塊間的熱膨脹差異以及輻照后芯塊密度的改變。第11頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod) 軸向再生區(qū)（Axial Blanket)軸向再生區(qū)位于燃料棒芯塊柱的兩端，由一些更低富集度的燃料芯塊組成。軸向再生區(qū)能減少中子的軸向泄漏，提高燃料的利用率。軸向再生區(qū)使用倒角芯塊，長度上比其他正常富集度的芯塊要長，以防止在制造中發(fā)生意外混淆。軸向再生區(qū)不會對源量程探測器響應(yīng)產(chǎn)生影響。第12頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod) 一體化可燃吸收體在燃料芯塊表面覆蓋一層棚

6、化物，其厚度小于0.0025mm。含棚化物覆層的燃料芯塊與不含覆層的UO2芯塊是相同的。含覆層的芯塊位于燃料棒的中部位置。帶有一體化可燃吸收體的燃料棒在燃料組件內(nèi)的數(shù)量和布置方式因用途各異而不同。第13頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3 燃料棒(Fuel Rod) 隨燃耗變化的效應(yīng)燃料密度改變裂變氣體釋放包殼蠕變芯塊包殼相互作用(Pellet-Cladding Interaction , PCI) 其他物理性能。燃料棒的完整性設(shè)計(jì)能適應(yīng)高的燃料溫度、由裂變氣體釋放引起的高內(nèi)壓以及高包殼應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變疲勞和磨蝕。第14頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2.

7、2. 1. 3 燃料棒(Fuel Rod) 隨燃耗變化的效應(yīng)燃料密度改變裂變氣體釋放包殼蠕變芯塊包殼相互作用(Pellet-Cladding Interaction , PCI) 其他物理性能。燃料棒的完整性設(shè)計(jì)能適應(yīng)高的燃料溫度、由裂變氣體釋放引起的高內(nèi)壓以及高包殼應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變疲勞和磨蝕。第15頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)排列及組成17X17 方陣264 根燃料棒24 根控制棒導(dǎo)管1根中央測量管14 層結(jié)構(gòu)格架第16頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assemb

8、ly)第17頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)第18頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)第19頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)格架功能：燃料棒在其長度方向上間隔地被格架支撐，以保持在燃料組件設(shè)計(jì)壽期內(nèi)燃料棒之間的橫向間距。在格架與燃料棒接觸點(diǎn)上不超過包殼過載應(yīng)力的情況下，作用在燃料棒上的格架限制力要足夠大，以使可能的磨蝕最小化。格架不會在燃料棒上施加過大的約束，使燃料棒在軸向上可以自由熱

9、膨脹，從而燃料棒不會被鎖住或產(chǎn)生扭曲。格架條帶使得防異物下管座上的流水孔更加細(xì)分，以進(jìn)一步減少可進(jìn)入燃料棒束的異物數(shù)量。第20頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)格架功能：格架條帶使得防異物下管座上的流水孔更加細(xì)分，以進(jìn)一步減少可進(jìn)入燃料棒束的異物數(shù)量。中間格架上的攪混翼既可在燃料組件內(nèi)不同的通道間也可在相鄰的燃料組件間引起附加的流體混合。這種附加的流體混合可以提高熱工性能。第21頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)格架結(jié)構(gòu)格架（ 14 層） 頂部格架 底部格

10、架 中間格架（ 8 層）中間攪混格架（ 4 層）保護(hù)格架第22頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)頂部格架： 由 Ni-Cr-Fe 合金或ZIRLO 制成。 底部格架： 常由防腐蝕、高強(qiáng)度的 Ni-Cr-Fe 合金制成。中間攪混格架：架放置在高熱流密度區(qū)域雪以利于混流，由ZIRLO 制成。中間格架： 由ZIRLO 制成。保護(hù)格架： 又叫P格架，主要起到阻止異物進(jìn)入的作用。常由防腐蝕、高強(qiáng)度的 Ni-Cr-Fe 合金制成。注： 選用ZIRLO材料是考慮到其固有的低低中子俘獲截面。第23頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2

11、. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)上管座(Top Nozzle)功能：為控制棒組件、離散型可燃毒物組件(Discrete Burnable Absorber Assemblies)或其他堆內(nèi)部件提供部分保護(hù)空間?？刹鹗剑荷辖宇^板(上管座的底部)與導(dǎo)向管護(hù)套相連接，二者通過鎖緊管鎖定。去掉鎖緊管，即可從燃料組件中拆除上管座，直接取出燃料。材料 ： 4 組Inconel-718板彈簧，除此之外其他的部件材料為304 不銹鋼。第24頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)上管座第25頁，共47頁。2.2.1 反

12、應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)下管座(Bottom Nozzle)功能： 引導(dǎo)冷卻劑流入燃料組件并進(jìn)行流量分配。管座上流水孔的尺寸，可以使有害異物碎片進(jìn)入堆芯活性區(qū)通道的可能性降至最小，同時(shí)保持水力上和結(jié)構(gòu)上足夠的裕量。可拆式：上接頭板(上管座的底部)與導(dǎo)向管護(hù)套相連接，二者通過鎖緊管鎖定。去掉鎖緊管，即可從燃料組件中拆除上管座，直接取出燃料。材料 ： 304 不銹鋼。第26頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)下管座第27頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1.

13、3燃料組件 ( Fuel Assembly)導(dǎo)向管導(dǎo)向管是燃料組件的結(jié)構(gòu)部件，可為中子吸收棒、可燃毒物棒、中子源棒或其他組件提供插入通道。材料：ZIRLO，其外徑和內(nèi)徑均在全長上保持不變。第28頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)導(dǎo)向管獨(dú)立縮頸管： ZIRLO 制成的被安裝在導(dǎo)向管內(nèi)的下端。上端的大管徑可提供相對較大的環(huán)向面積，以允許在反應(yīng)堆停止時(shí)控制棒的快速插入，同時(shí)在正常運(yùn)行工況下調(diào)節(jié)冷卻劑的流動。在導(dǎo)向管縮頸段的上端開有流水孔，可減少控制棒的落棒時(shí)間。導(dǎo)向管下端的縮頸管可在控制棒下落末期提供緩沖作用，保證控制棒的沖擊速度

14、在接受范圍內(nèi)。緩沖作用在下端塞處結(jié)束，而在下端塞上開有一個(gè)小的流水孔，可避免在正常運(yùn)行工況下緩沖段空間內(nèi)的流體滯留現(xiàn)象。第29頁，共47頁。2.2.1 反應(yīng)堆燃料組件 2. 2. 1. 3燃料組件 ( Fuel Assembly)儀表管在每個(gè)燃料組件中心位置，落在位于上下管座上的通孔之間，儀表管的直徑在全長上一致。 為從上管座進(jìn)入燃料組件內(nèi)的堆芯中子探測器提供無約束的通道 。第30頁，共47頁。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)吸收體吸收體材料為封在不銹鋼管內(nèi)的銀-錮-鋪合金。銀一錮一鋪合金因具有共振吸收而顯著地增加中子吸收價(jià)值管內(nèi)的徑向和端部

15、間隙可容納不同部件間的相對熱膨脹。第31頁，共47頁。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)吸收體吸收體具有彈頭狀的下端塞，以減小在反應(yīng)堆停堆落棒時(shí)的水力阻力，并在控制棒進(jìn)入燃料組件導(dǎo)向管緩沖段時(shí)起平滑導(dǎo)向作用。第32頁，共47頁。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)簡介每束控制棒組件由固定在一個(gè)共用的中心筒或連接柄上的24 根控制棒組成。控制棒被可靠地固定在連接柄上?？刂瓢粜脒B接柄指狀管，然后被銷住以保持連接緊密。第33頁，共47頁。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Co

16、ntrol Rod)第34頁，共47頁。按功能分類停堆棒(SD 棒，Shutdown Rods) 共有四組，每組有8 束控制棒組件，用于快速停堆。軸向偏移控制棒(AO 棒，Axial Offset Rods)只有一組，由9 束控制棒組件組成，用于軸向功率分布控制。補(bǔ)償棒(M棒，Shim Rod)共有六組，用于補(bǔ)償由于溫度、功率、和瞬時(shí)值毒變化所引起的反應(yīng)性變。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)第35頁，共47頁。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)API000控制棒布置第36頁，共47頁。按吸收體

17、組成分類灰棒(SD 棒，Shutdown Rods) 。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)第37頁，共47頁。按吸收體組成分類灰棒(SD 棒，Shutdown Rods) 吸收體中12 根由不銹鋼制成，另外 12 根的吸收體材料是 (Inconel)端頭，包殼材料為不銹鋼。對比M310型反應(yīng)堆灰棒組件灰棒組件由 8 根黑棒和16 根灰棒組成；黑棒2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)第38頁，共47頁。灰棒功能灰棒(Gray Rod) 吸收中子的能力低于黑控制棒，用于在 30%額定功率以上的負(fù)荷跟蹤

18、。灰棒由驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳動，進(jìn)出堆芯來改變功率，以適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化。他代替過去用改變冷卻水的棚濃度來跟蹤負(fù)荷的方法。改變砌濃度會產(chǎn)生廢水，采用灰棒可減少廢水量?；野舭羰捎梦招阅茌^弱的吸收體，以滿足機(jī)械補(bǔ)償(Mechanical Shim , MSHIM)的理想控制模式所要求的反應(yīng)性價(jià)值。在反應(yīng)堆運(yùn)行期間灰棒代替化學(xué)補(bǔ)償(調(diào)節(jié)棚濃度)來跟蹤負(fù)荷。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 1 控制棒組件(Control Rod)第39頁，共47頁。功能API000 初始堆芯啟動時(shí)，中子源組件提供足夠的中子水平以確保堆芯在次臨界時(shí)堆外源量程探測器能一直監(jiān)測到足夠的中子增殖信號。分類分為初級和次級中子

19、源組件初級中子源棒包含有锎源材料以及定位锎源材料在包殼內(nèi)位置用的氧化鋁隔片。初級中子源在首循環(huán)壽期末將從堆芯卸出。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 3 中子源組件(Neutron Source Assembly)第40頁，共47頁。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 3 中子源組件(Neutron Source Assembly)第41頁，共47頁。2.2.2 堆芯功能組件 2. 2. 2. 3 中子源組件(Neutron Source Assembly)第42頁，共47頁。分類分為初級和次級中子源組件次級中子源棒內(nèi)包含有高度約224 cm的銻-鈹芯塊柱。在首循環(huán)運(yùn)行前，次級中子源就被裝